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國(guó)家電投:勇立氫能發(fā)展潮頭

經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)發(fā)布時(shí)間:2022-06-06 12:37:36  作者:祝 偉 李華林

  在海拔2198米的小海坨山間,一段7.5公里盤山路上集中了14個(gè)“胳膊肘彎”,海拔從900米上升至1480米,蜿蜒曲折、崎嶇險(xiǎn)峭。這是延慶冬奧村抵達(dá)國(guó)家高山滑雪中心的地面路徑。

  北京冬奧會(huì)期間,搭載國(guó)家電投“氫騰”燃料電池的氫能大巴穿梭其間,以“零事故、零故障、零失誤”的穩(wěn)定表現(xiàn),完成了一次華麗亮相。這是冬奧會(huì)歷史上第一次大規(guī)模使用氫燃料電池汽車作為主運(yùn)力,也是國(guó)產(chǎn)自主研發(fā)氫燃料電池汽車第一次和國(guó)際巨頭在同一賽道上競(jìng)爭(zhēng)。

  “清潔能源是公司未來(lái)的主要發(fā)展方向。國(guó)家氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃的發(fā)布,為我們開展氫能利用技術(shù)自主創(chuàng)新,實(shí)現(xiàn)可再生能源規(guī)模化發(fā)展提供了機(jī)遇。我們將扛起能源革命中的央企責(zé)任,繼續(xù)做清潔低碳能源轉(zhuǎn)型的排頭兵。”國(guó)家電力投資集團(tuán)有限公司董事長(zhǎng)錢智民說(shuō)。

  先機(jī):考驗(yàn)的是戰(zhàn)略眼光

  2015年7月,中國(guó)電力投資集團(tuán)公司和國(guó)家核電技術(shù)有限公司實(shí)施重組,成立國(guó)家電投。彼時(shí),國(guó)家電投清潔能源占比已是行業(yè)第一,兩家能源央企的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合,又使其成為國(guó)內(nèi)同時(shí)擁有風(fēng)、光、水、火、核、氣、生物質(zhì)發(fā)電的綜合能源企業(yè)。但他們不甘于此,而是將目光瞄準(zhǔn)了“未來(lái)的能源”。

  在錢智民看來(lái),當(dāng)解決了能源供應(yīng)問(wèn)題之后,能源的安全、利用效率,以及衍生的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題就變得尤為重要,發(fā)展氫能將是未來(lái)能源低碳轉(zhuǎn)型的重要路徑。

  為什么是氫能?放眼能源行業(yè),我國(guó)擁有豐富的可再生能源和綠電制氫優(yōu)勢(shì)。同時(shí),近年來(lái)隨著光伏、風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘吭黾樱恍┑貐^(qū)由于電力消納能力不足,存在棄風(fēng)棄光問(wèn)題。利用電解水制氫,將電能轉(zhuǎn)化為氫能儲(chǔ)存起來(lái);在電力輸出不足時(shí),儲(chǔ)存起來(lái)的氫能再利用燃料電池等發(fā)電回饋電網(wǎng),既能解決可再生能源發(fā)電并網(wǎng)問(wèn)題,也能提高能源利用效率。

  “通過(guò)構(gòu)建可再生能源發(fā)電與氫能供給的‘電—氫體系’,在供給側(cè)推動(dòng)可再生能源規(guī)劃發(fā)展,在消費(fèi)側(cè)實(shí)現(xiàn)交通、分布式供能等領(lǐng)域的化石能源替代,這將有力推動(dòng)能源時(shí)空轉(zhuǎn)型和區(qū)域平衡,保障國(guó)家能源供應(yīng),實(shí)現(xiàn)碳中和。”錢智民說(shuō)。

  從2016年起,在風(fēng)電、光伏領(lǐng)域搶占先機(jī)的國(guó)家電投,開始前瞻性地布局氫能、儲(chǔ)能等當(dāng)時(shí)很多企業(yè)看不準(zhǔn)、不敢碰的新領(lǐng)域。2017年5月,在能源央企中率先成立首家氫能專業(yè)化子公司——國(guó)家電投氫能科技發(fā)展有限公司(以下稱“國(guó)氫科技”),專注于燃料電池研發(fā)、多應(yīng)用場(chǎng)景的氫動(dòng)力系統(tǒng)開發(fā)、先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)研究與產(chǎn)品開發(fā)等。

