近年來，隨著各國陸續(xù)明確碳中和時間表，全球氫能源加速發(fā)展，并成為各國能源技術(shù)革命和應(yīng)對氣候變化的重要抓手。日本、德國、美國、澳大利亞等國紛紛加快氫能發(fā)展頂層設(shè)計，相繼制定了氫能發(fā)展戰(zhàn)略和路線圖。氫能重卡、氫能冶金、氫能發(fā)電等應(yīng)用創(chuàng)新方興未艾。
黨的十八大以來，習(xí)近平總書記親自指導(dǎo)推動能源革命，強(qiáng)調(diào)“要科學(xué)規(guī)劃建設(shè)新型能源體系，促進(jìn)水風(fēng)光氫天然氣等多能互補(bǔ)發(fā)展”。這為我國氫能產(chǎn)業(yè)指明了方向，明確了氫能在新型能源體系里的獨特價值。
我國氫能正處于規(guī)?；瘜?dǎo)入期，盡管全國各地陸續(xù)發(fā)布了上百份氫能相關(guān)規(guī)劃和政策，但產(chǎn)業(yè)尚未形成統(tǒng)一有序的管理機(jī)制，關(guān)鍵技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)體系支撐較為薄弱，各界對于氫能的認(rèn)知尚不全面。如何加快培育發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)，引導(dǎo)行業(yè)健康有序發(fā)展，助力“雙碳”目標(biāo)達(dá)成，值得深入思考。
你了解氫能源嗎
今年政府工作報告提出，加快前沿新興氫能、新材料、創(chuàng)新藥等產(chǎn)業(yè)發(fā)展。這是氫能源作為前沿新興產(chǎn)業(yè)首次被提及，氫能產(chǎn)業(yè)熱度再起。
氫能源是指氫和氧進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)釋放出的化學(xué)能，是一種二次能源，需要通過風(fēng)能、太陽能、煤炭、天然氣等一次能源生產(chǎn)出來。氫單位質(zhì)量能量密度高，燃燒的產(chǎn)物是水，被視為21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉础．?dāng)前，全球氫能全產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵核心技術(shù)趨于成熟，氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)明顯提速。我國是世界上最大的制氫國，氫氣年產(chǎn)能超4000萬噸，產(chǎn)品主要用于化工原料。已初步掌握氫能制備、儲運、加氫、燃料電池等主要技術(shù)和生產(chǎn)工藝，全產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)超300家。
3月的東北大地，春寒料峭，吉林省白城大安市吉林西部清潔能源化工產(chǎn)業(yè)園內(nèi)，數(shù)臺破碎機(jī)掘開一米厚的凍土層。廠區(qū)另一側(cè)，6個巨大的球型儲氨罐拔地而起，標(biāo)準(zhǔn)化廠房鋼架結(jié)構(gòu)全面落成。
大安吉電綠氫能源有限公司綜合部副主任趙煜初到這里時，眼前還是一片荒蕪的蘆葦塘，僅僅兩年后，隨著項目建設(shè)加速推進(jìn)，全國首個綠氫合成氨工程將于今年底在此投產(chǎn)。
距大安200多公里的松原市，中國能建松原氫能產(chǎn)業(yè)園一期項目也在抓緊建設(shè)。80萬千瓦新能源電源、電解水制氫裝置、合成氨裝置、綠色甲醇裝置、電解槽生產(chǎn)線等五大板塊即將全面上線。這是松原近年來最重磅的項目之一，石油之城正在加速轉(zhuǎn)型。
為助力東北振興，在眾多新能源領(lǐng)域中，吉林省率先搶占?xì)淠苄沦惖溃?0余個百億元級“綠氫+”項目正在同時推進(jìn)。
視線投向長江南岸，名列全國百強(qiáng)縣前三的江蘇張家港已經(jīng)完成了氫能全產(chǎn)業(yè)鏈布局。憑借良好的低溫壓力裝備產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，張家港已為我國100余座加氫站提供了成套設(shè)備，為全國三分之一的氫燃料電池汽車提供了氫瓶和供氫系統(tǒng)。
“氫能產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模大，產(chǎn)業(yè)鏈條長，發(fā)展前景廣闊。”張家港市發(fā)展改革委主任曹鷹飛表示，發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)是張家港加快新舊動能轉(zhuǎn)換、調(diào)高調(diào)輕調(diào)優(yōu)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、助力“雙碳”目標(biāo)的重要抓手。
