編者按：2018年是中國(guó)氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展元年，我國(guó)是第一產(chǎn)氫大國(guó)，具有良好的氫源基礎(chǔ)，未來(lái)還可開(kāi)發(fā)可再生能源電解水制氫、生物質(zhì)制氫以及光解水、熱解水制氫等。到2050年，氫在我國(guó)終端能源體系中占比至少達(dá)10%。
氫能被視為21世紀(jì)的終極能源。2018年，國(guó)內(nèi)外布局氫能的動(dòng)作不斷。2018年2月，國(guó)家能源集團(tuán)牽頭成立中國(guó)氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟（簡(jiǎn)稱(chēng)中國(guó)氫能聯(lián)盟）；同年4月，全球首個(gè)褐煤制氫商業(yè)試點(diǎn)項(xiàng)目誕生；同年10月，國(guó)家能源集團(tuán)準(zhǔn)能集團(tuán)、氫能科技公司、北京低碳清潔能源研究院和濰柴控股集團(tuán)簽署200噸級(jí)以上氫能重載礦用卡車(chē)研發(fā)合作框架協(xié)議……中國(guó)氫能聯(lián)盟理事長(zhǎng)，國(guó)家能源集團(tuán)黨組副書(shū)記、總經(jīng)理凌文將2018年定義為中國(guó)氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展元年。
“我國(guó)能源體系存在不安全、不平衡、不可持續(xù)的問(wèn)題，主要體現(xiàn)在能源安全、煤炭大國(guó)但利用不夠清潔、碳排放壓力大、可再生能源發(fā)展遇瓶頸、電力系統(tǒng)靈活性不足五個(gè)方面。”《中國(guó)氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報(bào)告》核心觀(guān)點(diǎn)指出了我國(guó)能源體系的“瑕疵”。
報(bào)告指出，2017年，我國(guó)石油進(jìn)口量突破4億噸，對(duì)外依存度高達(dá)68.85%，70%的石油進(jìn)入交通運(yùn)輸領(lǐng)域；天然氣進(jìn)口量達(dá)946億立方米，39%的天然氣依靠進(jìn)口。
煤炭方面，80%的煤炭用于發(fā)電和供熱，碳排放量大，散燒煤污染嚴(yán)重；褐煤保有儲(chǔ)量約1300億噸，占煤炭?jī)?chǔ)量的13%，開(kāi)發(fā)利用不足；褐煤碳含量低，氫含量相對(duì)較高，科學(xué)利用褐煤，相當(dāng)于發(fā)現(xiàn)了一種新能源。
碳排放方面，我國(guó)提出2030年減排目標(biāo)：?jiǎn)挝籊DP的二氧化碳排放量比2005年下降60%至65%。以化石能源為主的能源結(jié)構(gòu)為我國(guó)實(shí)現(xiàn)碳排放目標(biāo)帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。
而可再生能源間歇、波動(dòng)等特點(diǎn)，造成并網(wǎng)消納困難，2017年可再生能源發(fā)電量占比僅增加0.7%，電力系統(tǒng)調(diào)峰能力仍不能滿(mǎn)足非化石電源發(fā)展的需求，全年棄可再生能源電量達(dá)1007億千瓦時(shí)。
電力作為目前我國(guó)終端能源消費(fèi)的主體，其最大的問(wèn)題在于無(wú)法存儲(chǔ)。可再生能源的接入帶來(lái)的不確定性影響著電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