  正是憑借這樣的“膽大心細(xì)”,過(guò)去6年間,國(guó)家電投在清潔能源技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目實(shí)施方面取得了一系列突破——光伏發(fā)電裝機(jī)、新能源發(fā)電裝機(jī)、可再生能源發(fā)電裝機(jī)三項(xiàng)指標(biāo)躍居世界第一;“氫騰”燃料電池實(shí)現(xiàn)了全產(chǎn)業(yè)鏈自主化創(chuàng)新……

  “同傳統(tǒng)能源相比,我國(guó)可再生能源資源豐富,發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)明顯。在氫能時(shí)代,中國(guó)企業(yè)一定要抓住換道超車的機(jī)遇。”國(guó)家電投戰(zhàn)略規(guī)劃部副主任申偉東說(shuō)。

  創(chuàng)新:從零開始的勇氣

  燃料電池電堆,被稱為氫能汽車的“心臟”。北京冬奧會(huì)期間,海拔2000多米的延慶賽區(qū),冬季夜間氣溫在零下30攝氏度以下,搭載“氫騰”燃料電池的大巴經(jīng)受住了低溫、陡坡等重大考驗(yàn)。從材料到零部件,再到燃料電池電堆,均由國(guó)家電投自主研發(fā)。

  回望5年前,這一切還難以想象。在國(guó)氫科技成立的2017年,我國(guó)氫燃料電池產(chǎn)業(yè)幾乎一片空白。上游原材料供應(yīng)不成體系;下游應(yīng)用場(chǎng)景遠(yuǎn)未打開;更困難的是,一系列核心技術(shù)被“卡脖子”,催化劑、質(zhì)子交換膜(PEM)、雙極板等關(guān)鍵零部件幾乎全靠進(jìn)口。

  “中國(guó)想要擁有自己的氫燃料電池技術(shù),只能從零開始。”知名燃料電池專家柴茂榮正是在那時(shí)回國(guó),加入國(guó)氫科技成為首席技術(shù)官,帶領(lǐng)一支30多人的初始團(tuán)隊(duì),圍繞核心環(huán)節(jié)、關(guān)鍵零部件展開攻關(guān),誓要實(shí)現(xiàn)燃料電池的全產(chǎn)業(yè)鏈自主化。

  從無(wú)到有,這注定是一場(chǎng)時(shí)間與耐力的比拼。2021年12月,國(guó)氫科技30萬(wàn)平方米質(zhì)子交換膜生產(chǎn)線投產(chǎn),一舉打破國(guó)內(nèi)質(zhì)子交換膜市場(chǎng)被國(guó)外廠家長(zhǎng)期壟斷的局面。

  “質(zhì)子交換膜是氫燃料電池中的關(guān)鍵材料,作用是傳輸質(zhì)子,阻擋電子和氫氣穿梭,其地位相當(dāng)于芯片中的光刻膠。”國(guó)家電投氫能科技發(fā)展有限公司燃料電池技術(shù)部主任周明正說(shuō),此前,我國(guó)所用的質(zhì)子交換膜幾乎全靠進(jìn)口,1平方米(重20多克)的價(jià)格堪比同等重量的黃金。

  在將近兩年時(shí)間里,國(guó)氫科技研發(fā)團(tuán)隊(duì)“死磕”質(zhì)子交換膜難題,最終攻克樹脂分散及浸潤(rùn)技術(shù),研發(fā)出高電導(dǎo)率、高耐久性、低溶脹的質(zhì)子交換膜,部分指標(biāo)達(dá)到世界領(lǐng)先水平,價(jià)格卻只有國(guó)外同類產(chǎn)品的一半。“目前我們已在大功率燃料電池電堆中應(yīng)用,并接獲多家公司采購(gòu)訂單,燃料電池核心材料產(chǎn)業(yè)大步向前邁進(jìn)。”周明正說(shuō)。