沿長江上行來到安徽蕪湖，依靠良好的區(qū)位優(yōu)勢和汽車產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，蕪湖率先布局氫能交通。截至目前，奇瑞商用車開發(fā)了4款氫燃料車輛，其中氫燃料大巴已實現(xiàn)量產(chǎn);中鼎恒盛氣體設(shè)備公司生產(chǎn)的加氫站專用隔膜壓縮機(jī)系統(tǒng)實現(xiàn)量產(chǎn)，全國市場占有率達(dá)50%;?？铺┛?.0T燃?xì)浒l(fā)動機(jī)落地……
蕪湖市發(fā)展改革委副主任董亮介紹，加快發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)，是助力應(yīng)對氣候變化、保障能源供應(yīng)安全的必由之路。蕪湖已經(jīng)形成涵蓋氫能汽車、氫燃料電池、氫能儲運裝備制造的產(chǎn)業(yè)體系。
2022年初，國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合發(fā)布《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021-2035年)》，首次明確氫能是未來國家能源體系的重要組成部分，提出穩(wěn)步推進(jìn)氫能多元化示范應(yīng)用等目標(biāo)。受利好政策影響，各地投資氫能產(chǎn)業(yè)熱情高漲。迄今幾乎所有省份都發(fā)布了涉及氫能的規(guī)劃和政策，明確氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)、路線圖或時間表。
過去一年，我國氫能產(chǎn)業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展期。中國氫能聯(lián)盟理事長劉國躍表示，各地政府積極研究支持氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見，可再生能源制氫大基地建設(shè)、氫能高速、海洋氫能等創(chuàng)新應(yīng)用工程加快推進(jìn)，全產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)及裝備自主化持續(xù)深入，氫能企業(yè)融資及上市步伐加快。
據(jù)統(tǒng)計，當(dāng)前我國規(guī)劃和建設(shè)可再生能源制氫項目超過400個，已建成加氫站約480座，燃料電池汽車保有量約2萬輛，新增加氫站、在運加氫站兩項指標(biāo)均居世界第一，氫能在交通、化工、冶金等領(lǐng)域示范規(guī)模引領(lǐng)全球。
發(fā)展氫能意味著什么
雖然我們早就知道氫能的巨大潛力，但過去很長一段時間里，氫能屢遭質(zhì)疑。這是因為與化石燃料相比，氫的利用成本高、儲運困難、轉(zhuǎn)換效率低，難以大規(guī)模當(dāng)作能源使用。那么我們制氫的意義是什么呢?目前各地對氫能產(chǎn)業(yè)的大力投入會不會點錯了“科技樹”?
全球能源綠色低碳轉(zhuǎn)型的邏輯起點在于氣候變化，這個問題迫使我們思考如何打造一個沒有化石燃料的世界。為實現(xiàn)綠色發(fā)展，人們首先想到利用方便、資源豐富的光伏和風(fēng)電。隨著技術(shù)快速進(jìn)步，風(fēng)光發(fā)電成本大幅下降，在很多地區(qū)已經(jīng)具備了與化石能源競爭的實力。即便如此，風(fēng)電、光伏等新能源并不是應(yīng)對氣候變化的萬能“良藥”。
中國能源研究會研究員、雙碳產(chǎn)業(yè)合作分會主任黃少中曾擔(dān)任西北能源監(jiān)管局局長，他見證了我國新能源裝機(jī)躍升式發(fā)展。如今在西北地區(qū)，超半數(shù)發(fā)電裝機(jī)容量來自風(fēng)光等新能源。對于新能源進(jìn)一步發(fā)展面臨的消納問題，黃少中有著清醒認(rèn)識。
“隨著新能源裝機(jī)持續(xù)攀升、輸電通道容量受限，如何有效消納綠電是個挑戰(zhàn)，需要從多方面入手，采取綜合措施解決。”黃少中坦言。
氫能作為一種清潔、高效的二次能源，是重要的“能源連接器”，與風(fēng)光等新能源協(xié)同發(fā)展有廣闊前景。“風(fēng)光有間歇性、波動性，很多時候不可控。氫氣易制備，能跨季節(jié)長時間儲存，且下游應(yīng)用多元，恰好能彌補(bǔ)新能源不足，有利于建立一個更完善的能源體系，保障國家能源安全。”加拿大國家工程院院士、廣州大學(xué)教授葉思宇說。
