在全球能源轉(zhuǎn)型、實現(xiàn)碳中和過程中,氫能承擔著不可替代的重要角色。我國具有良好制氫基礎和大規(guī)模應用市場,氫能產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)積極發(fā)展態(tài)勢。2022年,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)》,從戰(zhàn)略層面對氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展進行了頂層設計。本期邀請專家圍繞氫能產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展進行研討。
主持人
本報理論部主任、研究員 徐向梅
我國氫能產(chǎn)業(yè)進入快速發(fā)展窗口期
主持人:我國氫能產(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):氫能是未來零碳能源體系中至關重要的組成部分,是目前唯一大規(guī)?缂竟(jié)存儲可再生能源的手段。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)領域,以冷暖供應為代表的建筑行業(yè)以及以重卡、航運和航空為代表的交通行業(yè)。可再生能源成本下降、綠氫制備應用技術進步和全球“雙碳”轉(zhuǎn)型要求,推動綠氫快速發(fā)展。歐盟、美國、德國、英國、日本、韓國等主要經(jīng)濟體紛紛推出氫能發(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。2000年,我國正式開展氫燃料電池汽車研發(fā)工作。隨后,氫燃料電池及技術相繼納入《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012—2020年)》《能源技術革命創(chuàng)新行動計劃(2016—2030年)》等政策規(guī)劃計劃中。特別是,“推動充電、加氫等設施建設”寫入了2019年《政府工作報告》。經(jīng)過多年努力,我國初步掌握了氫燃料電池電堆及其關鍵材料、動力系統(tǒng)、整車集成和氫能基礎設施等領域的核心技術,培育出億華通、重塑股份等領先企業(yè),燃料電池成為氫能較為成熟的應用領域。2020年啟動的燃料電池示范城市群申報工作,進一步推動了氫燃料電池汽車行業(yè)發(fā)展。從各城市群發(fā)布規(guī)劃來看,北京、上海、山東、內(nèi)蒙古等11個重點省(區(qū)、市)將在2025年實現(xiàn)共計超過8萬輛燃料電池汽車的應用推廣。2021年我國氫燃料電池汽車年銷售1881輛,建成加氫站264座。
2020年是我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要年份。氫能首次寫入《中華人民共和國能源法(征求意見稿)》,從法律上正式步入能源體系。隨著“雙碳”目標和“1+N”體系確立,我國氫能規(guī)劃從以燃料電池為主,向能源、工業(yè)、建筑等多領域拓展。自2021年以來發(fā)布的碳達峰、碳中和“1+N”系列政策文件都涉及氫能,但對其定位最清晰準確的還是《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021—2035年)》,即從生產(chǎn)端:氫能是未來國家能源體系的重要組成部分;從消納端:氫能是用能終端實現(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)和未來產(chǎn)業(yè)重點發(fā)展方向。
隨后各地氫能產(chǎn)業(yè)政策密集出臺,近30個省份及直轄市發(fā)布氫能發(fā)展相關政策方案。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)劃當中,北京、山東、四川、河北、內(nèi)蒙古5個省(區(qū)、市)專門出臺了氫能整體產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃和政策,重心從交通為主轉(zhuǎn)向多領域拓展。從區(qū)域布局來看,各地結合頂層設計與自身資源稟賦推行氫能政策,力爭成為細分領域的領頭羊。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,通過關鍵零部件研發(fā)補貼、加氫站建設補貼等方式推動行業(yè)發(fā)展;內(nèi)蒙古、寧夏等地擁有豐富的可再生能源與氫能應用場景,各級政府積極支持風光制氫一體化發(fā)展,并開展“多能互補+氫”“源網(wǎng)荷儲+氫”等多個綠氫示范項目;北京、上海等地擁有豐富的工業(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)展與前沿技術開發(fā),推出多項措施對氫能研發(fā)單位、科研成果給予獎勵補貼。
需要注意的是,我國氫能在儲能、發(fā)電和工業(yè)等新領域的應用仍處于發(fā)展初期階段。為做好相應技術攻關,2021年《關于組織開展“十四五”第一批國家能源研發(fā)創(chuàng)新平臺認定工作的通知》《“十四五”工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》陸續(xù)印發(fā),鼓勵氫能與可再生能源協(xié)同發(fā)展,推動氫能在化工、冶金等行業(yè)的關鍵技術攻關及應用。一批綠氫應用項目即將落地,為推動氫能多元利用、穩(wěn)步構建氫能產(chǎn)業(yè)體系開了一個好頭。
我國氫能產(chǎn)業(yè)進入快速發(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)展進入“從氫燃料到氫能源再到多領域拓展,區(qū)域布局強調(diào)統(tǒng)籌謀劃、因地制宜、重點突出,產(chǎn)業(yè)發(fā)展以市場主導、創(chuàng)新驅(qū)動、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)展趨勢如何?我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展有哪些特點?
