氫燃料電池動力示范船“三峽氫舟1”號在長江上航行,。（三峽集團(tuán)供圖）
近年來，隨著各國陸續(xù)明確碳中和時(shí)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(jì),，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(dú)特價(jià)值,。
我國氫能正處于規(guī)模化導(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(bào)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?。?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(yùn),、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(gè)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(shí)，眼前還是一片荒蕪的蘆葦塘,，僅僅兩年后,，隨著項(xiàng)目建設(shè)加速推進(jìn)，全國首個(gè)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(xiàng)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(xiàng)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(gè)百億元級“綠氫+”項(xiàng)目正在同時(shí)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(shí)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(shí)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(yùn)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(shí)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(jì),，當(dāng)前我國規(guī)劃和建設(shè)可再生能源制氫項(xiàng)目超過400個(gè),，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(yùn)加氫站兩項(xiàng)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(shí)間里,，氫能屢遭質(zhì)疑。這是因?yàn)榕c化石燃料相比,，氫的利用成本高,、儲運(yùn)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(diǎn)錯(cuò)了“科技樹”,？
全球能源綠色低碳轉(zhuǎn)型的邏輯起點(diǎn)在于氣候變化,，這個(gè)問題迫使我們思考如何打造一個(gè)沒有化石燃料的世界。為實(shí)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(shí)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(gè)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?！帮L(fēng)光有間歇性,、波動性，很多時(shí)候不可控,。氫氣易制備,，能跨季節(jié)長時(shí)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(gè)更完善的能源體系，保障國家能源安全,?！奔幽么髧夜こ淘涸菏俊V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(gè)巨大障礙,。雖然從電力到氫氣再回到電力整個(gè)循環(huán)的效率低于很多儲能技術(shù)，但這項(xiàng)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(shí)現(xiàn)的,。
在安徽省六安市，國內(nèi)首個(gè)兆瓦級氫能綜合利用示范站正在運(yùn)行,，用電低谷時(shí),，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(shí)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(jià)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(jì)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(yùn)營成本。
“電氫融合發(fā)展是大趨勢,?！眹W(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(shí)儲能需求還不迫切,。等新能源滲透率達(dá)到40%至50%水平時(shí)，氫的長時(shí)儲能價(jià)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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?！敝袊a(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(shí)際出發(fā)，堅(jiān)持綠色低碳和經(jīng)濟(jì)實(shí)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(jì)，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(fèi)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(jià)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(shí)證基地內(nèi),，300多片雙極板通過拉桿集成為一個(gè)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(yùn)行一小時(shí)耗電4000至5000千瓦時(shí)，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?！标柟鈿淠芏麻L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(shí)現(xiàn)大型化規(guī)?；娊庵茪洌俳Y(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(shí)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(xiàng)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(diǎn),。截至2024年1月,，我國公開在建及規(guī)劃電解水制氫示范項(xiàng)目制氫裝機(jī)總規(guī)模超過41吉瓦，綠氫項(xiàng)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,?！睔淠芪磥硎欠衲芫邆浣?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(xiàng)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(xiàng)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(shí)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(xiàng)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(diǎn)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(diǎn)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(jià)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(shí)現(xiàn)大規(guī)模平價(jià)制備綠氫只是時(shí)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(yùn)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(jià)每公斤60元，換算后要比柴油貴1倍,。其中,，運(yùn)輸成本占加氫站氫氣總成本超過三分之一?！被伦骘w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(diǎn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)技術(shù)水平，以便進(jìn)行高效規(guī)?；\(yùn)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(yùn)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(yùn)輸?shù)闹饕绞??！痹摴军h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(jì)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(yùn)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(yùn)輸能力難以持續(xù)大幅提升,，此種方式的經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(yùn)到東部，現(xiàn)在也能把氫運(yùn)出來,?！眹粴淠軕?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(yùn)和高效利用有較大優(yōu)勢?！?/p>
