隨著“雙碳”戰(zhàn)略的實(shí)施，我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展駛?cè)?ldquo;快車道”。今年以來(lái)，國(guó)家及多個(gè)地方陸續(xù)出臺(tái)了氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)規(guī)劃。然而，受制于技術(shù)瓶頸、經(jīng)濟(jì)性等問(wèn)題，氫能發(fā)展仍處于“行業(yè)熱、產(chǎn)業(yè)弱”的階段。在近期舉辦的新華能源沙龍活動(dòng)上，與會(huì)專家就如何破解氫能發(fā)展瓶頸、優(yōu)化氫能產(chǎn)業(yè)布局等問(wèn)題進(jìn)行了探討。
氫能是未來(lái)國(guó)家能源體系的重要組成部分
今年3月，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)》，明確了氫能作為“未來(lái)國(guó)家能源體系的重要組成部分”這一基本定位。
保障能源安全是我國(guó)能源發(fā)展的首要任務(wù)。我國(guó)油氣對(duì)外依存度較高，石油對(duì)外依存度超過(guò)70%，天然氣對(duì)外依存度超過(guò)40%。在疫情疊加世界地緣政治局勢(shì)深刻變化的背景下，把能源的飯碗牢牢端在自己手里意義深遠(yuǎn)。
在北京大學(xué)大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室助理研究員王劍曉看來(lái)，考慮到氫能可以替代部分石油、天然氣的使用，發(fā)展氫能對(duì)于我國(guó)能源安全有重要的支撐和保障作用。尤其是在交通這一油氣消費(fèi)的重點(diǎn)領(lǐng)域，氫可以通過(guò)燃料電池、內(nèi)燃機(jī)等形式發(fā)揮一定的替代作用。
電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院副總工程師張晉賓指出，氫能的發(fā)展是我國(guó)“雙碳”戰(zhàn)略實(shí)施的需要。作為靈活低碳的燃料，氫能可為鋼鐵冶煉、水泥加工、重型交通工具等難以電氣化、難以電能替代的行業(yè)提供去碳化解決方案;作為綠色零碳的能源載體，氫能可發(fā)揮長(zhǎng)周期儲(chǔ)能優(yōu)勢(shì)，為以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ);此外，氫還是重要的工農(nóng)業(yè)原料，可為精煉、化工品合成、化肥生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等提供綠色零碳的原料。
構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)是我國(guó)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要抓手，新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建需要在大規(guī)模接入新能源的情況下維持電力的平衡，這其中氫能可以發(fā)揮的作用正日益得到重視。
中國(guó)經(jīng)濟(jì)信息社經(jīng)濟(jì)智庫(kù)事業(yè)部副主任李濟(jì)軍指出，隨著風(fēng)光發(fā)電占比的提升，風(fēng)光固有的間歇性、波動(dòng)性帶來(lái)的挑戰(zhàn)日漸突出，氫能可以跨越時(shí)間和空間發(fā)揮“靈活能源”的作用，將有助于可再生能源的消納和新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建。在這一背景下，推動(dòng)氫能發(fā)展的意義更為凸顯。
