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氫能產(chǎn)業(yè)調查

經(jīng)濟日報發(fā)布時(shí)間:2024-05-22 15:19:03  作者:齊 慧

  近年來(lái),隨著(zhù)各國陸續明確碳中和時(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)展戰略和路線(xiàn)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(lái),習近平總書(shū)記親自指導推動(dòng)能源革命,強調“要科學(xué)規劃建設新型能源體系,促進(jìn)水風(fēng)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(jià)值。

  我國氫能正處于規?;瘜肫?,盡管全國各地陸續發(fā)布了上百份氫能相關(guān)規劃和政策,但產(chǎn)業(yè)尚未形成統一有序的管理機制,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。

氫燃料電池動(dòng)力示范船“三峽氫舟1”號在長(cháng)江上航行。(三峽集團供圖)

  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)反應釋放出的化學(xué)能,是一種二次能源,需要通過(guò)風(fēng)能、太陽(yáng)能、煤炭、天然氣等一次能源生產(chǎn)出來(lái)。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)展潛力的清潔能源。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(wàn)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,數臺破碎機掘開(kāi)一米厚的凍土層。廠(chǎng)區另一側,6個(gè)巨大的球型儲氨罐拔地而起,標準化廠(chǎng)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(shí),眼前還是一片荒蕪的蘆葦塘,僅僅兩年后,隨著(zhù)項目建設加速推進(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)園一期項目也在抓緊建設。80萬(wàn)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(xiàn)等五大板塊即將全面上線(xiàn)。這是松原近年來(lái)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(lǐng)域中,吉林省率先搶占氫能新賽道,10余個(gè)百億元級“綠氫+”項目正在同時(shí)推進(jìn)。

  視線(xiàn)投向長(cháng)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,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(chē)提供了氫瓶和供氫系統。

  “氫能產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規模大,產(chǎn)業(yè)鏈條長(cháng),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(dòng)能轉換、調高調輕調優(yōu)產(chǎn)業(yè)結構、助力“雙碳”目標的重要抓手。

  沿長(cháng)江上行來(lái)到安徽蕪湖,依靠良好的區位優(yōu)勢和汽車(chē)產(chǎn)業(yè)基礎,蕪湖率先布局氫能交通。截至目前,奇瑞商用車(chē)開(kāi)發(fā)了4款氫燃料車(chē)輛,其中氫燃料大巴已實(shí)現量產(chǎn);中鼎恒盛氣體設備公司生產(chǎn)的加氫站專(zhuān)用隔膜壓縮機系統實(shí)現量產(chǎn),全國市場(chǎng)占有率達50%;??铺┛?.0T燃氫發(fā)動(dòng)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(chē)、氫燃料電池、氫能儲運裝備制造的產(chǎn)業(yè)體系。

工作人員在為氫燃料物流重卡加氫。唐奕 攝(新華社)

  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(cháng)期規劃(2021-2035年)》,首次明確氫能是未來(lái)國家能源體系的重要組成部分,提出穩步推進(jìn)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)布了涉及氫能的規劃和政策,明確氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標、路線(xiàn)圖或時(shí)間表。

  過(guò)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(cháng)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(jiàn),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(jìn),全產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)及裝備自主化持續深入,氫能企業(yè)融資及上市步伐加快。

  據統計,當前我國規劃和建設可再生能源制氫項目超過(guò)400個(gè),已建成加氫站約480座,燃料電池汽車(chē)保有量約2萬(wàn)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)域示范規模引領(lǐng)全球。

  發(fā)展氫能意味著(zhù)什么

  雖然我們早就知道氫能的巨大潛力,但過(guò)去很長(cháng)一段時(shí)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、轉換效率低,難以大規模當作能源使用。 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(huì )不會(huì )點(diǎn)錯了“科技樹(shù)”?

  全球能源綠色低碳轉型的邏輯起點(diǎn)在于氣候變化,這個(gè)問(wèn)題迫使我們思考如何打造一個(gè)沒(méi)有化石燃料的世界。為實(shí)現綠色發(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(zhù)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對氣候變化的萬(wàn)能“良藥”。

  中國能源研究會(huì )研究員、雙碳產(chǎn)業(yè)合作分會(huì )主任黃少中曾擔任西北能源監管局局長(cháng),他見(jiàn)證了我國新能源裝機躍升式發(fā)展。如今在西北地區,超半數發(fā)電裝機容量來(lái)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(wèn)題,黃少中有著(zhù)清醒認識。