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(yùn)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(shí)現(xiàn)大規(guī)模低成本液氫制備初見曙光,。
與此同時(shí)，液氫儲運(yùn)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”,?！皡擦帧币唤牵惠v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(jì)制造的商用液氫罐車成功下線，打破了國際壟斷,，在氫運(yùn)量上提升了10倍,?！?/p>
與液氫相比，管道輸送儲運(yùn)能效更高,、輸送能力更強(qiáng),，這在油氣領(lǐng)域已得到驗(yàn)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(jì)工作的氫氣管道總里程共計(jì)1850.8公里,，最大設(shè)計(jì)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(yàn)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(shí),，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(shí)氫氣可以在不做重大技術(shù)調(diào)整的情況下?lián)交焯烊粴?。?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(gè)商業(yè)化原有管道天然氣摻氫碳減排技術(shù)改造項(xiàng)目,，已經(jīng)順利完成調(diào)試與試運(yùn)行工作?！疤┡d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(xiàng)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(xiàng)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,?！疤烊粴夤艿罁綒涓m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,?！?/p>
氫能儲運(yùn)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是一項(xiàng)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(fèi),，需要加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì),，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(diǎn),，合理匹配低壓高壓、氣態(tài)液態(tài)固態(tài)等各類儲運(yùn)方式,，逐步提高氫氣儲存和運(yùn)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(shí),，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(yùn)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(yàn)好,，沒有噪音,，起步平穩(wěn)順暢，尤其爬坡時(shí)動力十足”,。
雖然氫能可以直接用于我們的出行,，但在實(shí)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(jià)格更高,。只有在長距離重載運(yùn)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(diǎn)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(shí)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(gè)萬噸級光伏綠氫示范項(xiàng)目——庫車綠氫示范項(xiàng)目順利產(chǎn)氫,，標(biāo)志著我國首次實(shí)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,?！绊?xiàng)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,?！敝惺滦切陆G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(jià)值還可更多元?！拔覀兿Ｍ褮滢D(zhuǎn)化為可長時(shí)間儲存,、低成本運(yùn)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,?！贝蟀布娋G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(yùn)、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(xiàng)目正在建設(shè)中?！笆苤朴跉錃獾慕?jīng)濟(jì)運(yùn)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?！必?fù)責(zé)該項(xiàng)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(diǎn)燃,，每小時(shí)可消耗20噸氨,，讓這臺已經(jīng)運(yùn)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(diǎn)任務(wù)時(shí)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(shí),，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(shí)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(xiàng)目，實(shí)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(shí)產(chǎn)生的氧氣則用于空調(diào)生產(chǎn)焊接助燃,，系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生的余熱供高溫注塑使用。預(yù)計(jì)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(shí)間,，甚至將錯(cuò)過應(yīng)用氫氣的最佳時(shí)機(jī)。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為,，需要通過財(cái)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(shí),，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(yàn)證環(huán)節(jié)比較稀缺?！比~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(diǎn)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(xiàng)“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(yàn)配制催化劑漿料，從而調(diào)整出最佳方案,?！艾F(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?！卑不杖饸鋭恿萍加邢薰境?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(shí)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(jià),。
今年6月,，我國液氫產(chǎn)業(yè)也有望迎來歷史性時(shí)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(yùn)。
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(shí)，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(duì),，因?yàn)檫@也是她畢生的夢想——在中國實(shí)現(xiàn)液氫的商業(yè)化應(yīng)用。
“液氫在發(fā)達(dá)國家早已實(shí)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(duì)堅(jiān)持自主化,、國產(chǎn)化開發(fā)，歷時(shí)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?！暗蜏毓こ虡O具規(guī)模效應(yīng),，因?yàn)閱巫夯S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?！?/p>
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(jì)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(yùn)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(gè)成熟堆型通常要使用幾十年，短時(shí)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)新迭代非常快,?！狈疅ㄈ恢笆歉愫穗姷模瑢τ跉淠苄袠I(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。 （經(jīng)濟(jì)日報(bào)記者 王軼辰 齊 慧）
