在全球能源轉(zhuǎn)型、實(shí)現(xiàn)碳中和過(guò)程中,氫能承擔(dān)著不可替代的重要角色。我國(guó)具有良好制氫基礎(chǔ)和大規(guī)模應(yīng)用市場(chǎng),氫能產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)積極發(fā)展態(tài)勢(shì)。2022年,國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃(2021—2035年)》,從戰(zhàn)略層面對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)行了頂層設(shè)計(jì)。本期邀請(qǐng)專家圍繞氫能產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展進(jìn)行研討。
主持人
本報(bào)理論部主任、研究員 徐向梅
我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展窗口期
主持人:我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了怎樣的發(fā)展歷程?
劉毅(清華四川能源互聯(lián)網(wǎng)研究院副院長(zhǎng)):氫能是未來(lái)零碳能源體系中至關(guān)重要的組成部分,是目前唯一大規(guī)??缂竟?jié)存儲(chǔ)可再生能源的手段。其中,綠氫是諸多行業(yè)深度脫碳的唯一手段,包括以石化、化工、鋼鐵為代表的工業(yè)領(lǐng)域,以冷暖供應(yīng)為代表的建筑行業(yè)以及以重卡、航運(yùn)和航空為代表的交通行業(yè)??稍偕茉闯杀鞠陆?、綠氫制備應(yīng)用技術(shù)進(jìn)步和全球“雙碳”轉(zhuǎn)型要求,推動(dòng)綠氫快速發(fā)展。歐盟、美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)、日本、韓國(guó)等主要經(jīng)濟(jì)體紛紛推出氫能發(fā)展戰(zhàn)略。
“十四五”規(guī)劃之前,氫燃料電池汽車是氫能發(fā)展重點(diǎn)。2000年,我國(guó)正式開(kāi)展氫燃料電池汽車研發(fā)工作。隨后,氫燃料電池及技術(shù)相繼納入《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012—2020年)》《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃(2016—2030年)》等政策規(guī)劃計(jì)劃中。特別是,“推動(dòng)充電、加氫等設(shè)施建設(shè)”寫入了2019年《政府工作報(bào)告》。經(jīng)過(guò)多年努力,我國(guó)初步掌握了氫燃料電池電堆及其關(guān)鍵材料、動(dòng)力系統(tǒng)、整車集成和氫能基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域的核心技術(shù),培育出億華通、重塑股份等領(lǐng)先企業(yè),燃料電池成為氫能較為成熟的應(yīng)用領(lǐng)域。2020年啟動(dòng)的燃料電池示范城市群申報(bào)工作,進(jìn)一步推動(dòng)了氫燃料電池汽車行業(yè)發(fā)展。從各城市群發(fā)布規(guī)劃來(lái)看,北京、上海、山東、內(nèi)蒙古等11個(gè)重點(diǎn)省(區(qū)、市)將在2025年實(shí)現(xiàn)共計(jì)超過(guò)8萬(wàn)輛燃料電池汽車的應(yīng)用推廣。2021年我國(guó)氫燃料電池汽車年銷售1881輛,建成加氫站264座。
2020年是我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要年份。氫能首次寫入《中華人民共和國(guó)能源法(征求意見(jiàn)稿)》,從法律上正式步入能源體系。隨著“雙碳”目標(biāo)和“1+N”體系確立,我國(guó)氫能規(guī)劃從以燃料電池為主,向能源、工業(yè)、建筑等多領(lǐng)域拓展。自2021年以來(lái)發(fā)布的碳達(dá)峰、碳中和“1+N”系列政策文件都涉及氫能,但對(duì)其定位最清晰準(zhǔn)確的還是《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃(2021—2035年)》,即從生產(chǎn)端:氫能是未來(lái)國(guó)家能源體系的重要組成部分;從消納端:氫能是用能終端實(shí)現(xiàn)綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要載體;從產(chǎn)業(yè)端:氫能產(chǎn)業(yè)是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和未來(lái)產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展方向。
