近日，在“十四五”氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇上，科技部原部長、中國科學(xué)院院士徐冠華表示，“未來氫能在我國終端能源體系占比將達10%，成為我國能源戰(zhàn)略重要的組成部分。氫能將與電力協(xié)同互補，共同成為我國能源體系的消費主體，帶動形成10萬億元級的新興產(chǎn)業(yè)。”
未來氫能可從三方面推動碳中和戰(zhàn)略實施
脫碳固碳和負碳，到2060年，對碳中和貢獻率約13%
氫能可以使用多種工藝和能源生產(chǎn)，一般情況下使用顏色對不同工藝生產(chǎn)的氫能予以區(qū)分，常用的如灰氫、藍氫和綠氫。灰氫用化石燃料生產(chǎn)，藍氫是使用碳捕集和封存(CCS)技術(shù)脫碳的灰氫，綠氫即可再生能源生產(chǎn)的氫能。
隨著碳中和目標的提出，“顏色分類法”顯示出其局限性。一些國家開始量化制氫過程中產(chǎn)生的碳排放量，以此區(qū)分氫能。去年，中國氫能聯(lián)盟也制定了團體標準，將氫能分為非低碳氫、低碳氫、清潔氫。
中國氫能聯(lián)盟專家委員會主任、同濟大學(xué)教授余卓平指出，“如果每公斤氫氣的二氧化碳排放量在14.51公斤以下就是低碳氫，如果數(shù)值在4.9公斤以下，就是清潔氫，清潔氫包括可再生能源制氫和化石能源制氫+CCS兩種方式。”
簡單地講，非低碳氫對應(yīng)灰氫，低碳氫與藍氫大致相當，清潔氫基本指綠氫。
據(jù)中國氫能聯(lián)盟發(fā)布的《2020年中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)的白皮書》(以下簡稱《白皮書》)，目前我國氫能產(chǎn)能約4100萬噸/年，產(chǎn)量約3342萬噸，制氫原料依然以煤炭、天然氣等化石能源即非低碳氫為主。其中，煤制氫產(chǎn)量達2124萬噸，約占63.5%。余卓平補充說，“非低碳氫產(chǎn)量占1/3的情況下，低碳氫產(chǎn)量不足3%，可再生能源制氫不足1%。”
他表示，從氫能應(yīng)用情況看，目前以工業(yè)領(lǐng)域為主，交通領(lǐng)域應(yīng)用正在穩(wěn)步推進，2020年我國燃料電池汽車累計保有量7729輛。燃料電池汽車的發(fā)展也推動了加氫站的布局，近兩年我國新增加氫站數(shù)量排在全球首位，到2020年已有128座加氫站在部署建設(shè)。
《白皮書》指出，在碳中和目標下，脫碳將成為氫能相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第一推動力。到2060年，我國氫氣的年需求量將增至1.3億噸左右，在終端能源消費中占比約20%。氫能供給結(jié)構(gòu)將從以化石能源的非低碳氫逐步過渡到以可再生能源為主的清潔氫，余卓平表示，“1.3億噸氫氣年需求量，其中1億噸由可再生能源制備。從制氫成本看，2030年可再生能源制氫便有望實現(xiàn)平價。”
余卓平認為，未來氫能可從三方面推動碳中和戰(zhàn)略實施：一是“脫碳”，借助清潔氫和低碳氫實現(xiàn)交通、工業(yè)、建筑與發(fā)電部門的脫碳；二是“固碳”，利用捕捉的二氧化碳，通過加氫生產(chǎn)合成燃料(甲烷、甲醇等)，實現(xiàn)二氧化碳循環(huán)再利用；三是“負碳”，通過生物質(zhì)制氫與CCUS技術(shù)結(jié)合等方式生產(chǎn)負碳氫氣。
“到2060年，氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展約能減少15億噸二氧化碳排放，對碳中和貢獻率約13%。”他說。
氫能全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展態(tài)勢良好
23個省、自治區(qū)、直轄市發(fā)布相關(guān)規(guī)劃，石化、鋼鐵行業(yè)等紛紛布局
“氫能是我國能源革命重要的探索方向。目前我國已有23個省、自治區(qū)、直轄市發(fā)布了氫能規(guī)劃和指導(dǎo)意見，關(guān)鍵核心技術(shù)的攻關(guān)效果比較顯著，全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的總體態(tài)勢良好。”國家能源局監(jiān)管總監(jiān)李治表示。
他指出，國家能源局近年來和行業(yè)共同配合，組織開展了一系列工作：