氫能或許是更優(yōu)選擇。國(guó)家能源集團(tuán)北京低碳清潔能源研究院主任助理、氫能技術(shù)開(kāi)發(fā)部門(mén)經(jīng)理何廣利表示，氫這種元素在多種化合物中都存在，宇宙質(zhì)量的75%都是氫。此外，目前燃料電池技術(shù)發(fā)展比較快。過(guò)去氣（天然氣）網(wǎng)與電網(wǎng)是分開(kāi)的，不僅公司和業(yè)務(wù)是獨(dú)立的，而且運(yùn)行上也沒(méi)有相互作用的關(guān)系。現(xiàn)在，通過(guò)氫這條路線(xiàn)，讓氫氣通過(guò)燃料電池發(fā)電，相當(dāng)于把氣網(wǎng)和電網(wǎng)聯(lián)系起來(lái)了，整體上會(huì)形成一個(gè)綜合的能源網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)各種形式的能量轉(zhuǎn)化優(yōu)化。
“在能量轉(zhuǎn)化優(yōu)化過(guò)程中，燃料電池起了關(guān)鍵作用。根據(jù)現(xiàn)有的燃料電池體系，理論上氫能的轉(zhuǎn)化效率可達(dá)85%以上。”何廣利說(shuō)。據(jù)了解，氫燃燒熱值高，居各種燃料之冠，是液化石油氣的2.5倍、汽油的3倍。
“氫是不含碳的，大部分的氫都是從水里來(lái)的，而氫能利用后又產(chǎn)生水。從用能過(guò)程來(lái)看，氫不會(huì)像煤炭、石油等一次能源那樣，用著用著就沒(méi)了。”何廣利說(shuō)。
《中國(guó)氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報(bào)告》提到，我國(guó)是第一產(chǎn)氫大國(guó)，具有良好的氫源基礎(chǔ)，其中煤氣化制氫1000萬(wàn)噸，天然氣制氫300萬(wàn)噸以上，工業(yè)副產(chǎn)氣約800萬(wàn)噸，電解水制氫約10萬(wàn)噸，未來(lái)還可開(kāi)發(fā)可再生能源電解水制氫、生物質(zhì)制氫以及光解水、熱解水制氫等。到2050年，氫在我國(guó)終端能源體系中占比至少達(dá)10%。
據(jù)《中國(guó)氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報(bào)告》，如果實(shí)現(xiàn)規(guī)模化運(yùn)營(yíng)，化石燃料制氫、工業(yè)副產(chǎn)制氫、棄電制氫方式的終端氫氣價(jià)格與汽油價(jià)格相當(dāng)。大型清潔煤制氫，尤其是褐煤制氫，將成為煤炭清潔高效利用以及低質(zhì)廉價(jià)煤開(kāi)發(fā)利用的重要發(fā)展方向。
“目前國(guó)內(nèi)在用的氫，80%以上都是煤制氫。”何廣利表示，主要有焦化項(xiàng)目、丙烷脫氫項(xiàng)目、氯堿項(xiàng)目等，焦?fàn)t煤氣中，氫氣占40%至50%。
作為世界最大的煤炭生產(chǎn)公司、最大的火力發(fā)電生產(chǎn)公司、最大的可再生能源發(fā)電生產(chǎn)公司和最大的煤制油、煤化工公司，國(guó)家能源集團(tuán)在氫能源方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，其煤化工板塊年產(chǎn)氫氣超過(guò)400萬(wàn)噸，已具備供應(yīng)4000萬(wàn)輛燃料電池乘用車(chē)的制氫能力；煤制氫成本是天然氣制氫成本的70%至80%，是重油或石腦油制氫成本的60%至70%；已成功示范年產(chǎn)30萬(wàn)噸的二氧化碳封存（CCS）技術(shù)，為處理好煤化工制氫的碳排放奠定了基礎(chǔ)；擁有裝機(jī)規(guī)?？捎^(guān)的風(fēng)電、光伏等可再生能源，利用可再生能源制氫可進(jìn)一步降低成本和碳排放量。
國(guó)內(nèi)外積極布局發(fā)展氫能
“目前，國(guó)內(nèi)關(guān)注的主要是車(chē)用燃料電池。實(shí)際上，車(chē)用燃料電池只是氫的一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景。車(chē)用、分布式發(fā)電都是可以的。”何廣利說(shuō)，目前日本至少有20萬(wàn)戶(hù)家庭用上了燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn)裝置。這種裝置連接的是天然氣管網(wǎng)，氫通過(guò)燃料電池發(fā)電，發(fā)電的同時(shí)還有一部分余熱用于燒水，氫能的利用效率達(dá)90%以上。