隨后各地氫能產(chǎn)業(yè)政策密集出臺(tái),近30個(gè)省份及直轄市發(fā)布?xì)淠馨l(fā)展相關(guān)政策方案。多數(shù)省(區(qū)、市)將氫能發(fā)展規(guī)劃納入新能源汽車產(chǎn)業(yè)、整體能源發(fā)展、戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展或區(qū)域“十四五”規(guī)劃當(dāng)中,北京、山東、四川、河北、內(nèi)蒙古5個(gè)省(區(qū)、市)專門出臺(tái)了氫能整體產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃和政策,重心從交通為主轉(zhuǎn)向多領(lǐng)域拓展。從區(qū)域布局來(lái)看,各地結(jié)合頂層設(shè)計(jì)與自身資源稟賦推行氫能政策,力爭(zhēng)成為細(xì)分領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊。廣東聚集有16家燃料電池系統(tǒng)企業(yè)、13家電堆企業(yè)、13家膜電極企業(yè)等大量燃料電池相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè),形成了燃料電池產(chǎn)業(yè)集群,但氫氣資源相對(duì)缺乏,因此以佛山為代表的地區(qū)一直深耕高附加值的燃料電池產(chǎn)品,通過(guò)關(guān)鍵零部件研發(fā)補(bǔ)貼、加氫站建設(shè)補(bǔ)貼等方式推動(dòng)行業(yè)發(fā)展;內(nèi)蒙古、寧夏等地?fù)碛胸S富的可再生能源與氫能應(yīng)用場(chǎng)景,各級(jí)政府積極支持風(fēng)光制氫一體化發(fā)展,并開(kāi)展“多能互補(bǔ)+氫”“源網(wǎng)荷儲(chǔ)+氫”等多個(gè)綠氫示范項(xiàng)目;北京、上海等地?fù)碛胸S富的工業(yè)副產(chǎn)氫以及大量科研院所,適合氫能產(chǎn)業(yè)綜合發(fā)展與前沿技術(shù)開(kāi)發(fā),推出多項(xiàng)措施對(duì)氫能研發(fā)單位、科研成果給予獎(jiǎng)勵(lì)補(bǔ)貼。
需要注意的是,我國(guó)氫能在儲(chǔ)能、發(fā)電和工業(yè)等新領(lǐng)域的應(yīng)用仍處于發(fā)展初期階段。為做好相應(yīng)技術(shù)攻關(guān),2021年《關(guān)于組織開(kāi)展“十四五”第一批國(guó)家能源研發(fā)創(chuàng)新平臺(tái)認(rèn)定工作的通知》《“十四五”工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》陸續(xù)印發(fā),鼓勵(lì)氫能與可再生能源協(xié)同發(fā)展,推動(dòng)氫能在化工、冶金等行業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)及應(yīng)用。一批綠氫應(yīng)用項(xiàng)目即將落地,為推動(dòng)氫能多元利用、穩(wěn)步構(gòu)建氫能產(chǎn)業(yè)體系開(kāi)了一個(gè)好頭。
我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展窗口期,圍繞生產(chǎn)、消納、產(chǎn)業(yè)等方面定位,氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入“從氫燃料到氫能源再到多領(lǐng)域拓展,區(qū)域布局強(qiáng)調(diào)統(tǒng)籌謀劃、因地制宜、重點(diǎn)突出,產(chǎn)業(yè)發(fā)展以市場(chǎng)主導(dǎo)、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、完善規(guī)范”的新階段。
世界氫能產(chǎn)業(yè)加速布局
主持人:世界氫能利用及發(fā)展趨勢(shì)如何?我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展有哪些特點(diǎn)?
魏鎖(中國(guó)產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進(jìn)會(huì)氫能分會(huì)會(huì)長(zhǎng)):全球能源結(jié)構(gòu)正在向以清潔能源為主體的新型能源系統(tǒng)方向轉(zhuǎn)變,氫能作為最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉粗唬环矫婺苡行Ы鉀Q可再生能源大規(guī)模發(fā)展面臨的消納問(wèn)題,另一方面也是實(shí)現(xiàn)交通、工業(yè)和建筑等領(lǐng)域大規(guī)模深度脫碳的有效路徑。各國(guó)積極布局氫能產(chǎn)業(yè),全球已有20個(gè)國(guó)家和地區(qū)發(fā)布?xì)淠馨l(fā)展戰(zhàn)略,氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)以下趨勢(shì)。
