中国省级层面的氢能供需潜力多标准评估：整合工业需求、政策、资源和技术

氢能区域供需潜力评估框架与实证研究提出基于AHP-PROMETHEE II的多维度指标体系，整合政策支持、技术成熟度、碳市场参与和环境约束等要素，揭示中国30省氢能发展存在显著空间异质性：西北资源富集但需求不足，长三角需求旺盛但供给受限，供需匹配受政策和技术因素影响显著。研究构建省级综合数据库，提出差异化发展模式与跨区域协同路径。

　　

李雅海|刘刚|张静波|李晓山|罗聪|张立奇|吴凡

华中科技大学能源与动力工程学院，中国湖北省武汉市

摘要

本研究全面评估了中国30个地区的氢能供需潜力。该框架包括六个组成部分：碳市场机制、供给侧资源、需求侧应用、技术能力、政策驱动因素和环境限制。该框架结合了层次分析法（AHP）和PROMETHEE II方法，以适应异构指标并捕捉不同维度之间的非补偿性权衡关系。

分析显示，中国氢能发展存在显著的空间差异。资源丰富的西北部省份（如新疆和内蒙古）具有丰富的可再生能源潜力，可用于绿色氢气生产，但当地工业需求有限。与此同时，江苏和山东这两个沿海工业中心氢气消费量很高，但由于可再生能源能力和土地可用性的限制，国内绿色氢气供应不足。相关性和敏感性分析进一步表明，氢能发展潜力目前更多地与需求侧和技术因素相关，而不仅仅是资源禀赋。

这些结果表明，中国的氢能转型仍依赖于现有的工业和能源系统结构，其特征是供需之间的持续空间脱节以及政策效果的不一致。本文提出的框架为识别区域功能定位和支持协调的氢能发展策略提供了有力且具有政策相关性的工具。

引言

为了实现《巴黎协定》的脱碳目标，氢能作为一种关键的能源载体越来越受到重视，因为它在生产路径、储存和终端应用方面具有灵活性[1]。已有30多个经济体发布了与氢能相关的法律、战略、路线图和愿景文件。识别氢能的供需潜力可以为政策制定者和企业家提供决策参考，有助于促进新的可持续能源系统的发展[2]。在这种情况下，了解氢能供需的空间分布对于避免低效投资、区域资源错配和基础设施发展碎片化至关重要。

作为世界上最大的能源消费国和碳排放国，中国宣布到2030年实现碳峰值，到2060年实现碳中和。为了实现这一目标，氢能已从战略储备能源转变为中国能源转型的核心[3]。在政策层面，中国的《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》[4]明确提出了“构建清洁、低碳和低成本的氢能供应系统”的顶层设计，目标是在2035年前形成完整的氢能产业技术创新体系。地方政府在氢能部署中发挥了积极作用。在中国各省的当前五年规划中，有30多个省份提到了氢能的发展，其中22个省份正式发布了氢能规划，8个省份提出了燃料电池汽车的目标[5]，这种政策驱动的模式使氢燃料电池汽车的发展成为优先事项。尽管政策势头强劲，但中国的氢能发展仍表现出明显的空间不对称性[6]，[7]。这些结构不匹配突显了需要审查当前氢能部署策略与供应资源、工业需求和支撑条件之间的空间耦合关系的关键性。

关于氢能发展的现有研究大致可以分为三类：

首先，大量研究集中在氢能供应潜力或需求预测的孤立研究上，通常将生产能力与最终需求视为单独的分析对象。这些研究通常采用技术经济模型、情景分析或能源系统模拟来估算国家或行业层面的未来氢能需求或生产潜力[8]，[9]，[10]，[11]。尽管这些文献提供了有价值的定量见解，但它们仅从有限的角度分析了供需关系的耦合，特别是仅关注需求的区域差异和资源潜力。

其次，大多数关于氢能需求评估的文献集中在氢能在交通领域的应用上，特别是氢燃料电池汽车[14]，[15]。尽管交通领域的脱碳在长期能源转型中起着重要作用，但目前工业需求领域（包括氨合成、甲醇生产、钢铁制造、水泥和石油精炼）主导了氢能的需求。这些领域相关研究的缺乏限制了许多现有研究对近期工业转型的规划能力。

第三，多标准决策（MCDM）和基于GIS的方法越来越多地被用于评估与氢能相关的选项，如选址、基础设施优先级排序和区域潜力排名。这些方法适用于处理异构指标和利益相关者偏好，但现有应用往往集中在特定的决策背景下，而不是提供区域氢能供需结构的综合评估[5]，[16]。此外，大多数此类研究侧重于供给侧条件或政策和基础设施的准备情况，对跨区域协调和功能角色区分的关注有限[13]。