一是加強立法和研究，將氫能納入我國能源體系統(tǒng)籌推動。比如，在《中華人民共和國能源法(征求意見稿)》中，首次將氫能納入能源體系管理，統(tǒng)籌推動氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
二是出臺政策，引導(dǎo)氫能技術(shù)裝備創(chuàng)新。比如，在能源技術(shù)創(chuàng)新行動計劃、能源技術(shù)創(chuàng)新“十三五”規(guī)劃等規(guī)劃中，明確支持氫能及燃料電池關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)和示范應(yīng)用，正在組織編制的《能源技術(shù)創(chuàng)新“十四五”規(guī)劃》中也將氫能和燃料電池技術(shù)列為能源技術(shù)裝備的主攻方向和重點任務(wù)。
三是推動氫能源的技術(shù)創(chuàng)新。去年印發(fā)的《關(guān)于開展燃料電池示范應(yīng)用的通知》，以燃料電池為切入點，以技術(shù)裝備創(chuàng)新為引領(lǐng)，重點從清潔制氫、氫能儲運、用氫成本等方面研究并提出氫能領(lǐng)域的示范目標和獎勵集成標準，帶動氫能制取、儲運等環(huán)節(jié)的技術(shù)創(chuàng)新。
在能源轉(zhuǎn)型大背景下，不少企業(yè)也大力發(fā)展清潔能源，并將氫能全產(chǎn)業(yè)鏈作為公司新能源發(fā)展的核心業(yè)務(wù)。
寶武清潔能源有限公司總裁魏煒表示，寶武集團正進一步探索氫冶金這種低碳冶金技術(shù)來取代焦炭冶金。他說，集團要實現(xiàn)全方位氫冶金，需要1000萬噸以上綠氫，集團于2019年成立了清潔能源有限公司，清潔能源有限公司除在寶武冶金廠內(nèi)部開展能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型外，也在開展風(fēng)電、光伏產(chǎn)業(yè)的相關(guān)布局，“當前最重要的工作就是和氫能產(chǎn)業(yè)鏈上下游的合作伙伴，以及在產(chǎn)學(xué)研的積極推動下，把新技術(shù)形成規(guī)?；氖痉稇?yīng)用。”
中國石化集團公司副總經(jīng)理凌逸群指出，2019年，中國石化全年生產(chǎn)利用氫氣達350萬噸，占全國比例超過10%。未來，中國石化致力于打造“中國第一氫能公司”，到2025年力爭建成全國最大加氫站網(wǎng)絡(luò)，規(guī)劃布局油氫合建站、加氫站1000座，建成50萬噸/年非化石能源制氫能力，5年累計綠氫產(chǎn)量超過百萬噸，結(jié)合氫制造、氫儲運、氫應(yīng)用優(yōu)勢，在氫能交通和綠氫煉化兩個領(lǐng)域發(fā)力，綠氫年減排二氧化碳規(guī)模1000萬噸以上。
注重基礎(chǔ)研究，提升關(guān)鍵材料和核心技術(shù)裝備水平
產(chǎn)業(yè)尚處技術(shù)發(fā)展初期，切忌一哄而上、一松而散
“總體來看，我國氫能產(chǎn)業(yè)處于全產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵技術(shù)初期示范和商業(yè)模式的探索階段。”李治指出，當前，我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展還存在一些突出問題，比如部分地區(qū)發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)相對薄弱，氫能和燃料電池關(guān)鍵技術(shù)裝備發(fā)展滯后，相關(guān)技術(shù)標準和檢測認證和監(jiān)管體系不健全等。
對此，他強調(diào)要繼續(xù)提升關(guān)鍵技術(shù)核心裝備的水平，圍繞氫能存儲、運輸、加注、多元應(yīng)用等產(chǎn)業(yè)鏈，加速突破關(guān)鍵材料和核心技術(shù)裝備，全面提升基礎(chǔ)研究、前沿技術(shù)和原始創(chuàng)新能力，逐步降低用氫成本，改善有關(guān)技術(shù)標準和檢測認證和監(jiān)管體系。
多位專家表示認同。徐冠華表示，“長期以來我們注重應(yīng)用研究，對基礎(chǔ)研究和前沿技術(shù)研究重視不夠，現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)成果90%源于基礎(chǔ)研究和其他前沿技術(shù)的創(chuàng)新，基礎(chǔ)研究、技術(shù)突破所帶來的新理論、新技術(shù)和創(chuàng)新，將是解決卡脖子問題的關(guān)鍵點。”