  “隨著(zhù)新能源裝機持續攀升、輸電通道容量受限,如何有效消納綠電是個(gè)挑戰,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(dòng)性,很多時(shí)候不可控。氫氣易制備,能跨季節長(cháng)時(shí)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(gè)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(shuō)。

  能源需求的季節性差異問(wèn)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),但這項技術(shù)可用來(lái)儲存更多能量,這是目前其他儲能技術(shù)無(wú)法實(shí)現的。

  在安徽省六安市,國內首個(gè)兆瓦級氫能綜合利用示范站正在運行,用電低谷時(shí),電站用電制氫并儲存在站內20兆帕長(cháng)管壓力容器內,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。

安徽六安兆瓦級氫能綜合利用示范站(無(wú)人機照片)。杜宇攝(新華社)

  國網(wǎng)安徽電科院系統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(mǎn)足當地電網(wǎng)春秋、冬夏跨季度調節的需要。如果將余熱加以利用,系統總效率能提升至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(yíng)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(guò)建設抽水蓄能、新型儲能等調節電源,以及對煤電進(jìn)行靈活性改造等手段,能夠應對一定規模的新能源并網(wǎng)消納,電力系統對氫長(cháng)時(shí)儲能需求還不迫切。等新能源滲透率達到40%至50%水平時(shí),氫的長(cháng)時(shí)儲能價(jià)值就會(huì )顯現。

  未來(lái),氫儲能潛力廣闊。中國科學(xué)院院士歐陽(yáng)明高透露,按照國際能源署預測,未來(lái)10%的可再生能源消納必須通過(guò)長(cháng)周期儲能來(lái)解決。在2060年,我國有1.5萬(wàn)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)現綠色低碳轉型的重要載體。在一些無(wú)法僅通過(guò)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(guò)原料端綠氫替代可實(shí)現深度脫碳。

  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(shí)加速推進(jìn),但各國自然資源、產(chǎn)業(yè)基礎不同,隨之誕生了國際氫能貿易需求。過(guò)去一年,各國間氫能貿易合作頻繁,日韓、中東、歐洲等地區已經(jīng)開(kāi)始出現國際氫能進(jìn)出口。

  “氫能將成為全球性重要低碳能源,促進(jìn)大規模氫基能源跨國貿易,氫未來(lái)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(huì )副會(huì )長(cháng)兼氫能分會(huì )會(huì )長(cháng)魏鎖表示,我國有望由能源進(jìn)口國,轉變?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。國家能源局能源節約和科技裝備司副司長(cháng)邊廣琦強調,要從我國國情和能源綠色轉型實(shí)際出發(fā),堅持綠色低碳和經(jīng)濟實(shí)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,穩步提升氫能在新型能源體系中的戰略定位。

  中國國際經(jīng)濟交流中心能源政策研究部部長(cháng)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(dòng)形成10萬(wàn)億元級新興產(chǎn)業(yè),為高質(zhì)量發(fā)展注入強大動(dòng)力。

  制備綠氫如何降成本

  化石能源是全球經(jīng)濟活動(dòng)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模平價(jià)制備的挑戰。

  氫能的清潔程度取決于制取方式。目前我國每年3000多萬(wàn)噸氫氣來(lái)源中,55%左右為煤制氫,20%左右為天然氣制氫,生成過(guò)程中會(huì )排放二氧化碳,氫來(lái)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(yáng)光氫能電解水制氫實(shí)證基地內,300多片雙極板通過(guò)拉桿集成為一個(gè)長(cháng)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(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(chē)行駛9000公里。

  “目前能夠大規模生產(chǎn)和應用的就是堿性電解槽。”陽(yáng)光氫能董事長(cháng)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)現大型化規?;娊庵茪?,再結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(chǎng)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(cháng)春市中韓產(chǎn)業(yè)園長(cháng)春綠動(dòng)氫能科技有限公司車(chē)間內,一套占地200多平方米的電解水制氫系統正在進(jìn)行帶電帶壓測試。該公司董事長(cháng)樊煥然說(shuō),質(zhì)子交換膜電解槽負荷范圍寬,調節更加靈活。目前公司生產(chǎn)的制氫系統核心設備正在實(shí)現國產(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模示范應用。

  隨著(zhù)技術(shù)成熟、應用場(chǎng)景放開(kāi),可再生能源制氫成為投資熱點(diǎn)。截至2024年1月,我國公開(kāi)在建及規劃電解水制氫示范項目制氫裝機總規模超過(guò)41吉瓦,綠氫項目投建呈爆發(fā)式增長(cháng)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(cháng)。