能源需求的季節(jié)性差異問題是全面電氣化的一個巨大障礙。雖然從電力到氫氣再回到電力整個循環(huán)的效率低于很多儲能技術(shù)，但這項技術(shù)可用來儲存更多能量，這是目前其他儲能技術(shù)無法實現(xiàn)的。
在安徽省六安市，國內(nèi)首個兆瓦級氫能綜合利用示范站正在運行，用電低谷時，電站用電制氫并儲存在站內(nèi)20兆帕長管壓力容器內(nèi)，用電高峰時再利用氫燃料電池發(fā)電，既發(fā)揮了氫氣的儲能作用，又能利用峰谷電價差賺取收益。
國網(wǎng)安徽電科院系統(tǒng)中心新能源及儲能室副主管滕越介紹，示范裝置放大約100倍后，就可以滿足當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)春秋、冬夏跨季度調(diào)節(jié)的需要。如果將余熱加以利用，系統(tǒng)總效率能提升至60%以上。此外，示范站還計劃將部分氫氣出售給加氫站，進(jìn)一步豐富商業(yè)模式，降低運營成本。
“電氫融合發(fā)展是大趨勢。”國網(wǎng)浙江電科院科技研發(fā)中心章雷其博士表示，目前通過建設(shè)抽水蓄能、新型儲能等調(diào)節(jié)電源，以及對煤電進(jìn)行靈活性改造等手段，能夠應(yīng)對一定規(guī)模的新能源并網(wǎng)消納，電力系統(tǒng)對氫長時儲能需求還不迫切。等新能源滲透率達(dá)到40%至50%水平時，氫的長時儲能價值就會顯現(xiàn)。
未來，氫儲能潛力廣闊。中國科學(xué)院院士歐陽明高透露，按照國際能源署預(yù)測，未來10%的可再生能源消納必須通過長周期儲能來解決。在2060年，我國有1.5萬億千瓦時的電能需要由氫儲存。
與綠電相比，氫除了燃料屬性還有原料屬性，是用能終端實現(xiàn)綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要載體。在一些無法僅通過綠電完成氣候目標(biāo)的行業(yè)，氫能將扮演更重要的角色。比如，冶金、煉化、合成氨、合成甲醇等，通過原料端綠氫替代可實現(xiàn)深度脫碳。
更深層次看，氫是大國增強(qiáng)國際競爭力的重要抓手。2023年，全球氫能布局向具體落實加速推進(jìn)，但各國自然資源、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)不同，隨之誕生了國際氫能貿(mào)易需求。過去一年，各國間氫能貿(mào)易合作頻繁，日韓、中東、歐洲等地區(qū)已經(jīng)開始出現(xiàn)國際氫能進(jìn)出口。
“氫能將成為全球性重要低碳能源，促進(jìn)大規(guī)模氫基能源跨國貿(mào)易，氫未來還有望作為期貨進(jìn)行商品交易。”中國產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進(jìn)會副會長兼氫能分會會長魏鎖表示，我國有望由能源進(jìn)口國，轉(zhuǎn)變?yōu)槟茉促Y源和技術(shù)裝備輸出國。
氫能的高品質(zhì)能源特性，決定了氫能將在能源革命中扮演極為重要的角色。國家能源局能源節(jié)約和科技裝備司副司長邊廣琦強(qiáng)調(diào)，要從我國國情和能源綠色轉(zhuǎn)型實際出發(fā)，堅持綠色低碳和經(jīng)濟(jì)實用為方向，強(qiáng)化氫能與電能互補(bǔ)融合，充分有效發(fā)揮氫能在清潔低碳、安全高效能源體系建設(shè)中的突出作用，穩(wěn)步提升氫能在新型能源體系中的戰(zhàn)略定位。
中國國際經(jīng)濟(jì)交流中心能源政策研究部部長景春梅預(yù)計，到2060年，氫能在我國終端能源體系中占比將達(dá)15%，氫能與電力協(xié)同互補(bǔ)共同成為終端能源體系的消費主體，可帶動形成10萬億元級新興產(chǎn)業(yè)，為高質(zhì)量發(fā)展注入強(qiáng)大動力。
制備綠氫如何降成本
化石能源是全球經(jīng)濟(jì)活動的主要支撐，任何一種化石能源的替代品都必須能夠大批量生產(chǎn)，并且比化石能源更清潔。氫能要想“飄”得更遠(yuǎn)，首先要面對的就是綠氫大規(guī)模平價制備的挑戰(zhàn)。
氫能的清潔程度取決于制取方式。目前我國每年3000多萬噸氫氣來源中，55%左右為煤制氫，20%左右為天然氣制氫，生成過程中會排放二氧化碳，氫來源亟待“綠化”。
可再生能源電解水制氫，是目前最成熟、應(yīng)用最廣泛的綠氫制備方式。在安徽合肥，陽光氫能電解水制氫實證基地內(nèi)，300多片雙極板通過拉桿集成為一個長6米、重50噸的圓柱體，這就是當(dāng)前主流的1000標(biāo)方堿性電解槽，運行一小時耗電4000至5000千瓦時，可生產(chǎn)90公斤氫氣，能夠讓一輛氫能小轎車行駛9000公里。