特別是在發(fā)展低碳清潔氫氣方面，余卓平指出，低碳清潔氫氣產(chǎn)業(yè)才剛剛起步，處于技術(shù)準備期，此階段預(yù)計將延伸到“十四五”中期，其中最大的阻礙是經(jīng)濟性。
他建議，完善政策支持體系是重點。比如，通過中長期的國家氫能戰(zhàn)略規(guī)劃鼓勵電解槽、CCUS以及純化技術(shù)的部署，并以財政政策、專項基金方式直接推動其發(fā)展；設(shè)立氫能源與燃料電池國家重大專項，扎實開展核心材料和過程機理等基礎(chǔ)研究。
為進一步鼓勵低碳清潔氫氣發(fā)展，他還建議，探索“制氫電價”“加氫站強制低碳清潔氫氣使用比例”等需求刺激政策，充分鼓勵各類市場主體擴大技術(shù)研發(fā)和項目規(guī)模，如探索“碳稅”等補充政策，制定國際標準和規(guī)范，加速基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，實現(xiàn)集群式發(fā)展等。
此外，不少專家建議要建設(shè)氫能產(chǎn)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺等綜合服務(wù)平臺，積極開展氫能領(lǐng)域的國際合作。
徐冠華認為，氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展要充分吸取風(fēng)電、光伏以及新能源汽車發(fā)展的經(jīng)驗和教訓(xùn)，尤其要避免低端重復(fù)開發(fā)、資源和資金浪費等現(xiàn)象，切實防止一哄而上、一松而散的現(xiàn)象。
“不能因為氫能源的戰(zhàn)略性而一哄而起，也不能因為發(fā)展氫能源的長期性而放棄戰(zhàn)略目標，坐等別國的成果。”他說。
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三條路徑降低綠氫制備成本成本
達15元/kg以下，有望在加油站和石化燃料平價
綠氫好，用得起嗎?近日，康明斯副總裁彭立新在“十四五”氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇上表示，有3條路徑可以降低綠氫制備成本。
一是降低電力成本。電解水制氫70%-80%的成本來自電，所以首先要降低用電成本。好消息是，我國風(fēng)、光的發(fā)電成本在過去近20年已經(jīng)下降得非?？捎^，未來五年，風(fēng)光發(fā)電成本可以和火電平衡。事實上，現(xiàn)在很多地方的可再生能源發(fā)電已經(jīng)比火電要便宜。另外，如果把棄光棄風(fēng)發(fā)電更有效地用起來，將使得低成本電制氫進一步成為可能。
二是提高用電效率。在制氫過程怎樣最有效地用好電，是控制系統(tǒng)成本一個關(guān)鍵舉措。比如，光伏發(fā)電的場景，不同時間的發(fā)電資源不一樣，PEM制氫技術(shù)因其良好的跟隨性，可以把一天當中的早晚發(fā)電最大限度地利用起來，最大限度地支持制氫產(chǎn)出。
三是降低設(shè)備投資與使用成本。比如PEM制氫技術(shù)，過去幾年，公司開始推出MW級PEM電解制氫設(shè)備，電堆的電解制氫效率不斷提高，使用成本明顯降低。同時，電解槽系統(tǒng)的設(shè)計也在朝著大型化、模塊化升級，從千瓦級到兆瓦級，從20兆瓦到百兆瓦，系統(tǒng)越來越大，效率越來越高、成本也將持續(xù)快速降低。目前，公司設(shè)備的效率約是75%，未來目標是90%。
結(jié)合國內(nèi)供應(yīng)鏈的優(yōu)勢，未來PEM制氫無論在初始成本還是使用成本上的經(jīng)濟性優(yōu)勢都將得到迅速提升，低成本制氫也將在不遠的未來成為現(xiàn)實。
因此，2030年-2035年左右，綠氫制備成本達到15元/kg以下，就有望在加油站和石化燃料平價。除此之外，還需要產(chǎn)業(yè)鏈其他環(huán)節(jié)的共同努力與技術(shù)提升。比如提高氫氣的運輸效率，降低成本，實現(xiàn)制氫加氫一體化，省去高昂的儲運成本等，都將成為綠氫與柴油在加油站平價的關(guān)鍵技術(shù)。
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