  目前,我們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了較為成熟的清潔方法來(lái)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(kāi)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(lái),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(méi)有合適成本的氫燃料。”氫能未來(lái)是否能具備經(jīng)濟性,才是各界對氫能最關(guān)心的問(wèn)題。數據顯示,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(guò)剖析電解水制氫成本構成可發(fā)現,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,將依托當地豐富的風(fēng)光資源,打造全球領(lǐng)先的可再生能源制氫大基地,實(shí)現綠氫成本降低和多場(chǎng)景應用。中國氫能聯(lián)盟秘書(shū)長(cháng)、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(guò)規?;G氫開(kāi)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,可再生能源裝機量全球第一,風(fēng)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(zhù)優(yōu)勢和巨大潛力。在產(chǎn)業(yè)培育過(guò)程中,要合理布局制氫設施,重點(diǎn)發(fā)展可再生能源制氫,嚴格控制化石能源制氫。

  具體來(lái)看,應結合資源稟賦特點(diǎn)和產(chǎn)業(yè)布局,因地制宜選擇制氫技術(shù)路線(xiàn)。在焦化、氯堿、丙烷脫氫等行業(yè)集聚地區,優(yōu)先利用工業(yè)副產(chǎn)氫。在風(fēng)光水電資源豐富地區,開(kāi)展可再生能源制氫示范,逐步擴大示范規模。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)。探索在氫能應用規模較大的地區設立制氫基地。

  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(lái)綠電價(jià)格、電解槽成本繼續下降,能效持續提升,以及碳減排收益,實(shí)現大規模平價(jià)制備綠氫只是時(shí)間問(wèn)題。

  建基礎設施還有哪些難題

  提槍、加注、收槍?zhuān)瑑H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(lái),該站每年加氫量都以30%的速度增長(cháng)。

  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,運輸成本占加氫站氫氣總成本超過(guò)三分之一。”宦祖飛說(shuō)。


加氫站內,兩輛氫動(dòng)力商用車(chē)在補充動(dòng)力(無(wú)人機照片)。劉潺攝(新華社)

  中石化(安徽)綠氫能源有限公司副董事長(cháng)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,根據未來(lái)需求改造成加氫站并非難事,但氫能大規模發(fā)展必須解決儲運成本高的問(wèn)題。

  我國東部地區氫氣需求量大,但制綠氫成本高;西部地區擁有豐富風(fēng)光資源,在低成本、大規模制氫方面優(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)節成本占比在現有氫能全產(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(chǎng)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(shù)水平,以便進(jìn)行高效規?;\輸。

  中材科技(蘇州)有限公司車(chē)間內,數根長(cháng)度12米的長(cháng)管正在進(jìn)行碳纖維纏繞,這種復合長(cháng)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)氫運輸的主要方式。”該公司黨委書(shū)記、總經(jīng)理付朝軍告訴記者,相較于傳統I型鋼管,II型復合長(cháng)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(zhù)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(huì )大幅縮減,氣態(tài)氫公路運輸能力難以持續大幅提升,此種方式的經(jīng)濟運輸半徑為500公里左右,顯然無(wú)法滿(mǎn)足氫能大范圍規?;瘧眯枨?。

  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,現在也能把氫運出來(lái)。”國富氫能戰略總監魏蔚說(shuō),“液氫因其能量密度高、儲存壓力低、安全性好、純度高,對于大規模、遠距離氫能儲運和高效利用有較大優(yōu)勢。”

  類(lèi)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(zhù)大小相同的容器可裝運更多的氫。去年4月,國富氫能下線(xiàn)自主研發(fā)的國內首臺日產(chǎn)10噸級氫液化工廠(chǎng)核心設備,打破了國外對大規模氫液化產(chǎn)品的長(cháng)期壟斷。我國實(shí)現大規模低成本液氫制備初見(jiàn)曙光。

  與此同時(shí),液氫儲運裝備也迎來(lái)重大突破。走進(jìn)張家港中集圣達因低溫裝備有限公司廠(chǎng)區,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(mén)系統的液氫罐車(chē)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(shuō):“去年底,我們設計制造的商用液氫罐車(chē)成功下線(xiàn),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(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)展潛力巨大。

  中國石油管道局新能源研究所氫能高級專(zhuān)家尹倩介紹,目前我國開(kāi)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(wàn)噸,各企業(yè)已規劃的氫能管網(wǎng)總里程約1.7萬(wàn)公里。