美國(guó)及歐洲一些國(guó)家有很多兆瓦級(jí)燃料電池裝置，可供一棟樓用。韓國(guó)政府非常支持分布式燃料電池技術(shù)發(fā)展，裝機(jī)總量已達(dá)近300兆瓦，相當(dāng)于一個(gè)中型火電廠(chǎng)的規(guī)模。而我國(guó)分布式燃料電池發(fā)電項(xiàng)目很少。落地遼寧營(yíng)口的歐洲一家企業(yè)子公司雖然應(yīng)用了2兆瓦的分布式燃料電池發(fā)電裝置，卻是歐盟資助的項(xiàng)目。
在日本，氫能社會(huì)戰(zhàn)略已經(jīng)上升到國(guó)家戰(zhàn)略的層面，目前商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的加氫站達(dá)100座，其愿景是2050年建成氫能社會(huì)，且明確了使氫氣生產(chǎn)成本從2030年的3美元/千克降至2050年2美元/千克的目標(biāo)。2018年4月，日本川崎重工引領(lǐng)的財(cái)團(tuán)與澳大利亞政府達(dá)成一致，將在維多利亞州富產(chǎn)褐煤的拉特羅布山谷，開(kāi)展一個(gè)價(jià)值5億澳元（約合3.88億美元）、為期4年的煤制氫試點(diǎn)項(xiàng)目。川崎重工將開(kāi)發(fā)一個(gè)具有成本效益的供應(yīng)鏈，將氫以氣態(tài)形式運(yùn)至黑斯廷斯港口，液化后運(yùn)往日本。
2018年2月召開(kāi)的中國(guó)氫能聯(lián)盟成立大會(huì)透露，截至2017年，全球正在運(yùn)營(yíng)的加氫站已達(dá)328座，預(yù)計(jì)到2020年將超過(guò)400座。
在相關(guān)專(zhuān)家看來(lái)，相比日本等發(fā)達(dá)國(guó)家，國(guó)內(nèi)氫能研究應(yīng)用起步相對(duì)較晚，目前國(guó)內(nèi)加氫站僅有十幾座，且大部分還處于示范階段。
雖然起步較晚，但近年來(lái)國(guó)內(nèi)對(duì)氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)的關(guān)注度有增無(wú)減，且商業(yè)化步伐正在加快。政策層面，《能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命戰(zhàn)略（2016—2030）》和《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃（2016—2030年）》將發(fā)展氫能與燃料電池技術(shù)提上日程。
上海、武漢、大同、佛山、如皋、張家口等地紛紛布局發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)，目前國(guó)內(nèi)各地運(yùn)營(yíng)的氫燃料電池車(chē)已近千輛級(jí)別。
同時(shí)，企業(yè)層面也邁出實(shí)質(zhì)性步伐。2017年12月，中國(guó)鋼研科技集團(tuán)有限公司、山東國(guó)惠投資有限公司、濟(jì)南新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換先行區(qū)管委會(huì)簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，旨在打造集氫能源科技園、氫能源產(chǎn)業(yè)園、氫能源會(huì)展商務(wù)區(qū)于一體的“氫谷”。2018年2月11日，國(guó)家能源集團(tuán)牽頭成立中國(guó)氫能聯(lián)盟，標(biāo)志著中國(guó)氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)開(kāi)始進(jìn)入規(guī)范與加速發(fā)展新時(shí)期，構(gòu)建中國(guó)特色氫能社會(huì)的進(jìn)程提質(zhì)提速。