“目前能夠大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用的就是堿性電解槽。”陽光氫能董事長彭超才介紹，堿性電解技術(shù)最大的優(yōu)勢是不含稀貴金屬，成本相對較低，便于實現(xiàn)大型化規(guī)?；娊庵茪?，再結(jié)合可再生能源柔性制氫技術(shù)，非常適合對氫氣需求量大的工業(yè)場景使用。
一種高度適應(yīng)新能源特性的電解槽也將加速推廣。在吉林省長春市中韓產(chǎn)業(yè)園長春綠動氫能科技有限公司車間內(nèi)，一套占地200多平方米的電解水制氫系統(tǒng)正在進(jìn)行帶電帶壓測試。該公司董事長樊煥然說，質(zhì)子交換膜電解槽負(fù)荷范圍寬，調(diào)節(jié)更加靈活。目前公司生產(chǎn)的制氫系統(tǒng)核心設(shè)備正在實現(xiàn)國產(chǎn)化替代，即將在吉林大安風(fēng)光制綠氫合成氨一體化項目上大規(guī)模示范應(yīng)用。
隨著技術(shù)成熟、應(yīng)用場景放開，可再生能源制氫成為投資熱點。截至2024年1月，我國公開在建及規(guī)劃電解水制氫示范項目制氫裝機(jī)總規(guī)模超過41吉瓦，綠氫項目投建呈爆發(fā)式增長態(tài)勢。在此形勢下，電解水制氫裝備企業(yè)及上游材料企業(yè)正加速產(chǎn)能擴(kuò)張，電解槽出貨量每年都以翻番的趨勢增長。
目前，我們已經(jīng)開發(fā)出了較為成熟的清潔方法來制氫，但綠氫普及面臨的最大障礙是生產(chǎn)成本高昂。在地球上很少能找到單質(zhì)形態(tài)的氫，與方便開采、儲量豐富的化石燃料相比，氫很難從地球上其他元素中分離出來，這種特性使得制造綠氫的成本高昂。
“并不是人們不想用燃料電池，只是沒有合適成本的氫燃料。”氫能未來是否能具備經(jīng)濟(jì)性，才是各界對氫能最關(guān)心的問題。數(shù)據(jù)顯示，我國煤制氫成本約9至13元/公斤、天然氣制氫約10至18元/公斤，可再生能源電解水制氫成本受電力成本影響較大，約15至45元/公斤。
通過剖析電解水制氫成本構(gòu)成可發(fā)現(xiàn)，電力成本約占總成本70%左右。要想大幅降低制氫成本，關(guān)鍵在于選取風(fēng)光發(fā)電資源豐富、成本較低的地區(qū)設(shè)立制氫項目。
今年3月，國家能源集團(tuán)攜手鄂爾多斯人民政府，共同簽訂了“氫洲”項目合作框架協(xié)議，將依托當(dāng)?shù)刎S富的風(fēng)光資源，打造全球領(lǐng)先的可再生能源制氫大基地，實現(xiàn)綠氫成本降低和多場景應(yīng)用。中國氫能聯(lián)盟秘書長、國家能源集團(tuán)氫能事業(yè)部主任劉瑋表示，“希望氫洲項目能夠起到標(biāo)桿示范作用，通過規(guī)?；G氫開發(fā)把成本降到每公斤16元，真正具備商業(yè)競爭力”。
我國擁有豐富的風(fēng)光資源，可再生能源裝機(jī)量全球第一，風(fēng)電光伏設(shè)備產(chǎn)能全球第一，在清潔低碳的氫能供給上具有顯著優(yōu)勢和巨大潛力。在產(chǎn)業(yè)培育過程中，要合理布局制氫設(shè)施，重點發(fā)展可再生能源制氫，嚴(yán)格控制化石能源制氫。
具體來看，應(yīng)結(jié)合資源稟賦特點和產(chǎn)業(yè)布局，因地制宜選擇制氫技術(shù)路線。在焦化、氯堿、丙烷脫氫等行業(yè)集聚地區(qū)，優(yōu)先利用工業(yè)副產(chǎn)氫。在風(fēng)光水電資源豐富地區(qū)，開展可再生能源制氫示范，逐步擴(kuò)大示范規(guī)模。推進(jìn)固體氧化物電解池制氫、光解水制氫、海水制氫、核能高溫制氫等技術(shù)研發(fā)。探索在氫能應(yīng)用規(guī)模較大的地區(qū)設(shè)立制氫基地。
業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為，雖然當(dāng)前可再生能源電解水制氫成本偏高，但是考慮未來綠電價格、電解槽成本繼續(xù)下降，能效持續(xù)提升，以及碳減排收益，實現(xiàn)大規(guī)模平價制備綠氫只是時間問題。
建基礎(chǔ)設(shè)施還有哪些難題
提槍、加注、收槍，僅用10分鐘，一輛氫能公交就在蕪湖馬飲橋加油加氫充電站完成了補(bǔ)能。2021年建站以來，該站每年加氫量都以30%的速度增長。
然而，氫氣運輸一直是中石化蕪湖公司發(fā)展基建部經(jīng)理宦祖飛的“心病”。“現(xiàn)在氫氣槍口價每公斤60元，換算后要比柴油貴1倍。其中，運輸成本占加氫站氫氣總成本超過三分之一。”宦祖飛說。