  純氫管道建設驗證周期長(cháng),且投入巨大,只有當氫氣下游需求足夠支撐大規模氫能輸送時(shí),管道輸氫才具備明顯成本優(yōu)勢。短期看,如果能借用現有油氣基礎設施,成本更低,現有資產(chǎn)也可得到再利用。研究結果表明,在含量較低時(shí)氫氣可以在不做重大技術(shù)調整的情況下?lián)交焯烊粴?。當前,歐洲各國、俄羅斯、澳大利亞等都在積極開(kāi)展天然氣管道摻氫技術(shù)研究示范。

  在江蘇泰興經(jīng)濟開(kāi)發(fā)區,我國首個(gè)商業(yè)化原有管道天然氣摻氫碳減排技術(shù)改造項目,已經(jīng)順利完成調試與試運行工作。“泰興經(jīng)濟開(kāi)發(fā)區工業(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,項目充分利用園區富余氫氣,參照天然氣體積的10%摻氫,該站年內摻氫量為240萬(wàn)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(zhù)下游客戶(hù)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)節能減排、碳足跡認證等方面發(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,用量大,且不用進(jìn)行氫氣分離,也不用提純,具備較好經(jīng)濟性。”

  氫能儲運網(wǎng)絡(luò )建設是一項系統工程,資金投入巨大,存續周期長(cháng)且具有排他性。專(zhuān)家建議,為避免資源浪費,需要加強頂層設計,統一規劃,根據市場(chǎng)發(fā)展初期、中期和遠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(lèi)儲運方式,逐步提高氫氣儲存和運輸能力,為構建新型能源體系提供有力支撐。

  主力應用場(chǎng)景怎樣開(kāi)發(fā)

  氫能與人們最密切相關(guān)的應用就是交通。早上8時(shí),在北京德勝門(mén)公交場(chǎng)站,每隔3分鐘就有一趟919快公交車(chē)發(fā)往延慶,這是北京市首批常態(tài)化運營(yíng)的氫能公交。

一輛氫能中運量公交車(chē)(左)駛入氫能公交車(chē)加氣站(無(wú)人機照片)。方喆 攝(新華社)

  在開(kāi)了10多年919快的駕駛員李彥斌看來(lái),“這車(chē)比燃油車(chē)操作體驗好,沒(méi)有噪音,起步平穩順暢,尤其爬坡時(shí)動(dòng)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。根據我國規劃,到2025年,燃料電池車(chē)輛保有量要達到5萬(wàn)輛,但目前這一數字僅為2萬(wàn)輛左右。業(yè)內人士坦言,氫燃料電池車(chē)全環(huán)節耗電遠高于純電汽車(chē),轉換效率更低,價(jià)格更高。只有在長(cháng)距離重載運輸、高寒地區等純電車(chē)性能不占優(yōu)勢的場(chǎng)景下,氫能車(chē)才有機會(huì )。

  但調研中記者發(fā)現,當前已發(fā)布氫能產(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(chē)及其產(chǎn)業(yè)鏈上,對氫能其他領(lǐng)域應用較少提及。過(guò)于單一的應用場(chǎng)景,不僅制約了氫能發(fā)揮比較優(yōu)勢、確立市場(chǎng)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用場(chǎng)景。

  事實(shí)上,氫能應用遠不僅是汽車(chē),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(huì )更高。2023年6月,中國石化宣布,我國首個(gè)萬(wàn)噸級光伏綠氫示范項目——庫車(chē)綠氫示范項目順利產(chǎn)氫,標志著(zhù)我國首次實(shí)現了規?;夥l(fā)電直接制氫工藝與工程成套技術(shù)的工業(yè)應用。“項目每年可向下游煉化企業(yè)供應綠氫2萬(wàn)噸,減少二氧化碳排放48.5萬(wàn)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(shuō)。

中國石化新疆庫車(chē)綠氫示范項目制氫廠(chǎng)儲氫罐區(無(wú)人機照片)。顧煜 攝(新華社)

  如果把綠氫儲存后轉換為綠氨、甲醇或者綠電,氫氣的利用價(jià)值還可更多元。“我們希望把氫轉化為可長(cháng)時(shí)間儲存、低成本運輸的產(chǎn)品,目前主要是以綠氫為原料合成綠氨,再進(jìn)行銷(xiāo)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(chǎng),已經(jīng)和航運、火電、化工等客戶(hù)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。“受制于氫氣的經(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(chǎng)體量很大,商業(yè)模式也很清晰。”負責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海市場(chǎng)。

  國內市場(chǎng)綠氨需求也在逐步打開(kāi)。在皖能銅陵火電廠(chǎng),乘電梯到4層抵達3號機組鍋爐中部,記者見(jiàn)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)運行了30年的老煤電機組重煥新生。