2018年10月，國(guó)家能源集團(tuán)準(zhǔn)能集團(tuán)、氫能科技公司、北京低碳清潔能源研究院和濰柴控股集團(tuán)簽署200噸級(jí)以上氫能重載礦用卡車(chē)研發(fā)合作框架協(xié)議，標(biāo)志著燃料電池在能源行業(yè)中的示范應(yīng)用開(kāi)始啟動(dòng)。
“我們?cè)诮K如皋的加氫站預(yù)計(jì)于2019年3月建成。建成后，完全商業(yè)化運(yùn)營(yíng)，物流車(chē)、大巴車(chē)、乘用車(chē)均可加氫。”何廣利說(shuō)。
凌文表示，相信通過(guò)有序發(fā)展，中國(guó)氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)將實(shí)現(xiàn)技術(shù)快速進(jìn)步，創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn)，推動(dòng)在小汽車(chē)、軌道交通、船舶、航天、物流系統(tǒng)、礦用車(chē)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用氫能，最終形成氫能社會(huì)。
氫能發(fā)展仍面臨諸多挑戰(zhàn)
“我們國(guó)家在金屬材料、關(guān)鍵零部件、系統(tǒng)集成等方面與國(guó)際先進(jìn)水平仍然存在不小的差距。坦率地說(shuō)，過(guò)去幾年，這種差距沒(méi)有減小，還有增大的趨勢(shì)。”工信部部長(zhǎng)苗圩在2018年初的中國(guó)氫能聯(lián)盟成立大會(huì)上說(shuō)。
據(jù)相關(guān)專(zhuān)家介紹，從氫能產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)看，我國(guó)處于剛剛起步階段。相對(duì)來(lái)說(shuō)，國(guó)外一些國(guó)家建成的產(chǎn)業(yè)鏈比較全，國(guó)內(nèi)的設(shè)備鏈還沒(méi)有建立起來(lái)，很多零部件都要進(jìn)口。
我國(guó)具有豐富的氫源，但所產(chǎn)氫氣并不能直接用于發(fā)電或燃料電池汽車(chē)，還需要增加一個(gè)純化的環(huán)節(jié)，因?yàn)榘l(fā)電或燃料電池汽車(chē)對(duì)氫的品質(zhì)要求更高。目前，國(guó)外在氫氣質(zhì)量對(duì)燃料電池壽命的影響方面已經(jīng)做了很多研究工作，但國(guó)內(nèi)投入的比較少，做的基礎(chǔ)研究也比較少。
“國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO對(duì)氫氣中的14種成分都有很明晰的標(biāo)準(zhǔn)，其中硫的成分要低于4個(gè)PPB（十億分之四），但是國(guó)內(nèi)到現(xiàn)在一直沒(méi)有國(guó)標(biāo)。”何廣利說(shuō)。
目前，科技部、北京市科委已將氫純化提上日程。2016年，北京低碳清潔能源研究院氫能技術(shù)開(kāi)發(fā)部門(mén)就開(kāi)始關(guān)注氫氣檢測(cè)的問(wèn)題。目前，他們可以檢測(cè)氫氣所含14種雜質(zhì)中的11種，預(yù)計(jì)明年能夠?qū)?4種雜質(zhì)實(shí)現(xiàn)全面檢測(cè)。