中石化(安徽)綠氫能源有限公司副董事長尹志勝告訴記者，中國石化加油站網(wǎng)點布局已比較完善，根據(jù)未來需求改造成加氫站并非難事，但氫能大規(guī)模發(fā)展必須解決儲運成本高的問題。
我國東部地區(qū)氫氣需求量大，但制綠氫成本高;西部地區(qū)擁有豐富風(fēng)光資源，在低成本、大規(guī)模制氫方面優(yōu)勢明顯。“西氫東送”是綠氫替代的較好方案，但由于氫氣在常溫常壓狀態(tài)下單位體積能量密度低，安全高效輸送和儲存難度較大，導(dǎo)致儲輸環(huán)節(jié)成本占比在現(xiàn)有氫能全產(chǎn)業(yè)鏈中接近一半。
若不能有效降低運輸成本，再便宜的氫源到了東部市場也喪失了競爭力。因此，提高氫能競爭力還要靠擴(kuò)大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，提升氫儲運技術(shù)水平，以便進(jìn)行高效規(guī)?；\輸。
中材科技(蘇州)有限公司車間內(nèi)，數(shù)根長度12米的長管正在進(jìn)行碳纖維纏繞，這種復(fù)合長管是構(gòu)成管束式運氫集裝箱的核心部件。“目前管束式集裝箱仍是我國氣態(tài)氫運輸?shù)闹饕绞健?rdquo;該公司黨委書記、總經(jīng)理付朝軍告訴記者，相較于傳統(tǒng)I型鋼管，II型復(fù)合長管設(shè)計構(gòu)成的管束式集裝箱在工作壓力和儲氫效率方面得到顯著提升，公司30兆帕-8管的集裝箱儲氫量可達(dá)628公斤，有效降低氫儲運成本。
但由于氫氣在70兆帕壓力以上壓縮效應(yīng)會大幅縮減，氣態(tài)氫公路運輸能力難以持續(xù)大幅提升，此種方式的經(jīng)濟(jì)運輸半徑為500公里左右，顯然無法滿足氫能大范圍規(guī)模化應(yīng)用需求。
破局需要新路徑。“氫能與天然氣產(chǎn)業(yè)鏈高度相似，氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)可對標(biāo)天然氣，我們能從遙遠(yuǎn)的新疆把天然氣運到東部，現(xiàn)在也能把氫運出來。”國富氫能戰(zhàn)略總監(jiān)魏蔚說，“液氫因其能量密度高、儲存壓力低、安全性好、純度高，對于大規(guī)模、遠(yuǎn)距離氫能儲運和高效利用有較大優(yōu)勢。”
類似于當(dāng)前成熟的液化天然氣，從氣態(tài)氫轉(zhuǎn)化為液態(tài)氫，意味著大小相同的容器可裝運更多的氫。去年4月，國富氫能下線自主研發(fā)的國內(nèi)首臺日產(chǎn)10噸級氫液化工廠核心設(shè)備，打破了國外對大規(guī)模氫液化產(chǎn)品的長期壟斷。我國實現(xiàn)大規(guī)模低成本液氫制備初見曙光。
與此同時，液氫儲運裝備也迎來重大突破。走進(jìn)張家港中集圣達(dá)因低溫裝備有限公司廠區(qū)，上百臺各式白色低溫儲罐矗立其間，仿佛置身于一片“罐式叢林”。“叢林”一角，一輛裝配復(fù)雜閥門系統(tǒng)的液氫罐車正在測試中。公司總工程師兼中集氫能液氫事業(yè)部總經(jīng)理羅曉鐘說：“去年底，我們設(shè)計制造的商用液氫罐車成功下線，打破了國際壟斷，在氫運量上提升了10倍。”
與液氫相比，管道輸送儲運能效更高、輸送能力更強(qiáng)，這在油氣領(lǐng)域已得到驗證。歐美的氫氣管網(wǎng)已有70年歷史，目前全球范圍內(nèi)氫氣輸送管道總里程已達(dá)5000公里左右，我國輸氫管道建設(shè)尚處起步階段，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>
中國石油管道局新能源研究所氫能高級專家尹倩介紹，目前我國開展前期設(shè)計工作的氫氣管道總里程共計1850.8公里，最大設(shè)計輸量每年50萬噸，各企業(yè)已規(guī)劃的氫能管網(wǎng)總里程約1.7萬公里。
純氫管道建設(shè)驗證周期長，且投入巨大，只有當(dāng)氫氣下游需求足夠支撐大規(guī)模氫能輸送時，管道輸氫才具備明顯成本優(yōu)勢。短期看，如果能借用現(xiàn)有油氣基礎(chǔ)設(shè)施，成本更低，現(xiàn)有資產(chǎn)也可得到再利用。研究結(jié)果表明，在含量較低時氫氣可以在不做重大技術(shù)調(diào)整的情況下?lián)交焯烊粴狻．?dāng)前，歐洲各國、俄羅斯、澳大利亞等都在積極開展天然氣管道摻氫技術(shù)研究示范。