  全國能源工作會(huì )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(dòng)建設一批“低碳電廠(chǎng)”。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(shí),基本不需要改變現有主體設備,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。這為煤電綠色轉型開(kāi)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(chǎng)。

  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,國網(wǎng)杭州供電公司通過(guò)低碳電氫耦合應用示范項目,實(shí)現格力電器生產(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(chē)使用。制氫時(shí)產(chǎn)生的氧氣則用于空調生產(chǎn)焊接助燃,系統運行產(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(wàn)元,減少碳排放860噸。

  氫能應用場(chǎng)景廣泛,但如果僅僅依靠市場(chǎng)力量推廣,需要很長(cháng)時(shí)間,甚至將錯過(guò)應用氫氣的最佳時(shí)機。業(yè)內人士認為,需要通過(guò)財政支持與碳市場(chǎng)機制協(xié)同的方式,降低用氫成本刺激需求。同時(shí),統籌考慮氫能供應能力、產(chǎn)業(yè)基礎和市場(chǎng)空間,與技術(shù)創(chuàng )新水平相適應,有序開(kāi)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(jìn)一步理順。

  關(guān)鍵技術(shù)裝備能否破局

  氫氣品質(zhì)移動(dòng)檢測車(chē)填補全球在氫氣品質(zhì)移動(dòng)、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,是解決深遠海海上風(fēng)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(wù),具有“全球最小加氫站”之稱(chēng)……

  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(huì )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。

參觀(guān)者在觀(guān)看氫能源的生產(chǎn)與應用智能模擬沙盤(pán)。潘旭攝(新華社)

  當前我國氫能產(chǎn)業(yè)裝備自主化發(fā)展迅速,但在大規模氫液化、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(lài)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)節比較稀缺。”葉思宇認為,燃料電池汽車(chē)發(fā)展主要挑戰是核心技術(shù)和關(guān)鍵部件缺失。應重點(diǎn)圍繞燃料電池汽車(chē)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: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,從而調整出最佳方案。“現在國產(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(dòng)力科技有限公司常務(wù)副總經(jīng)理潘陳兵說(shuō),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(lái)幾年內,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(chē)售價(jià)。

  今年6月,我國液氫產(chǎn)業(yè)也有望迎來(lái)歷史性時(shí)刻——國內首臺套日產(chǎn)10噸級氫氣液化裝置將在山東淄博齊魯化學(xué)工業(yè)園區投運。

  魏蔚博士畢業(yè)于上海交通大學(xué)低溫工程專(zhuān)業(yè)。當國富氫能董事長(cháng)鄔品芳找到她,透露自己要攻克中國人自己的大規模氫液化技術(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)團隊,因為這也是她畢生的夢(mèng)想——在中國實(shí)現液氫的商業(yè)化應用。

  “液氫在發(fā)達國家早已實(shí)現規?;裼?,中國的氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展不能沒(méi)有液氫。”魏蔚說(shuō),國富氫能團隊堅持自主化、國產(chǎn)化開(kāi)發(fā),歷時(shí)7年,開(kāi)發(fā)出了國內首套日產(chǎn)10噸級氫液化裝置,未來(lái)將向日產(chǎn)30噸和100噸級別發(fā)展。“低溫工程極具規模效應,因為單座液化工廠(chǎng)規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(guò)虧。液氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展要吸取教訓,百萬(wàn)噸級液氫工廠(chǎng)需要國家頂層規劃。”

某大型液化天然氣船段生產(chǎn)作業(yè)區(無(wú)人機照片)。李信君攝(新華社)

  中國石化董事長(cháng)馬永生表示,中國石化在強化主體支撐、推動(dòng)融通帶動(dòng)上取得了積極進(jìn)展,國內氫能關(guān)鍵裝備研發(fā)制造水平穩步提升。將繼續發(fā)揮自身優(yōu)勢,聚焦應用場(chǎng)景打造等核心任務(wù),在基礎固鏈、技術(shù)補鏈、融合強鏈、優(yōu)化塑鏈上持續發(fā)力,加快推動(dòng)我國氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

  專(zhuān)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)調機制,統籌各部門(mén)政策和資金資源形成合力,持續推進(jìn)綠色低碳氫能制取、儲存、運輸和應用等各環(huán)節關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)。持續推動(dòng)氫能先進(jìn)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???。”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(lái),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(kāi)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(jìn)能源綠色低碳轉型。

  來(lái)源/經(jīng)濟日報(記者王軼辰 齊慧),原標題《氫能產(chǎn)業(yè)調查》


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