  雙極板被稱之為電堆的“骨架”,在燃料電池中起著支撐膜電極、為燃料氣體及冷卻液提供通道的作用。近幾年,國(guó)外企業(yè)研制出鈦合金雙極板,啟動(dòng)快、強(qiáng)度高、抗腐蝕性能強(qiáng),但沖壓成型難。如果中國(guó)企業(yè)無(wú)法制造,就只能依賴進(jìn)口。

  國(guó)氫科技決定從最基礎(chǔ)的金屬冶煉做起,一爐爐進(jìn)行鈦材冶煉試驗(yàn),相繼攻克沖壓用鈦箔材,突破薄板壓延、焊接、表面鍍膜等工藝難題,開發(fā)出耐腐蝕性強(qiáng)的鈦基雙極板。2020年,鈦基雙極板生產(chǎn)線建成投產(chǎn),國(guó)家電投成為全球第二個(gè)掌握鈦雙極板全套生產(chǎn)工藝的公司。

  質(zhì)子交換膜、雙極板、催化劑、擴(kuò)散層、膜電極、電堆、空壓機(jī)、氫循環(huán)泵/引射器……5年間,燃料電池的八大關(guān)鍵部件,一個(gè)一個(gè)被攻克,國(guó)家電投實(shí)現(xiàn)了從材料到零部件再到燃料電池電堆和系統(tǒng)的全線自主化。

  布局:選擇一條更難的路

  “氫騰”燃料電池的科技攻堅(jiān)之路,只是國(guó)家電投發(fā)力全產(chǎn)業(yè)鏈自主創(chuàng)新,打破國(guó)外技術(shù)壟斷的一個(gè)縮影。

  近年來(lái),從全產(chǎn)業(yè)鏈布局的戰(zhàn)略高度出發(fā),國(guó)家電投從能源線和產(chǎn)品線兩方面統(tǒng)籌氫能業(yè)務(wù)發(fā)展。在能源線方面,協(xié)同推進(jìn)可再生能源發(fā)電與制氫、加氫站建設(shè)及氫能綜合利用。在產(chǎn)品線方面,布局可適用于風(fēng)光制氫的質(zhì)子交換膜制氫裝置,加大燃料電池關(guān)鍵核心研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化等,覆蓋了從科技研發(fā)、產(chǎn)品到市場(chǎng)轉(zhuǎn)化的完整產(chǎn)業(yè)鏈。

  “如果只是單點(diǎn)突破,只需要應(yīng)對(duì)局部挑戰(zhàn),如果全產(chǎn)業(yè)鏈布局就必須應(yīng)對(duì)全方位挑戰(zhàn)。這對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)或許是選擇了一條更難的路,但作為能源央企,這種責(zé)任無(wú)可回避。只有將產(chǎn)業(yè)鏈牢牢掌握在自己手中,才能避免在國(guó)際上受制于人。”國(guó)家電投氫能科技發(fā)展有限公司總經(jīng)理張銀廣說(shuō)。

  全產(chǎn)業(yè)鏈布局,難在哪里?難在氫能產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)并且環(huán)節(jié)眾多。氫能源的利用要從氫的制備開始,經(jīng)過(guò)制備氫、儲(chǔ)存氫、運(yùn)輸氫到最后分配氫、使用氫,“制、儲(chǔ)、運(yùn)、用”每個(gè)環(huán)節(jié)的科技含量都很高,而其中最核心的環(huán)節(jié)當(dāng)屬氫氣的制取。

  目前,世界主流的制氫方式存在三種技術(shù)路線,即石油、天然氣、煤炭等化石能源重整制氫,工業(yè)副產(chǎn)品提純制氫以及電解水制氫。其中,質(zhì)子交換膜電解水制氫具有能量密度高、電解效率高、氣體純度高等優(yōu)勢(shì),但技術(shù)難度也最高。