在江蘇泰興經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，我國首個商業(yè)化原有管道天然氣摻氫碳減排技術(shù)改造項目，已經(jīng)順利完成調(diào)試與試運行工作。“泰興經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)工業(yè)副產(chǎn)氫資源豐富。”泰興市發(fā)展改革委主任燕榮華告訴記者，項目充分利用園區(qū)富余氫氣，參照天然氣體積的10%摻氫，該站年內(nèi)摻氫量為240萬立方米，可替代減少二氧化碳排放5184噸。
項目投資方泰興新奧燃?xì)庥邢薰靖笨偨?jīng)理季留根表示，理論上，摻氫比例最高可達(dá)23%。隨著下游客戶用氣量增大，摻氫技術(shù)提升，摻氫比例可逐漸提高，將為企業(yè)節(jié)能減排、碳足跡認(rèn)證等方面發(fā)揮積極作用。“天然氣管道摻氫更適合相對集中的工業(yè)園區(qū)，用量大，且不用進(jìn)行氫氣分離，也不用提純，具備較好經(jīng)濟(jì)性。”
氫能儲運網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是一項系統(tǒng)工程，資金投入巨大，存續(xù)周期長且具有排他性。專家建議，為避免資源浪費，需要加強(qiáng)頂層設(shè)計，統(tǒng)一規(guī)劃，根據(jù)市場發(fā)展初期、中期和遠(yuǎn)期不同階段需求特點，合理匹配低壓高壓、氣態(tài)液態(tài)固態(tài)等各類儲運方式，逐步提高氫氣儲存和運輸能力，為構(gòu)建新型能源體系提供有力支撐。
主力應(yīng)用場景怎樣開發(fā)
氫能與人們最密切相關(guān)的應(yīng)用就是交通。早上8時，在北京德勝門公交場站，每隔3分鐘就有一趟919快公交車發(fā)往延慶，這是北京市首批常態(tài)化運營的氫能公交。
在開了10多年919快的駕駛員李彥斌看來，“這車比燃油車操作體驗好，沒有噪音，起步平穩(wěn)順暢，尤其爬坡時動力十足”。
雖然氫能可以直接用于我們的出行，但在實際推廣中并不理想。根據(jù)我國規(guī)劃，到2025年，燃料電池車輛保有量要達(dá)到5萬輛，但目前這一數(shù)字僅為2萬輛左右。業(yè)內(nèi)人士坦言，氫燃料電池車全環(huán)節(jié)耗電遠(yuǎn)高于純電汽車，轉(zhuǎn)換效率更低，價格更高。只有在長距離重載運輸、高寒地區(qū)等純電車性能不占優(yōu)勢的場景下，氫能車才有機(jī)會。
但調(diào)研中記者發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前已發(fā)布?xì)淠墚a(chǎn)業(yè)政策的省份，幾乎都將重點聚焦在氫燃料電池汽車及其產(chǎn)業(yè)鏈上，對氫能其他領(lǐng)域應(yīng)用較少提及。過于單一的應(yīng)用場景，不僅制約了氫能發(fā)揮比較優(yōu)勢、確立市場地位，也讓一些真正脫碳困難的領(lǐng)域進(jìn)展緩慢。氫能要推廣，必須要找到更多主力應(yīng)用場景。
事實上，氫能應(yīng)用遠(yuǎn)不僅是汽車，在那些氫已經(jīng)被用作原料的領(lǐng)域進(jìn)行綠氫替代效率會更高。2023年6月，中國石化宣布，我國首個萬噸級光伏綠氫示范項目——庫車綠氫示范項目順利產(chǎn)氫，標(biāo)志著我國首次實現(xiàn)了規(guī)模化光伏發(fā)電直接制氫工藝與工程成套技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用。“項目每年可向下游煉化企業(yè)供應(yīng)綠氫2萬噸，減少二氧化碳排放48.5萬噸。”中石化新星新疆綠氫新能源有限公司總經(jīng)理范林松說。
如果把綠氫儲存后轉(zhuǎn)換為綠氨、甲醇或者綠電，氫氣的利用價值還可更多元。“我們希望把氫轉(zhuǎn)化為可長時間儲存、低成本運輸?shù)漠a(chǎn)品，目前主要是以綠氫為原料合成綠氨，再進(jìn)行銷售。”大安吉電綠氫能源有限公司副總經(jīng)理李斌透露，全球低碳轉(zhuǎn)型提升了綠色產(chǎn)品需求，綠氨產(chǎn)品主要瞄準(zhǔn)日韓和歐洲市場，已經(jīng)和航運、火電、化工等客戶簽約了意向協(xié)議，產(chǎn)品供不應(yīng)求。
在吉林松原，全球最大體量綠色氫氨醇一體化項目正在建設(shè)中。“受制于氫氣的經(jīng)濟(jì)運輸半徑，綠氫應(yīng)用輻射范圍較小，但氨醇產(chǎn)品應(yīng)用已經(jīng)很廣泛，存量市場體量很大，商業(yè)模式也很清晰。”負(fù)責(zé)該項目的中國能建綠色氫氨新能源松原有限公司副總經(jīng)理孫翔也看好這片藍(lán)海市場。