清華大學(xué)電機(jī)系副教授、清華四川能源互聯(lián)網(wǎng)研究院智慧氫能實(shí)驗(yàn)室主任林今指出，電力系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)時(shí)平衡系統(tǒng)，儲(chǔ)能的調(diào)節(jié)非常關(guān)鍵，而氫能在跨季節(jié)的中長(zhǎng)期調(diào)節(jié)方面優(yōu)勢(shì)突出。目前，國(guó)際上已開展了一些利用鹽穴儲(chǔ)氫的探索，主要目的是實(shí)現(xiàn)安全、高效、可靠?jī)?chǔ)氫，并為電力系統(tǒng)提供儲(chǔ)能服務(wù)。此外，容量市場(chǎng)等市場(chǎng)機(jī)制建設(shè)也是推動(dòng)包括氫儲(chǔ)能在內(nèi)的儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要條件。
綠氫經(jīng)濟(jì)性、遠(yuǎn)距離運(yùn)輸?shù)葐?wèn)題仍有待突破
目前，在氫的制、儲(chǔ)、輸、加、用等各個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)中，仍存在一些瓶頸問(wèn)題有待突破，這些問(wèn)題制約了氫能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。
例如，根據(jù)制取方式和碳排放量不同，氫能可分為灰氫、藍(lán)氫、綠氫等類型。其中，綠氫是通過(guò)光伏發(fā)電、風(fēng)電等新能源電解水制氫。雖然綠氫更為清潔低碳，但制備成本較高，經(jīng)濟(jì)性遠(yuǎn)低于化石燃料制氫。
對(duì)此，張晉賓認(rèn)為，從歐洲碳市場(chǎng)發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，隨著我國(guó)“雙碳”進(jìn)程的推進(jìn)，可再生能源的綠色價(jià)值將逐步得到認(rèn)可，碳價(jià)的提升會(huì)縮小可再生能源制氫與化石燃料制氫在成本方面的差距;另一方面，要繼續(xù)加大技術(shù)攻關(guān)力度，力爭(zhēng)顯著降低可再生能源制氫的成本。
林今提出，利用棄風(fēng)、棄光、棄水等可再生能源發(fā)電來(lái)制備氫氣，可以在降低綠氫成本的同時(shí)，提高可再生能源發(fā)電的消納水平。他認(rèn)為，這一模式可以優(yōu)先在西部風(fēng)光資源豐富的地區(qū)探索，此外，在東部海上風(fēng)電資源富集區(qū)也可以考慮。
另一方面，氫氣的遠(yuǎn)距離運(yùn)輸瓶頸也有待突破。王劍曉表示，由于氫密度低，如果采用魚雷車等運(yùn)輸方式，車輛本身的質(zhì)量要遠(yuǎn)高于運(yùn)輸?shù)臍?，運(yùn)輸效率很低;而如果利用現(xiàn)有的常規(guī)材質(zhì)的天然氣等管道運(yùn)氫，可能引發(fā)“氫脆現(xiàn)象”，造成安全隱患;如采用加強(qiáng)鋼或其他復(fù)合材料來(lái)建設(shè)輸氫管道，則會(huì)顯著增加成本。
基于氫氣遠(yuǎn)距離運(yùn)輸成本較高的現(xiàn)狀，林今認(rèn)為，目前，制取氫氣后就地應(yīng)用是一個(gè)更為現(xiàn)實(shí)的方式，這就需要各地在發(fā)展制氫產(chǎn)業(yè)的同時(shí)配套規(guī)劃一些下游產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)之間的協(xié)同。
中國(guó)社會(huì)科學(xué)院數(shù)量經(jīng)濟(jì)與技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所能源安全與新能源研究室主任劉強(qiáng)認(rèn)為，在氫的遠(yuǎn)距離運(yùn)輸問(wèn)題尚未解決的背景下，把氫轉(zhuǎn)換為甲醇、氨等衍生物，再進(jìn)行運(yùn)輸和利用也是一個(gè)重要的思路。
此外，張晉賓指出，氫氣泄漏引發(fā)的間接的溫室效應(yīng)值得重視?？紤]到產(chǎn)業(yè)發(fā)展的安全性，需要推動(dòng)研發(fā)更為經(jīng)濟(jì)、有效的氫泄露探測(cè)儀。
找準(zhǔn)市場(chǎng)定位重點(diǎn)發(fā)力 實(shí)現(xiàn)氫產(chǎn)業(yè)有序發(fā)展
