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革命和應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)電等應用創(chuàng)新方興未艾。

 

       黨的十八大以來，習近平總書記親自指導推動能源革命，強調“要科學規(guī)劃建設新型能源體系，促進水風光氫天然氣等多能互補發(fā)展”。這為我國氫能產業(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�入期，盡管全國各地陸續(xù)發(fā)布了上百份氫能相關規(guī)劃和政策，但產業(yè)尚未形成統(tǒng)一有序的管理機制，關鍵技術和標準體系支撐較為薄弱，各界對于氫能的認知尚不全面。如何加快培育發(fā)展氫能產業(yè)，引導行業(yè)健康有序發(fā)展，助力“雙碳”目標達成，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)新藥等產業(yè)發(fā)展。這是氫能源作為前沿新興產業(yè)首次被提及，氫能產業(yè)熱度再起。

 

       氫能源是指氫和氧進行化學反應釋放出的化學能，是一種二次能源，需要通過風能、太陽能、煤炭、天然氣等一次能源生產出來。氫單位質量能量密度高，燃燒的產物是水，被視為21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉�。當前，全球氫能全產業(yè)鏈關鍵核心技術趨于成熟，氫能基礎設施建設明顯提速。我國是世界上最大的制氫國，氫氣年產能超4000萬噸，產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和生產工藝，全產業(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業(yè)園內，數(shù)臺破碎機掘開一米厚的凍土層。廠區(qū)另一側，6個巨大的球型儲氨罐拔地而起，標準化廠房鋼架結構全面落成。

 

       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，隨著項目建設加速推進，全國首個綠氫合成氨工程將于今年底在此投產。

 

       距大安200多公里的松原市，中國能建松原氫能產業(yè)園一期項目也在抓緊建設。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型。

 

       為助力東北振興，在眾多新能源領域中，吉林省率先搶占氫能新賽道，10余個百億元級“綠氫+”項目正在同時推進。

 

       視線投向長江南岸，名列全國百強縣前三的江蘇張家港已經完成了氫能全產業(yè)鏈布局。憑借良好的低溫壓力裝備產業(yè)基礎，張家港已為我國100余座加氫站提供了成套設備，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)。

 

       “氫能產業(yè)市場規(guī)模大，產業(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)展氫能產業(yè)是張家港加快新舊動能轉換、調高調輕調優(yōu)產業(yè)結構、助力“雙碳”目標的重要抓手。

 

       沿長江上行來到安徽蕪湖，依靠良好的區(qū)位優(yōu)勢和汽車產業(yè)基礎，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；中鼎恒盛氣體設備公司生產的加氫站專用隔膜壓縮機系統(tǒng)實現(xiàn)量產，全國市場占有率達50%；�？铺┛�2.0T燃氫發(fā)動機落地……

 

       蕪湖市發(fā)展改革委副主任董亮介紹，加快發(fā)展氫能產業(yè)，是助力應對氣候變化、保障能源供應安全的必由之路。蕪湖已經形成涵蓋氫能汽車、氫燃料電池、氫能儲運裝備制造的產業(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)步推進氫能多元化示范應用等目標。受利好政策影響，各地投資氫能產業(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，明確氫能產業(yè)發(fā)展目標、路線圖或時間表。

 

       過去一年，我國氫能產業(yè)進入快速發(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業(yè)發(fā)展的指導意見，可再生能源制氫大基地建設、氫能高速、海洋氫能等創(chuàng)新應用工程加快推進，全產業(yè)鏈關鍵技術攻關及裝備自主化持續(xù)深入，氫能企業(yè)融資及上市步伐加快。

 

       據(jù)統(tǒng)計，當前我國規(guī)劃和建設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均居世界第一，氫能在交通、化工、冶金等領域示范規(guī)模引領全球。

 

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，氫能屢遭質疑。這是因為與化石燃料相比，氫的利用成本高、儲運困難、轉換效率低，難以大規(guī)模當作能源使用。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電。隨著技術快速進步，風光發(fā)電成本大幅下降，在很多地區(qū)已經具備了與化石能源競爭的實力。即便如此，風電、光伏等新能源并不是應對氣候變化的萬能“良藥”。

 

       中國能源研究會研究員、雙碳產業(yè)合作分會主任黃少中曾擔任西北能源監(jiān)管局局長，他見證了我國新能源裝機躍升式發(fā)展。如今在西北地區(qū)，超半數(shù)發(fā)電裝機容量來自風光等新能源。對于新能源進一步發(fā)展面臨的消納問題，黃少中有著清醒認識。

 

       “隨著新能源裝機持續(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”，與風光等新能源協(xié)同發(fā)展有廣闊前景。“風光有間歇性、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，且下游應用多元，恰好能彌補新能源不足，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，但這項技術可用來儲存更多能量，這是目前其他儲能技術無法實現(xiàn)的。

 