氫燃料電池產(chǎn)業(yè)化浪潮加速。經(jīng)過(guò)近30年持續(xù)研發(fā),燃料電池在能量效率、功率密度、低溫啟動(dòng)等方面取得突破性進(jìn)展,新一輪燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化浪潮正在迫近。國(guó)際領(lǐng)先企業(yè)已開(kāi)展燃料電池電堆、催化劑、質(zhì)子交換膜及燃料電池汽車等商業(yè)布局,燃料電池產(chǎn)業(yè)正從小規(guī)模示范轉(zhuǎn)向大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。
低碳?xì)淠艹尸F(xiàn)巨大發(fā)展空間。當(dāng)前,傳統(tǒng)化石能源制氫仍是主要制氫方式,占全球氫氣產(chǎn)量的78%以上,但低碳制氫取代傳統(tǒng)能源制氫的速度正在加快。包括藍(lán)氫和綠氫在內(nèi)的低碳制氫技術(shù)快速發(fā)展,全球各大能源公司多傾向?qū)⒒茉粗茪浜透碑a(chǎn)氫配備碳捕獲、封存及利用技術(shù)(CCUS)作為向綠氫過(guò)渡階段的主要制氫技術(shù),同時(shí)電解制氫設(shè)備運(yùn)營(yíng)規(guī)模提升,2021年全球低碳制氫產(chǎn)能達(dá)55萬(wàn)噸/年,新增電解制氫設(shè)備運(yùn)營(yíng)規(guī)模468MW(兆瓦)。在全球節(jié)能減排大背景下,“可再生能源+氫能”替代化石能源成為能源變革的重要方向,據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),截至2021年,全球約有500個(gè)氫能項(xiàng)目,其中約120個(gè)在建綠氫項(xiàng)目,全球規(guī)劃中的吉瓦級(jí)綠氫項(xiàng)目規(guī)模合計(jì)達(dá)144.1GW(裝機(jī)容量)。
儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)成為氫能產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的關(guān)鍵。從全球氫儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)來(lái)看,主要以管道、高壓氣態(tài)、低溫液態(tài)等形式為主,各國(guó)依托既有產(chǎn)業(yè)技術(shù)和基礎(chǔ)采取不同儲(chǔ)運(yùn)方式。歐洲以發(fā)展管道輸氫為主,利用現(xiàn)有天然氣基礎(chǔ)設(shè)施逐步建設(shè)泛歐洲氫氣管網(wǎng),預(yù)計(jì)2040年總長(zhǎng)度達(dá)2.3萬(wàn)公里;美國(guó)管道輸氫和液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)成熟,擁有全球一半里程的輸氫管道,運(yùn)營(yíng)15座以上液氫工廠,總產(chǎn)能超過(guò)326噸/天,居全球首位;日本和韓國(guó)正發(fā)展有機(jī)化合物、液氨和液氫的跨洋運(yùn)輸供應(yīng)鏈。
加氫站建設(shè)穩(wěn)步推進(jìn)。全球加氫網(wǎng)絡(luò)建設(shè)加快,截至2021年全球建成加氫站800多座,其中30%為液氫加氫站,主要分布在日本和美國(guó),歐洲大多數(shù)加氫站采用站內(nèi)電解水制氫技術(shù),我國(guó)35MPa(車載儲(chǔ)氫瓶壓力等級(jí))商用車加氫站及混合加氫站布局速度居全球首位。從各國(guó)發(fā)展戰(zhàn)略看,預(yù)計(jì)2030年全球加氫站數(shù)量將超過(guò)4500座,形成多元化、網(wǎng)絡(luò)化氫能基礎(chǔ)設(shè)施體系。
氫能應(yīng)用領(lǐng)域逐漸拓寬。隨著產(chǎn)業(yè)技術(shù)快速發(fā)展,氫能能源屬性逐漸明確,有望在氫冶金、綠氫化工、氫儲(chǔ)能、綜合能源、智慧能源系統(tǒng)中全面應(yīng)用。同時(shí),國(guó)際氫能標(biāo)準(zhǔn)體系日趨完善,截至2021年ISO(國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織)氫能技術(shù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)為89項(xiàng),主要涉及氫能儲(chǔ)運(yùn)、氫能安全、氫能檢測(cè)試驗(yàn)方法、氫能制取設(shè)備和加注環(huán)節(jié)關(guān)鍵部件;IEC(國(guó)際電工委員會(huì))燃料電池方面技術(shù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)26項(xiàng),主要圍繞燃料電池術(shù)語(yǔ)、燃料電池模塊以及不同類型燃料電池的安全性、相關(guān)試驗(yàn)及測(cè)試方法等方面。