《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃(2021-2035年)》為我國(guó)氫能發(fā)展設(shè)定了三階段的目標(biāo)，其中第一階段，即到2025年，燃料電池車輛保有量達(dá)到約5萬(wàn)輛，部署建設(shè)一批加氫站;可再生能源制氫量達(dá)到10-20萬(wàn)噸/年，成為新增氫能消費(fèi)的重要組成部分。同時(shí)，明確堅(jiān)持點(diǎn)線結(jié)合、以點(diǎn)帶面，因地制宜拓展氫能應(yīng)用場(chǎng)景，穩(wěn)慎推動(dòng)氫能在交通、儲(chǔ)能、發(fā)電、工業(yè)等領(lǐng)域的多元應(yīng)用。
劉強(qiáng)認(rèn)為，相比鋼鐵、石油等成熟產(chǎn)業(yè)的規(guī)劃，氫能產(chǎn)業(yè)尚處于導(dǎo)入階段，因此規(guī)劃的重點(diǎn)是培育市場(chǎng)。他認(rèn)為，現(xiàn)階段綠氫制備的經(jīng)濟(jì)性瓶頸仍存，短期內(nèi)可先通過(guò)發(fā)展灰氫、藍(lán)氫等將氫能市場(chǎng)做大，推動(dòng)配套產(chǎn)業(yè)鏈的完善和核心技術(shù)的攻克，從而在中長(zhǎng)期推動(dòng)綠氫等成本較高的細(xì)分領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破。
張晉賓認(rèn)為，氫能作為技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，有著一定的技術(shù)門檻。此前，我國(guó)的氫能發(fā)展主要聚焦于燃料電池車的相關(guān)技術(shù)，在氫能制、輸、儲(chǔ)、用等全領(lǐng)域技術(shù)攻關(guān)和應(yīng)用示范方面仍存在局限，我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)總體還處于起步初期。“十四五”時(shí)期，我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)將實(shí)施多領(lǐng)域全鏈條布局，開展氫能制、儲(chǔ)、輸、用關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，以多元應(yīng)用場(chǎng)景和重大示范為突破口，統(tǒng)籌謀劃我國(guó)氫能發(fā)展的破局之道。同時(shí)，還應(yīng)整合各方優(yōu)勢(shì)和力量，推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研互動(dòng)，共同推動(dòng)氫能的技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)升級(jí)。
王劍曉表示，利用可再生能源制取的氫可以實(shí)現(xiàn)電能大規(guī)模儲(chǔ)存，這就將不穩(wěn)定的電能轉(zhuǎn)化成了具有緩沖和儲(chǔ)能作用的氫供應(yīng)，之后氫能可用于化工、電力等各個(gè)領(lǐng)域，具體怎樣使用取決于經(jīng)濟(jì)性，可行的氫能制—儲(chǔ)—輸—用技術(shù)路線最終是由市場(chǎng)來(lái)選擇的。
在氫能應(yīng)用的布局方面，林今認(rèn)為，主要需考量?jī)蓚€(gè)因素：一是要具備一定的市場(chǎng)規(guī)模;二是要具備一定的溢價(jià)。結(jié)合這兩個(gè)因素來(lái)看，氫能應(yīng)用布局的重點(diǎn)和潛力領(lǐng)域包括化工、交通、電力等行業(yè)。
具體來(lái)看，在石化、合成氨、甲醇等化工領(lǐng)域，因?yàn)楫a(chǎn)業(yè)鏈條較長(zhǎng)，綠氫較高的成本可以通過(guò)在下游生產(chǎn)較高附加值的產(chǎn)品來(lái)消化。在交通領(lǐng)域，雖然目前在乘用車賽道，鋰電池等電化學(xué)電池市場(chǎng)份額更大，但在冷藏車、部分工業(yè)用車方面，氫燃料電池車具備一定優(yōu)勢(shì)。在電力領(lǐng)域，電—氫—電轉(zhuǎn)化的效率并不高，難以消化綠氫的較高成本，但在滿足數(shù)據(jù)中心等可靠性要求極高的電力需求方面，氫能具備優(yōu)勢(shì)。