因此，尽管当前的研究水平取得了显著进展，但仍存在三个关键问题尚未解决：

• (1)
  缺乏关于省级层面氢能供需相关性的明确研究；
• (2)
  对区域评估中工业氢能需求的研究深度不足；
• (3)
  关于政策、技术、市场和环境等的综合研究呈现出碎片化现象。

为了解决这些差距，本研究试图回答以下研究问题：

RQ1：在中国省级范围内，氢能供应资源和工业需求在空间上如何相互作用？哪些地区会出现系统性的不匹配？

RQ2：政策支持、技术成熟度、碳市场参与度和环境限制在多大程度上可以结合起来解释各省氢能供需匹配的差异？

RQ3：可以识别出哪些省级发展模式和区域互补性，它们如何为中国氢能部署策略提供参考？

本研究旨在通过建立一个整合各种能源统计数据的针对性数据集来回答这些问题。然而，中国的省级氢能数据高度分散，尤其是在政策强度、技术成熟度和新兴市场机制方面。为了克服这些限制，本研究努力通过整合各种异构数据来源（包括国家能源统计、行业数据、省级政策文本、技术成熟度评估、碳市场记录和地理资源指标）来构建一个多维省级氢能数据集。该数据集比基于单一维度或项目层面的省级评估更为全面和可比，从而为空间氢能研究提供了更多的分析价值。

方法上，本研究采用了综合层次分析法（AHP）和PROMETHEE II方法。AHP用于根据专家判断确定权重，而PROMETHEE II方法可以在存在多个非补偿性标准的情况下对每个省份进行完整的排名和成对比较。这种组合不仅使权重透明化，还能细致地评估不同维度之间的权衡，因此特别适合分析复杂的氢能供需系统。

本研究对文献做出了四项主要贡献：

• •
  它提供了首个将工业氢能需求与氢能供应资源明确联系起来的省级分析，揭示了中国各地一致的空间差距。

•

它衡量了每个省份的氢能发展潜力受到政策支持、技术成熟度、碳市场参与度和环境限制的影响。

•

它通过识别每个省份的不同发展模式和可能的区域互补性，为制定具体的氢能部署计划提供了实证基础。

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在方法论上，本研究结合了层次分析法（AHP）和PROMETHEE II方法以及新构建的多维省级数据集，为评估其他发展中国家的氢能发展提供了一个可扩展的框架。

章节摘录

框架概述

本章介绍了用于评估中国省级氢能供需潜力的方法论框架。该框架包括三个主要组成部分：构建多维指标系统、组装和预处理省级氢能数据集以及应用多标准评估方法。

首先，建立了一个层次指标系统，以捕捉来自政策、供应和需求的氢能发展的关键驱动因素

权重计算

在系统研究了每个省份的氢能资源禀赋、能源结构和政策环境的基本数据后，专家们通过德尔菲法对供需潜力评估指标进行了多轮背靠背评分。所有问卷收集完毕后，使用群体决策模型全面计算了每个层级的指标权重，并应用CR值进行检查

空间不匹配的历史和结构起源

省级层面的氢能供需不匹配并非短期现象，反映了各地区工业结构和基础设施发展的长期差异。

在中国大规模工业化期间，西部和北部省份被指定为能源供应中心。这些地区在化石燃料开采、煤化工产业和能源密集型生产方面积累了丰富的经验，形成了

政策启示

优化各地区氢能资源的分配。基于识别出的氢能供应潜力与工业需求之间的空间不匹配，以及第3节和第4节揭示的跨集群互补性，本研究建议中国的氢能政策框架应优先考虑系统级协调，而不是区域孤立的发展。建立省际氢能交易平台并标准化氢能质量检测

CRediT作者贡献声明

李雅海：撰写——原始草稿、可视化、验证、资源整理。刘刚：监督、资金获取。张静波：监督、资金获取。李晓山：项目管理、概念化。罗聪：项目管理。张立奇：项目管理、概念化。吴凡：撰写——审稿与编辑、项目管理、概念化。

资金

本研究得到了中交第二公路咨询有限公司通过“公路基础设施碳中和关键技术研究”科技专项项目（合同编号：KJFZ-2022-001）的支持。

利益冲突声明

作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：[吴凡报告称获得了中交第二公路咨询有限公司（位于中国湖北省武汉市）的财务支持。如果有其他作者，他们声明没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。