魏鎖(中國產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進會氫能分會會長):全球能源結構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,一方面能有效解決可再生能源大規(guī)模發(fā)展面臨的消納問題,另一方面也是實現(xiàn)交通、工業(yè)和建筑等領域大規(guī)模深度脫碳的有效路徑。各國積極布局氫能產(chǎn)業(yè),全球已有20個國家和地區(qū)發(fā)布氫能發(fā)展戰(zhàn)略,氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)以下趨勢。
氫燃料電池產(chǎn)業(yè)化浪潮加速。經(jīng)過近30年持續(xù)研發(fā),燃料電池在能量效率、功率密度、低溫啟動等方面取得突破性進展,新一輪燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化浪潮正在迫近。國際領先企業(yè)已開展燃料電池電堆、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)化應用。
低碳氫能呈現(xiàn)巨大發(fā)展空間。當前,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。包括藍氫和綠氫在內(nèi)的低碳制氫技術快速發(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(CCUS)作為向綠氫過渡階段的主要制氫技術,同時電解制氫設備運營規(guī)模提升,2021年全球低碳制氫產(chǎn)能達55萬噸/年,新增電解制氫設備運營規(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,截至2021年,全球約有500個氫能項目,其中約120個在建綠氫項目,全球規(guī)劃中的吉瓦級綠氫項目規(guī)模合計達144.1GW(裝機容量)。
儲運技術成為氫能產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的關鍵。從全球氫儲運技術來看,主要以管道、高壓氣態(tài)、低溫液態(tài)等形式為主,各國依托既有產(chǎn)業(yè)技術和基礎采取不同儲運方式。歐洲以發(fā)展管道輸氫為主,利用現(xiàn)有天然氣基礎設施逐步建設泛歐洲氫氣管網(wǎng),預計2040年總長度達2.3萬公里;美國管道輸氫和液態(tài)儲運技術成熟,擁有全球一半里程的輸氫管道,運營15座以上液氫工廠,總產(chǎn)能超過326噸/天,居全球首位;日本和韓國正發(fā)展有機化合物、液氨和液氫的跨洋運輸供應鏈。
加氫站建設穩(wěn)步推進。全球加氫網(wǎng)絡建設加快,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,歐洲大多數(shù)加氫站采用站內(nèi)電解水制氫技術,我國35MPa(車載儲氫瓶壓力等級)商用車加氫站及混合加氫站布局速度居全球首位。從各國發(fā)展戰(zhàn)略看,預計2030年全球加氫站數(shù)量將超過4500座,形成多元化、網(wǎng)絡化氫能基礎設施體系。
氫能應用領域逐漸拓寬。隨著產(chǎn)業(yè)技術快速發(fā)展,氫能能源屬性逐漸明確,有望在氫冶金、綠氫化工、氫儲能、綜合能源、智慧能源系統(tǒng)中全面應用。同時,國際氫能標準體系日趨完善,截至2021年ISO(國際標準化組織)氫能技術現(xiàn)行標準為89項,主要涉及氫能儲運、氫能安全、氫能檢測試驗方法、氫能制取設備和加注環(huán)節(jié)關鍵部件;IEC(國際電工委員會)燃料電池方面技術現(xiàn)行標準26項,主要圍繞燃料電池術語、燃料電池模塊以及不同類型燃料電池的安全性、相關試驗及測試方法等方面。
近年來,我國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。目前已啟動兩批燃料電池示范城市群建設,“氫進萬家”等一系列支持產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策相繼出臺,各省(區(qū)、市)因地制宜布局氫能產(chǎn)業(yè),累計出臺相關政策164項。二是產(chǎn)業(yè)規(guī)?焖僭鲩L。2021年我國氫氣總產(chǎn)量達3300萬噸,應用場景進一步擴大,交通領域燃料電池汽車保有量近9000輛,工業(yè)、建筑、分布式能源領域應用正加快布局。三是氫能技術研發(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,我國堿液制氫技術全球領先,質(zhì)子交換膜制氫技術正加速發(fā)展;儲運環(huán)節(jié),目前氫氣運輸以20MPa高壓氣態(tài)儲運為主,管道輸氫、液氫儲運技術和裝備處于研發(fā)驗證階段,化合物儲氫在局部地區(qū)實現(xiàn)應用;應用環(huán)節(jié),氫燃料電池領域快速突破,催化劑、質(zhì)子膜、碳紙、膜電極、電堆等多項技術已實現(xiàn)國產(chǎn)化。與國際先進技術相比,我國在氫能各個環(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、技術水平、材料研發(fā)、生產(chǎn)工藝、專利和標準輸出等方面仍需加強創(chuàng)新攻關。
總體來看,國際氫能產(chǎn)業(yè)尚處于培育期。我國雖起步較晚但發(fā)展較快,具備快速推進氫能規(guī)模化應用與技術迭代升級的能力和條件,有著巨大的市場空間,有望在2030年前達到國際先進水平。
圍繞綠氫供應疏通產(chǎn)業(yè)鏈堵點
主持人:作為新興產(chǎn)業(yè),氫能終端應用前景如何,還有哪些瓶頸待突破?
