隨著“雙碳”戰(zhàn)略的實(shí)施，我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展駛?cè)?ldquo;快車道”。今年以來，國家及多個地方陸續(xù)出臺了氫能產(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上，與會專家就如何破解氫能發(fā)展瓶頸、優(yōu)化氫能產(chǎn)業(yè)布局等問題進(jìn)行了探討。
氫能是未來國家能源體系的重要組成部分
今年3月，國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021-2035年)》，明確了氫能作為“未來國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能源發(fā)展的首要任務(wù)。我國油氣對外依存度較高，石油對外依存度超過70%，天然氣對外依存度超過40%。在疫情疊加世界地緣政治局勢深刻變化的背景下，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)國家工程實(shí)驗(yàn)室助理研究員王劍曉看來，考慮到氫能可以替代部分石油、天然氣的使用，發(fā)展氫能對于我國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“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)揮長周期儲能優(yōu)勢，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。
中國經(jīng)濟(jì)信息社經(jīng)濟(jì)智庫事業(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、波動性帶來的挑戰(zhàn)日漸突出，氫能可以跨越時間和空間發(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)是一個實(shí)時平衡系統(tǒng)，儲能的調(diào)節(jié)非常關(guān)鍵，而氫能在跨季節(jié)的中長期調(diào)節(jié)方面優(yōu)勢突出。目前，國際上已開展了一些利用鹽穴儲氫的探索，主要目的是實(shí)現(xiàn)安全、高效、可靠儲氫，并為電力系統(tǒng)提供儲能服務(wù)。此外，容量市場等市場機(jī)制建設(shè)也是推動包括氫儲能在內(nèi)的儲能產(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)葐栴}仍有待突破
目前，在氫的制、儲、輸、加、用等各個產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)中，仍存在一些瓶頸問題有待突破，這些問題制約了氫能產(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。
對此，張晉賓認(rèn)為，從歐洲碳市場發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)來看，隨著我國“雙碳”進(jìn)程的推進(jìn)，可再生能源的綠色價值將逐步得到認(rèn)可，碳價的提升會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)電來制備氫氣，可以在降低綠氫成本的同時，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)合材料來建設(shè)輸氫管道，則會顯著增加成本。
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。
中國社會科學(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，需要推動研發(fā)更為經(jīng)濟(jì)、有效的氫泄露探測儀。
找準(zhǔn)市場定位重點(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)展中長期規(guī)劃(2021-2035年)》為我國氫能發(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10-20萬噸/年，成為新增氫能消費(fèi)的重要組成部分。同時，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)用場景，穩(wěn)慎推動氫能在交通、儲能、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。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)可先通過發(fā)展灰氫、藍(lán)氫等將氫能市場做大，推動配套產(chǎn)業(yè)鏈的完善和核心技術(shù)的攻克，從而在中長期推動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、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，我國氫能產(chǎn)業(yè)總體還處于起步初期。“十四五”時期，我國氫能產(chǎn)業(yè)將實(shí)施多領(lǐng)域全鏈條布局，開展氫能制、儲、輸、用關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，以多元應(yīng)用場景和重大示范為突破口，統(tǒng)籌謀劃我國氫能發(fā)展的破局之道。同時，還應(yīng)整合各方優(yōu)勢和力量，推動產(chǎn)學(xué)研互動，共同推動氫能的技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)升級。
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)模儲存，這就將不穩(wěn)定的電能轉(zhuǎn)化成了具有緩沖和儲能作用的氫供應(yīng)，之后氫能可用于化工、電力等各個領(lǐng)域，具體怎樣使用取決于經(jīng)濟(jì)性，可行的氫能制—儲—輸—用技術(shù)路線最終是由市場來選擇的。
在氫能應(yīng)用的布局方面，林今認(rèn)為，主要需考量兩個因素：一是要具備一定的市場規(guī)模;二是要具備一定的溢價。結(jié)合這兩個因素來看，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，綠氫較高的成本可以通過在下游生產(chǎn)較高附加值的產(chǎn)品來消化。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。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。