國內(nèi)市場綠氨需求也在逐步打開。在皖能銅陵火電廠，乘電梯到4層抵達(dá)3號機(jī)組鍋爐中部，記者見到了全國首臺火電摻氨燃燒器。借助等離子裂解器高溫點燃，每小時可消耗20噸氨，讓這臺已經(jīng)運行了30年的老煤電機(jī)組重?zé)ㄐ律?/p>
全國能源工作會議在部署2024年重點任務(wù)時提出，研究探索火電摻燒氫氨技術(shù)，推動建設(shè)一批“低碳電廠”。氨邦科技有限公司技術(shù)主管馬寧介紹，在燃煤火力發(fā)電領(lǐng)域應(yīng)用氨混燒時，基本不需要改變現(xiàn)有主體設(shè)備，僅需在鍋爐單元改造添加一些支持氨燃燒的裝置，即可達(dá)到碳減排效果。這為煤電綠色轉(zhuǎn)型開辟了一條切實可行的路徑，也為綠色氫氨產(chǎn)品提供了新市場。
一些更加前沿的電氫融合應(yīng)用也在積極探索中。在杭州格力園區(qū)，國網(wǎng)杭州供電公司通過低碳電氫耦合應(yīng)用示范項目，實現(xiàn)格力電器生產(chǎn)基地利用清潔能源與電網(wǎng)谷電制氫，并供給基地的氫燃料大巴和物流車使用。制氫時產(chǎn)生的氧氣則用于空調(diào)生產(chǎn)焊接助燃，系統(tǒng)運行產(chǎn)生的余熱供高溫注塑使用。預(yù)計每年可減少基地用能成本約256萬元，減少碳排放860噸。
氫能應(yīng)用場景廣泛，但如果僅僅依靠市場力量推廣，需要很長時間，甚至將錯過應(yīng)用氫氣的最佳時機(jī)。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，需要通過財政支持與碳市場機(jī)制協(xié)同的方式，降低用氫成本刺激需求。同時，統(tǒng)籌考慮氫能供應(yīng)能力、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和市場空間，與技術(shù)創(chuàng)新水平相適應(yīng)，有序開展氫能技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用示范。
此外，在綠色認(rèn)證方面，我國尚未建立國家層面的綠色氫基能源認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)體系。綠色氫基能源認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)體系一定程度上屬于綠色電力認(rèn)證的延伸，我國綠電認(rèn)證體系在與國際標(biāo)準(zhǔn)銜接方面尚未完全打通，涉及的不同領(lǐng)域政策與管理機(jī)制還需進(jìn)一步理順。
關(guān)鍵技術(shù)裝備能否破局
氫氣品質(zhì)移動檢測車填補(bǔ)全球在氫氣品質(zhì)移動、快速檢測領(lǐng)域的技術(shù)裝備空白;一站式海上綠色氫醇氨生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)，是解決深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電等綠色能源離岸遠(yuǎn)、并網(wǎng)成本高等難題的有效途徑;集成式增壓加氫裝置，可為中小型氫能設(shè)備提供加注服務(wù)，具有“全球最小加氫站”之稱……
在3月底舉行的2024中國國際氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)展覽會上，一系列綠色、高效、前沿的氫能產(chǎn)品和技術(shù)競相亮相，充分展示了這一產(chǎn)業(yè)的蓬勃生機(jī)。
當(dāng)前我國氫能產(chǎn)業(yè)裝備自主化發(fā)展迅速，但在大規(guī)模氫液化、高壓力儲氫容器、燃料電池等關(guān)鍵技術(shù)和零部件領(lǐng)域仍需進(jìn)口。關(guān)鍵技術(shù)裝備對外依賴度高，不僅不利于產(chǎn)業(yè)降本，也影響供應(yīng)鏈安全。
“一些國產(chǎn)關(guān)鍵材料設(shè)備在耐久性、一致性和良品率方面還有差距，主要原因是我們的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化起步較晚，以及產(chǎn)業(yè)化驗證環(huán)節(jié)比較稀缺。”葉思宇認(rèn)為，燃料電池汽車發(fā)展主要挑戰(zhàn)是核心技術(shù)和關(guān)鍵部件缺失。應(yīng)重點圍繞燃料電池汽車關(guān)鍵零部件核心技術(shù)攻關(guān)，即氫燃料電池全產(chǎn)業(yè)鏈中八項“卡脖子”的關(guān)鍵環(huán)節(jié)：催化劑、質(zhì)子交換膜、氣體擴(kuò)散層、膜電極、雙極板、電堆、空壓機(jī)、氫氣循環(huán)泵。