劉堅(國家發(fā)展改革委能源研究所副研究員):能源結構轉(zhuǎn)型是推進“雙碳”目標工作的主線,需要我們同步推動能源生產(chǎn)和消費革命,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,進而最大程度減少化石能源消費。但以風電、太陽能發(fā)電為主的可再生能源電力存在間歇性、波動性問題,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難以直接通過電力替代。氫能憑借能量密度高、便于大規(guī)模存儲、應用場景多等特點,在為高比例新能源電力系統(tǒng)提供大規(guī)模長周期儲能的同時,也為用能終端脫碳提供了全新選擇。在未來高比例可再生能源系統(tǒng)中,綠氫與綠電可以優(yōu)勢互補共同助力可再生能源價值從電力系統(tǒng)拓展至整個能源系統(tǒng)。
近年來,隨著燃料電池汽車試點推進和資本投入規(guī)模不斷加大,國內(nèi)燃料電池核心零部件技術水平及系統(tǒng)集成能力顯著提升。相比之下,當前氫能生產(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的綠氫供應在制、儲、運、加等環(huán)節(jié)仍存在堵點,需要從技術、標準、管理等方面突破。
一是聚焦綠氫供應鏈短板,加強核心技術攻關。目前堿性電解水設備成本較低,但在波動電源適應性、能耗、占地、維護成本方面存在劣勢。質(zhì)子交換膜(PEM)純水電解對波動性電源的適應性較強,但目前國內(nèi)研發(fā)制造PEM純水電解設備的企業(yè)比較少,規(guī)模經(jīng)濟不足。高溫固體氧化物電解轉(zhuǎn)換效率高,但目前仍處于技術研發(fā)和示范階段。地質(zhì)儲氫和電制燃/原料是氫能大規(guī)模長周期存儲的重要方向,我國氫儲能研究起步較晚,氫儲能項目數(shù)量和技術水平與國際先進水平仍存在差距。在金屬儲氫、有機物儲氫以及合成氨儲氫等方面國際上仍處于探索階段,應用前景具有較大不確定性。因此建議重點攻關低成本、高靈活、高效率的電解水制氫技術,加強電解水制氫與上游波動性可再生能源發(fā)電和下游綠氫化工生產(chǎn)工藝的無縫銜接,降低終端化工產(chǎn)品碳強度。加大燃料電池關鍵材料技術研發(fā)力度,降低燃料電池對稀有金屬的依賴。評估地質(zhì)儲氫資源潛力,深入研究氫能長周期儲能可行性和經(jīng)濟性。不斷提升關鍵技術自主創(chuàng)新能力,打造具有完全自主知識產(chǎn)權的綠氫技術鏈條。
二是加大行業(yè)間協(xié)調(diào)力度,完善綠氫監(jiān)管與標準體系。氫能屬于危險化學品,制氫場地需建設在化工園區(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加一體站的建設運營面臨障礙。目前40MPa高壓及液態(tài)氫民用化進程緩慢,缺乏相關標準和規(guī)范。建議盡快明確綠氫生產(chǎn)、儲運、應用等環(huán)節(jié)的歸口管理部門,完善相關管理章程和法規(guī),制定統(tǒng)一、完善、連貫的制氫站、加氫站建設和運營審批政策及流程。加快現(xiàn)有涉氫標準規(guī)范修訂工作,從通用安全要求、臨氫材料、氫氣密封、防爆等方面細化和完善氫能標準設計,建立健全包含檢測、計量及售后服務保障在內(nèi)的技術產(chǎn)品標準體系。
三是多措并舉降低綠氫供應成本。用電成本是影響電解制氫經(jīng)濟性的核心因素,目前采用電網(wǎng)電制氫成本遠高于煤制氫。雖然利用可再生能源棄電制氫可降低制氫電價,但可再生能源棄電時長受新能源處理特性、電網(wǎng)調(diào)峰能力等不確定性因素影響。儲運方面,采用高壓氫氣管束車運輸,運氫規(guī)模小,單位成本高,氫氣管道、高壓深冷、液氫、氨存儲等大容量、長距離氫氣儲運存在投資高、損耗大等問題。建議綜合考慮綠氫制、儲、運、加等環(huán)節(jié)實際經(jīng)濟性水平,研究制定面向上游綠氫供應的稅收、電價優(yōu)惠等過渡期扶持政策,降低終端用戶用氫成本。加快鋼鐵、化工等高耗能行業(yè)碳交易市場建設,將綠氫納入碳市場交易。制定液氫及管道運氫導入時間表,加快形成氫氣大規(guī)模、長距離、低成本運輸解決方案。
原標題:我國氫能產(chǎn)業(yè)進入快速發(fā)展窗口期 如何健康有序發(fā)展