       在安徽省六安市，國內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20兆帕長管壓力容器內，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?shù)仉娋W春秋、冬夏跨季度調節(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，目前通過建設抽水蓄能、新型儲能等調節(jié)電源，以及對煤電進行靈活性改造等手段，能夠應對一定規(guī)模的新能源并網消納，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。中國科學院院士歐陽明高透露，按照國際能源署預測，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)綠色低碳轉型的重要載體。在一些無法僅通過綠電完成氣候目標的行業(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，但各國自然資源、產業(yè)基礎不同，隨之誕生了國際氫能貿易需求。過去一年，各國間氫能貿易合作頻繁，日韓、中東、歐洲等地區(qū)已經開始出現(xiàn)國際氫能進出口。

 

       “氫能將成為全球性重要低碳能源，促進大規(guī)模氫基能源跨國貿易，氫未來還有望作為期貨進行商品交易。”中國產業(yè)發(fā)展促進會副會長兼氫能分會會長魏鎖表示，我國有望由能源進口國，轉變?yōu)槟茉促Y源和技術裝備輸出國。

 

       氫能的高品質能源特性，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調，要從我國國情和能源綠色轉型實際出發(fā)，堅持綠色低碳和經濟實用為方向，強化氫能與電能互補融合，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。

 

       中國國際經濟交流中心能源政策研究部部長景春梅預計，到2060年，氫能在我國終端能源體系中占比將達15%，氫能與電力協(xié)同互補共同成為終端能源體系的消費主體，可帶動形成10萬億元級新興產業(yè)，為高質量發(fā)展注入強大動力。

 

制備綠氫如何降成本

 

       化石能源是全球經濟活動的主要支撐，任何一種化石能源的替代品都必須能夠大批量生產，并且比化石能源更清潔。氫能要想“飄”得更遠，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，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，這就是當前主流的1000標方堿性電解槽，運行一小時耗電4000至5000千瓦時，可生產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)模生產和應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)�；�電解制氫，再結合可再生能源柔性制氫技術，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業(yè)園長春綠動氫能科技有限公司車間內，一套占地200多平方米的電解水制氫系統(tǒng)正在進行帶電帶壓測試。該公司董事長樊煥然說，質子交換膜電解槽負荷范圍寬，調節(jié)更加靈活。目前公司生產的制氫系統(tǒng)核心設備正在實現(xiàn)國產化替代，即將在吉林大安風光制綠氫合成氨一體化項目上大規(guī)模示范應用。

 

       隨著技術成熟、應用場景放開，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)正加速產能擴張，電解槽出貨量每年都以翻番的趨勢增長。

 

       目前，我們已經開發(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成本高昂。在地球上很少能找到單質形態(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濟性，才是各界對氫能最關心的問題。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，關鍵在于選取風光發(fā)電資源豐富、成本較低的地區(qū)設立制氫項目。

 

       今年3月，國家能源集團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?shù)刎S富的風光資源，打造全球領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用。中國氫能聯(lián)盟秘書長、國家能源集團氫能事業(yè)部主任劉瑋表示，“希望氫洲項目能夠起到標桿示范作用，通過規(guī)�；�綠氫開發(fā)把成本降到每公斤16元，真正具備商業(yè)競爭力”。

 

       我國擁有豐富的風光資源，可再生能源裝機量全球第一，風電光伏設備產能全球第一，在清潔低碳的氫能供給上具有顯著優(yōu)勢和巨大潛力。在產業(yè)培育過程中，要合理布局制氫設施，重點發(fā)展可再生能源制氫，嚴格控制化石能源制氫。

 

       具體來看，應結合資源稟賦特點和產業(yè)布局，因地制宜選擇制氫技術路線。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)副產氫。在風光水電資源豐富地區(qū)，開展可再生能源制氫示范，逐步擴大示范規(guī)模。推進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研發(fā)。探索在氫能應用規(guī)模較大的地區(qū)設立制氫基地。

 

       業(yè)內人士普遍認為，雖然當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。

 

建基礎設施還有哪些難題

 

       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，導致儲輸環(huán)節(jié)成本占比在現(xiàn)有氫能全產業(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大基礎設施建設，提升氫儲運技術水平，以便進行高效規(guī)�；�運輸。

 

       中材科技（蘇州）有限公司車間內，數(shù)根長度12米的長管正在進行碳纖維纏繞，這種復合長管是構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�方式�?rdquo;該公司黨委書記、總經理付朝軍告訴記者，相較于傳統(tǒng)I型鋼管，II型復合長管設計構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，此種方式的經濟運輸半徑為500公里左右，顯然無法滿足氫能大范圍規(guī)�；瘧�用需求。

 

       破局需要新路徑。“氫能與天然氣產業(yè)鏈高度相似，氫能基礎設施建設可對標天然氣，我們能從遙遠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、遠距離氫能儲運和高效利用有較大優(yōu)勢。”

 

       類似于當前成熟的液化天然氣，從氣態(tài)氫轉化為液態(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)的國內首臺日產10噸級氫液化工廠核心設備，打破了國外對大規(guī)模氫液化產品的長期壟斷。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。走進張家港中集圣達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)部總經理羅曉鐘說：“去年底，我們設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，這在油氣領域已得到驗證。歐美的氫氣管網已有70年歷史，目前全球范圍內氫氣輸送管道總里程已達5000公里左右，我國輸氫管道建設尚處起步階段，發(fā)展?jié)摿�巨大�?/div> (責任編輯：子蕊)