近年來(lái),我國(guó)已初步形成較為完整的氫能產(chǎn)業(yè)鏈,自主化水平快速提升,氫能技術(shù)基本能夠支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展。具體看,一是政策體系不斷完善。目前已啟動(dòng)兩批燃料電池示范城市群建設(shè),“氫進(jìn)萬(wàn)家”等一系列支持產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策相繼出臺(tái),各省(區(qū)、市)因地制宜布局氫能產(chǎn)業(yè),累計(jì)出臺(tái)相關(guān)政策164項(xiàng)。二是產(chǎn)業(yè)規(guī)??焖僭鲩L(zhǎng)。2021年我國(guó)氫氣總產(chǎn)量達(dá)3300萬(wàn)噸,應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)一步擴(kuò)大,交通領(lǐng)域燃料電池汽車保有量近9000輛,工業(yè)、建筑、分布式能源領(lǐng)域應(yīng)用正加快布局。三是氫能技術(shù)研發(fā)持續(xù)突破。制氫環(huán)節(jié),可再生能源電解水制氫是主要發(fā)展方向,我國(guó)堿液制氫技術(shù)全球領(lǐng)先,質(zhì)子交換膜制氫技術(shù)正加速發(fā)展;儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié),目前氫氣運(yùn)輸以20MPa高壓氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)為主,管道輸氫、液氫儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)和裝備處于研發(fā)驗(yàn)證階段,化合物儲(chǔ)氫在局部地區(qū)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用;應(yīng)用環(huán)節(jié),氫燃料電池領(lǐng)域快速突破,催化劑、質(zhì)子膜、碳紙、膜電極、電堆等多項(xiàng)技術(shù)已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。與國(guó)際先進(jìn)技術(shù)相比,我國(guó)在氫能各個(gè)環(huán)節(jié)裝備及產(chǎn)品性能、使用壽命、制造工藝等方面還有一定差距,特別是高性能材料和精密制造部件仍存在“卡脖子”現(xiàn)象,在產(chǎn)業(yè)規(guī)模、技術(shù)水平、材料研發(fā)、生產(chǎn)工藝、專利和標(biāo)準(zhǔn)輸出等方面仍需加強(qiáng)創(chuàng)新攻關(guān)。
總體來(lái)看,國(guó)際氫能產(chǎn)業(yè)尚處于培育期。我國(guó)雖起步較晚但發(fā)展較快,具備快速推進(jìn)氫能規(guī)?;瘧?yīng)用與技術(shù)迭代升級(jí)的能力和條件,有著巨大的市場(chǎng)空間,有望在2030年前達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
圍繞綠氫供應(yīng)疏通產(chǎn)業(yè)鏈堵點(diǎn)
主持人:作為新興產(chǎn)業(yè),氫能終端應(yīng)用前景如何,還有哪些瓶頸待突破?
劉堅(jiān)(國(guó)家發(fā)展改革委能源研究所副研究員):能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型是推進(jìn)“雙碳”目標(biāo)工作的主線,需要我們同步推動(dòng)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命,既要在能源生產(chǎn)側(cè)大力發(fā)展可再生能源,又要盡可能提升終端用能電氣化率,進(jìn)而最大程度減少化石能源消費(fèi)。但以風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電為主的可再生能源電力存在間歇性、波動(dòng)性問(wèn)題,化石能源作為工業(yè)原料、交通燃料以及高品質(zhì)供熱的終端用能消費(fèi)難以直接通過(guò)電力替代。氫能憑借能量密度高、便于大規(guī)模存儲(chǔ)、應(yīng)用場(chǎng)景多等特點(diǎn),在為高比例新能源電力系統(tǒng)提供大規(guī)模長(zhǎng)周期儲(chǔ)能的同時(shí),也為用能終端脫碳提供了全新選擇。在未來(lái)高比例可再生能源系統(tǒng)中,綠氫與綠電可以優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)共同助力可再生能源價(jià)值從電力系統(tǒng)拓展至整個(gè)能源系統(tǒng)。
