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       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(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，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，習近平總書記親自指導(dǎo)推動能源革命，強調(diào)“要科學規(guī)劃建設(shè)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)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(dǎo)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(yīng)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(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、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(shè)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(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(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(shè)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┛�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(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(yīng)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(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，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(shè)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(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(yīng)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(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。”國網(wǎng)浙江電科院科技研發(fā)中心章雷其博士表示，目前通過建設(shè)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(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(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。”中國產(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(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)濟交流中心能源政策研究部部長景春梅預(yù)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(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(yīng)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(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)�；�電解制氫，再結(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(shè)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(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。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。”氫能未來是否能具備經(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(shè)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(yīng)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(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(yīng)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(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(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”。“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(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(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(shè)施建設(shè)，提升氫儲運技術(shù)水平，以便進行高效規(guī)模化運輸。

 

       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(fù)合長管是構(gòu)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(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(yīng)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(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(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(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(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(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(shè)尚處起步階段，發(fā)展?jié)摿�巨大�?/div> (責任編輯：子蕊)