
氫燃料電池動力示范船“三峽氫舟1”號在長江上航行,。(三峽集團供圖)
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(diào)“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(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)?;瘜肫冢M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)一有序的管理機制,,關(guān)鍵技術(shù)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(chǎn)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(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(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世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?。當前,,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)設施建設明顯提速,。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,標準化廠房鋼架結(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,,隨著項目建設加速推進,,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,。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(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?!睆埣腋凼邪l(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),;中鼎恒盛氣體設備公司生產(chǎn)的加氫站專用隔膜壓縮機系統(tǒng)實現(xiàn)量產(chǎn),全國市場占有率達50%,;??铺┛?.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(chǎn)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(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(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,、路線圖或時間表。
過去一年,,我國氫能產(chǎn)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(chǎn)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(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(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電,。隨著技術(shù)快速進步,風光發(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(chǎn)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?!秉S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?!帮L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,?!奔幽么髧夜こ淘涸菏俊V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(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?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,?!眹W(wǎng)浙江電科院科技研發(fā)中心章雷其博士表示,目前通過建設抽水蓄能,、新型儲能等調(diào)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(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(zhuǎn)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(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(mào)易,氫未來還有望作為期貨進行商品交易,?!敝袊a(chǎn)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(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(jīng)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(chǎn)業(yè),為高質(zhì)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(jīng)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(chǎn),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(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(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)核心設備正在實現(xiàn)國產(chǎn)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(shù)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(chǎn)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(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(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)模化綠氫開發(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(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(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(shù)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(nèi)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(chǔ)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(jīng)理宦祖飛的“心病”,?!艾F(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?!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(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大基礎(chǔ)設施建設,,提升氫儲運技術(shù)水平,以便進行高效規(guī)?;\輸。
中材科技(蘇州)有限公司車間內(nèi),,數(shù)根長度12米的長管正在進行碳纖維纏繞,,這種復合長管是構(gòu)成管束式運氫集裝箱的核心部件?!澳壳肮苁郊b箱仍是我國氣態(tài)氫運輸?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型復合長管設計構(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(jīng)濟運輸半徑為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,?!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,、遠距離氫能儲運和高效利用有較大優(yōu)勢?!?/p>
類似于當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”?!皡擦帧币唤?,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(jīng)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,?!?/p>
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(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5000公里左右,,我國輸氫管道建設尚處起步階段,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計工作的氫氣管道總里程共計1850.8公里,,最大設計輸量每年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,。
純氫管道建設驗證周期長,,且投入巨大,只有當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?。當前,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?!疤┡d經(jīng)濟開發(fā)區(qū)工業(yè)副產(chǎn)氫資源豐富,?!碧┡d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氣有限公司副總經(jīng)理季留根表示,理論上,,摻氫比例最高可達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,,且不用進行氫氣分離,,也不用提純,具備較好經(jīng)濟性,?!?/p>
氫能儲運網(wǎng)絡建設是一項系統(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,,需要加強頂層設計,,統(tǒng)一規(guī)劃,根據(jù)市場發(fā)展初期,、中期和遠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。
主力應用場景怎樣開發(fā)
氫能與人們最密切相關(guān)的應用就是交通,。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,氫能車才有機會,。
但調(diào)研中記者發(fā)現(xiàn),,當前已發(fā)布氫能產(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)域應用較少提及,。過于單一的應用場景,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)域進展緩慢。氫能要推廣,,必須要找到更多主力應用場景,。
事實上,氫能應用遠不僅是汽車,,在那些氫已經(jīng)被用作原料的領(lǐng)域進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)應用,?!绊椖棵磕昕上蛳掠螣捇髽I(yè)供應綠氫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中?!笆苤朴跉錃獾慕?jīng)濟運輸半徑,,綠氫應用輻射范圍較小,但氨醇產(chǎn)品應用已經(jīng)很廣泛,,存量市場體量很大,,商業(yè)模式也很清晰?!必撠熢擁椖康闹袊芙ňG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3號機組鍋爐中部,,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年的老煤電機組重煥新生。
全國能源工作會議在部署2024年重點任務時提出,,研究探索火電摻燒氫氨技術(shù),,推動建設一批“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)域應用氨混燒時,,基本不需要改變現(xiàn)有主體設備,,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,甚至將錯過應用氫氣的最佳時機,。業(yè)內(nèi)人士認為,,需要通過財政支持與碳市場機制協(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,,有序開展氫能技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)應用示范。
此外,,在綠色認證方面,,我國尚未建立國家層面的綠色氫基能源認證標準體系。綠色氫基能源認證標準體系一定程度上屬于綠色電力認證的延伸,,我國綠電認證體系在與國際標準銜接方面尚未完全打通,,涉及的不同領(lǐng)域政策與管理機制還需進一步理順。
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),是解決深遠海海上風電等綠色能源離岸遠,、并網(wǎng)成本高等難題的有效途徑,;集成式增壓加氫裝置,可為中小型氫能設備提供加注服務,,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,。
當前我國氫能產(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,,也影響供應鏈安全。
“一些國產(chǎn)關(guān)鍵材料設備在耐久性,、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,、氣體擴散層、膜電極,、雙極板,、電堆、空壓機,、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崭笨偨?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工業(yè)園區(qū)投運。
魏蔚博士畢業(yè)于上海交通大學低溫工程專業(yè),。當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)化應用。
“液氫在發(fā)達國家早已實現(xiàn)規(guī)?;裼?,中國的氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展不能沒有液氫?!蔽何嫡f,,國富氫能團隊堅持自主化、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,?!暗蜏毓こ虡O具規(guī)模效應,因為單座液化工廠規(guī)模太小導致成本高昂,,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,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,中國石化在強化主體支撐,、推動融通帶動上取得了積極進展,,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,,聚焦應用場景打造等核心任務,,在基礎(chǔ)固鏈、技術(shù)補鏈,、融合強鏈,、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,,我國應發(fā)揮新型科研舉國體制優(yōu)勢,在氫能頂層設計中充分發(fā)揮頂層協(xié)調(diào)機制,統(tǒng)籌各部門政策和資金資源形成合力,,持續(xù)推進綠色低碳氫能制取,、儲存、運輸和應用等各環(huán)節(jié)關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā),。持續(xù)推動氫能先進技術(shù),、關(guān)鍵設備、重大產(chǎn)品示范應用和產(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。
當前,,新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革,同我國經(jīng)濟高質(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)展大勢和機遇,加快培育發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè),,加速推進能源綠色低碳轉(zhuǎn)型,。 (經(jīng)濟日報記者 王軼辰 齊 慧)