近年來(lái),隨著燃料電池汽車試點(diǎn)推進(jìn)和資本投入規(guī)模不斷加大,國(guó)內(nèi)燃料電池核心零部件技術(shù)水平及系統(tǒng)集成能力顯著提升。相比之下,當(dāng)前氫能生產(chǎn)主要依賴煤炭、天然氣等化石能源“灰氫”,而以可再生能源為基礎(chǔ)的綠氫供應(yīng)在制、儲(chǔ)、運(yùn)、加等環(huán)節(jié)仍存在堵點(diǎn),需要從技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、管理等方面突破。
一是聚焦綠氫供應(yīng)鏈短板,加強(qiáng)核心技術(shù)攻關(guān)。目前堿性電解水設(shè)備成本較低,但在波動(dòng)電源適應(yīng)性、能耗、占地、維護(hù)成本方面存在劣勢(shì)。質(zhì)子交換膜(PEM)純水電解對(duì)波動(dòng)性電源的適應(yīng)性較強(qiáng),但目前國(guó)內(nèi)研發(fā)制造PEM純水電解設(shè)備的企業(yè)比較少,規(guī)模經(jīng)濟(jì)不足。高溫固體氧化物電解轉(zhuǎn)換效率高,但目前仍處于技術(shù)研發(fā)和示范階段。地質(zhì)儲(chǔ)氫和電制燃/原料是氫能大規(guī)模長(zhǎng)周期存儲(chǔ)的重要方向,我國(guó)氫儲(chǔ)能研究起步較晚,氫儲(chǔ)能項(xiàng)目數(shù)量和技術(shù)水平與國(guó)際先進(jìn)水平仍存在差距。在金屬儲(chǔ)氫、有機(jī)物儲(chǔ)氫以及合成氨儲(chǔ)氫等方面國(guó)際上仍處于探索階段,應(yīng)用前景具有較大不確定性。因此建議重點(diǎn)攻關(guān)低成本、高靈活、高效率的電解水制氫技術(shù),加強(qiáng)電解水制氫與上游波動(dòng)性可再生能源發(fā)電和下游綠氫化工生產(chǎn)工藝的無(wú)縫銜接,降低終端化工產(chǎn)品碳強(qiáng)度。加大燃料電池關(guān)鍵材料技術(shù)研發(fā)力度,降低燃料電池對(duì)稀有金屬的依賴。評(píng)估地質(zhì)儲(chǔ)氫資源潛力,深入研究氫能長(zhǎng)周期儲(chǔ)能可行性和經(jīng)濟(jì)性。不斷提升關(guān)鍵技術(shù)自主創(chuàng)新能力,打造具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的綠氫技術(shù)鏈條。
二是加大行業(yè)間協(xié)調(diào)力度,完善綠氫監(jiān)管與標(biāo)準(zhǔn)體系。氫能屬于危險(xiǎn)化學(xué)品,制氫場(chǎng)地需建設(shè)在化工園區(qū),加氫站商業(yè)用地與制氫工業(yè)用地的性質(zhì)矛盾還未調(diào)和,可再生能源制氫及制儲(chǔ)加一體站的建設(shè)運(yùn)營(yíng)面臨障礙。目前40MPa高壓及液態(tài)氫民用化進(jìn)程緩慢,缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。建議盡快明確綠氫生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)、應(yīng)用等環(huán)節(jié)的歸口管理部門,完善相關(guān)管理章程和法規(guī),制定統(tǒng)一、完善、連貫的制氫站、加氫站建設(shè)和運(yùn)營(yíng)審批政策及流程。加快現(xiàn)有涉氫標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范修訂工作,從通用安全要求、臨氫材料、氫氣密封、防爆等方面細(xì)化和完善氫能標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),建立健全包含檢測(cè)、計(jì)量及售后服務(wù)保障在內(nèi)的技術(shù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)體系。
三是多措并舉降低綠氫供應(yīng)成本。用電成本是影響電解制氫經(jīng)濟(jì)性的核心因素,目前采用電網(wǎng)電制氫成本遠(yuǎn)高于煤制氫。雖然利用可再生能源棄電制氫可降低制氫電價(jià),但可再生能源棄電時(shí)長(zhǎng)受新能源處理特性、電網(wǎng)調(diào)峰能力等不確定性因素影響。儲(chǔ)運(yùn)方面,采用高壓氫氣管束車運(yùn)輸,運(yùn)氫規(guī)模小,單位成本高,氫氣管道、高壓深冷、液氫、氨存儲(chǔ)等大容量、長(zhǎng)距離氫氣儲(chǔ)運(yùn)存在投資高、損耗大等問(wèn)題。建議綜合考慮綠氫制、儲(chǔ)、運(yùn)、加等環(huán)節(jié)實(shí)際經(jīng)濟(jì)性水平,研究制定面向上游綠氫供應(yīng)的稅收、電價(jià)優(yōu)惠等過(guò)渡期扶持政策,降低終端用戶用氫成本。加快鋼鐵、化工等高耗能行業(yè)碳交易市場(chǎng)建設(shè),將綠氫納入碳市場(chǎng)交易。制定液氫及管道運(yùn)氫導(dǎo)入時(shí)間表,加快形成氫氣大規(guī)模、長(zhǎng)距離、低成本運(yùn)輸解決方案。
評(píng)論