在蕪湖奇瑞科技創(chuàng)新中心，工作人員正不斷試驗配制催化劑漿料，從而調(diào)整出最佳方案。“現(xiàn)在國產(chǎn)替代已經(jīng)進(jìn)入關(guān)鍵材料國產(chǎn)化替代階段。”安徽瑞氫動力科技有限公司常務(wù)副總經(jīng)理潘陳兵說，漿料配置對燃料電池性能影響最大，關(guān)鍵是降低貴金屬使用量的同時保證性能。未來幾年內(nèi)，要將燃料電池成本從當(dāng)前每千瓦4000元降到500元，從而大幅降低氫燃料電池汽車售價。
今年6月，我國液氫產(chǎn)業(yè)也有望迎來歷史性時刻——國內(nèi)首臺套日產(chǎn)10噸級氫氣液化裝置將在山東淄博齊魯化學(xué)工業(yè)園區(qū)投運。
魏蔚博士畢業(yè)于上海交通大學(xué)低溫工程專業(yè)。當(dāng)國富氫能董事長鄔品芳找到她，透露自己要攻克中國人自己的大規(guī)模氫液化技術(shù)時，魏蔚果斷放棄了上市公司高管身份，加入國富氫能創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊，因為這也是她畢生的夢想——在中國實現(xiàn)液氫的商業(yè)化應(yīng)用。
“液氫在發(fā)達(dá)國家早已實現(xiàn)規(guī)模化民用，中國的氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展不能沒有液氫。”魏蔚說，國富氫能團(tuán)隊堅持自主化、國產(chǎn)化開發(fā)，歷時7年，開發(fā)出了國內(nèi)首套日產(chǎn)10噸級氫液化裝置，未來將向日產(chǎn)30噸和100噸級別發(fā)展。“低溫工程極具規(guī)模效應(yīng)，因為單座液化工廠規(guī)模太小導(dǎo)致成本高昂，我國在液化天然氣國產(chǎn)化領(lǐng)域已經(jīng)吃過虧。液氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展要吸取教訓(xùn)，百萬噸級液氫工廠需要國家頂層規(guī)劃。”
中國石化董事長馬永生表示，中國石化在強(qiáng)化主體支撐、推動融通帶動上取得了積極進(jìn)展，國內(nèi)氫能關(guān)鍵裝備研發(fā)制造水平穩(wěn)步提升。將繼續(xù)發(fā)揮自身優(yōu)勢，聚焦應(yīng)用場景打造等核心任務(wù)，在基礎(chǔ)固鏈、技術(shù)補(bǔ)鏈、融合強(qiáng)鏈、優(yōu)化塑鏈上持續(xù)發(fā)力，加快推動我國氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。
專家建議，我國應(yīng)發(fā)揮新型科研舉國體制優(yōu)勢，在氫能頂層設(shè)計中充分發(fā)揮頂層協(xié)調(diào)機(jī)制，統(tǒng)籌各部門政策和資金資源形成合力，持續(xù)推進(jìn)綠色低碳?xì)淠苤迫?、儲存、運輸和應(yīng)用等各環(huán)節(jié)關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)。持續(xù)推動氫能先進(jìn)技術(shù)、關(guān)鍵設(shè)備、重大產(chǎn)品示范應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，構(gòu)建氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展技術(shù)體系。
“出于安全考慮，核電行業(yè)一個成熟堆型通常要使用幾十年，短時間很難看到顛覆性創(chuàng)新。相比之下，近幾年氫能技術(shù)裝備創(chuàng)新迭代非?？?。”樊煥然之前是搞核電的，對于氫能行業(yè)的創(chuàng)新活力和重要性感受頗深。在他看來，全球氫能產(chǎn)業(yè)總體處于起步階段，我國氫能裝備性能與國外差距不大，國產(chǎn)替代大有希望。
當(dāng)前，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，同我國經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展要求形成歷史性交匯。氫能開發(fā)利用技術(shù)已經(jīng)取得重大突破，我們需要牢牢把握全球能源變革發(fā)展大勢和機(jī)遇，加快培育發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)，加速推進(jìn)能源綠色低碳轉(zhuǎn)型。
評論