  在位于北京市延慶區(qū)的國(guó)家電投氫能創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)園,一套由3個(gè)高5.6米、長(zhǎng)10米模塊組成的橇裝式質(zhì)子交換膜純水電解制氫設(shè)備矗立于園區(qū)之內(nèi)。國(guó)家電投中電智慧綜合能源有限責(zé)任公司副總經(jīng)理孫向東說(shuō),這是國(guó)內(nèi)首臺(tái)(套)兆瓦級(jí)新型電解水制氫裝置。通過(guò)與德國(guó)西門子能源公司的合作,企業(yè)走過(guò)了技術(shù)引進(jìn)、消化吸收的階段,如今在部分關(guān)鍵制氫技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)有了比肩國(guó)際巨頭的能力。

  加氫站是氫能產(chǎn)業(yè)鏈中的重要環(huán)節(jié),也是氫能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模利用的關(guān)鍵。在國(guó)家電投旗下的中關(guān)村延慶園加氫站,工作人員現(xiàn)場(chǎng)向記者演示了加氫過(guò)程。一輛氫燃料大巴,一次加滿氫能只需10分鐘,續(xù)航能力可達(dá)到400公里,節(jié)省燃油約80公斤。

  孫向東說(shuō),這座加氫站在北京冬奧會(huì)和冬殘奧會(huì)期間,累計(jì)為73輛氫燃料客車提供了近700臺(tái)次加注服務(wù),實(shí)現(xiàn)柴油替代35噸,減排二氧化碳120噸,未來(lái)這里將成為延慶區(qū)重要的氫能交通基礎(chǔ)設(shè)施之一。

  “持續(xù)創(chuàng)新是我們最核心的競(jìng)爭(zhēng)力。即便如今我們已經(jīng)攻克了產(chǎn)業(yè)鏈上許多‘卡脖子’技術(shù)和難題,但我們?nèi)灾郛a(chǎn)業(yè)新趨勢(shì),儲(chǔ)備新技術(shù)。”孫向東說(shuō)。

  開拓:落地的才是真實(shí)的

  從氫能交通開始,國(guó)家電投力圖打開氫能廣闊的應(yīng)用空間。近年來(lái),公司系列關(guān)鍵技術(shù)的突破,為傳統(tǒng)交通抹上了“新綠”:氫能大巴落地,燃料電池汽車?yán)m(xù)航里程更長(zhǎng)、環(huán)保性能更優(yōu);氫能無(wú)人機(jī)起飛,重量輕、噪音低、零碳排放;全國(guó)首臺(tái)氫能機(jī)車試運(yùn)行,可降低長(zhǎng)距離、高負(fù)荷交通運(yùn)輸對(duì)傳統(tǒng)油氣燃料依賴……

  “氫能產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)、利用領(lǐng)域廣,在電力、化工、冶金等領(lǐng)域都擁有豐富的想象空間。”張銀廣說(shuō),圍繞氫能的“長(zhǎng)價(jià)值鏈”,國(guó)家電投擘畫出清晰的戰(zhàn)略路線圖:打造氫能源生產(chǎn)和供應(yīng)體系,提供燃料電池及相關(guān)終端應(yīng)用產(chǎn)品,并提供面向用戶的綜合解決方案。

  技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)拓展,離不開人才、資金各類要素的集聚。國(guó)家電投始終重視人才培養(yǎng),僅國(guó)氫科技就擁有3位院士組成的專家顧問(wèn)團(tuán)隊(duì)和百余人的骨干研發(fā)團(tuán)隊(duì),其中碩博及以上學(xué)歷者占比超過(guò)90%。“5年來(lái),國(guó)氫科技瞄準(zhǔn)行業(yè)前沿技術(shù),不斷加大研發(fā)投入。”柴茂榮感慨,正是公司這股自主創(chuàng)新的決心,讓研發(fā)團(tuán)隊(duì)滿懷希望,堅(jiān)定信念勇往直前,立志開拓出廣闊的氫能應(yīng)用前景。

  氫能能量究竟有多大?目前沒(méi)有終極答案。但可以確定的是,每一次技術(shù)突破,每一條生產(chǎn)線投產(chǎn),都讓人們離“氫生活”更近了一些,讓中國(guó)企業(yè)在搶占全球“氫競(jìng)爭(zhēng)”制高點(diǎn)中更快了一步。作為氫能科技前行者,國(guó)家電投的開拓創(chuàng)新沒(méi)有止境,依然在路上。(記者 祝 偉 李華林)

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