純化之后，下一個(gè)環(huán)節(jié)就是氫能運(yùn)輸。一位業(yè)內(nèi)專(zhuān)家表示，長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，氫能運(yùn)輸是個(gè)大問(wèn)題。例如，運(yùn)一車(chē)煤，車(chē)的重量占比很小，大部分是煤的重量。但運(yùn)氫則需要將氫壓縮成20兆帕的高壓氣，而且國(guó)內(nèi)采用的是鋼瓶技術(shù)，導(dǎo)致氫的容器很重，運(yùn)輸?shù)臍錃夂茌p。為了降低容器的重量，日本、美國(guó)等國(guó)家已經(jīng)采用三型瓶和四型瓶。這種容器為金屬內(nèi)膽（四型瓶為塑料內(nèi)膽）外加碳纖維纏繞，是鋼瓶重量的三分之一到四分之一，目前國(guó)內(nèi)禁用四型瓶。
“運(yùn)輸是很大的問(wèn)題，現(xiàn)在有人提議運(yùn)輸液氫，把氫氣變成液態(tài)的，但是氫氣的液化溫度在零下253攝氏度左右，耗能高。按照現(xiàn)有技術(shù)水平計(jì)算，生產(chǎn)1千克液氫，如果不聯(lián)產(chǎn)的話(huà)，需要耗電13千瓦時(shí)。”上述專(zhuān)家表示，1千克氫氣理論上的能量為33千瓦時(shí)電（低熱值），這相當(dāng)于耗費(fèi)其本身30%以上的能量。因此，要降低液氫能耗或者用電電價(jià)，才更具有經(jīng)濟(jì)性。
目前，業(yè)內(nèi)也在探討化學(xué)儲(chǔ)氫方式，比如甲醇，其含氫量為12.5%。還有其他化合物，比如氨、甲苯、苯烷等。
除了氫能運(yùn)輸，還有一個(gè)重要環(huán)節(jié)是加氫站建設(shè)。加氫站設(shè)備主要包括壓縮機(jī)系統(tǒng)、加氫機(jī)系統(tǒng)、儲(chǔ)氫系統(tǒng)、工藝控制系統(tǒng)四大塊。目前，國(guó)內(nèi)加氫站使用的壓縮機(jī)系統(tǒng)，大部分為進(jìn)口。加氫機(jī)系統(tǒng)有進(jìn)口也有國(guó)產(chǎn)，但目前國(guó)內(nèi)氫氣加注技術(shù)要求和標(biāo)準(zhǔn)不明確，全國(guó)氫能標(biāo)委會(huì)在2018年11月發(fā)布了一項(xiàng)氫氣加注的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。儲(chǔ)氫系統(tǒng)國(guó)內(nèi)能生產(chǎn)供應(yīng)的有一兩家企業(yè)，裝置均為國(guó)產(chǎn)。工藝控制系統(tǒng)是核心技術(shù)板塊，目前國(guó)內(nèi)有經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)有一些，但整體上不夠精細(xì)化，被關(guān)注度和受重視程度不高。
“從本質(zhì)過(guò)程上來(lái)講，加氫站跟加氣站類(lèi)似，但條件要比加氣站復(fù)雜得多。”一位業(yè)內(nèi)人士說(shuō)，要給豐田乘用車(chē)加氫的話(huà)，壓力要達(dá)到87.5兆帕，而加氣站一般為20兆帕，這對(duì)設(shè)備、技術(shù)、安全運(yùn)營(yíng)等整體要求非常高。另外，在車(chē)用燃料電池方面，國(guó)內(nèi)與國(guó)外相比也有一定差距，廣州云浮引進(jìn)的燃料電池技術(shù)來(lái)自加拿大，但其功率密度約1.6千瓦/升，而日本豐田的這個(gè)數(shù)字是3.1千瓦/升。因此，國(guó)內(nèi)引進(jìn)的燃料電池只能裝在物流車(chē)和大巴車(chē)上，應(yīng)用在乘用車(chē)上有難度。
“目前發(fā)展氫能的限制因素比較多，比如加氫站的審批，國(guó)家層面沒(méi)有歸口管理部門(mén)，只是個(gè)別地方出臺(tái)了一些規(guī)定。”這位業(yè)內(nèi)人士表示。
清除氫能前行路上的障礙
在專(zhuān)家看來(lái)，氫能產(chǎn)業(yè)要實(shí)現(xiàn)規(guī)?；l(fā)展，先要清除其前行路上的障礙。
《中國(guó)氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報(bào)告》建議政府盡快將氫能納入我國(guó)終端能源體系，與電力交叉互補(bǔ)，共同成為我國(guó)終端能源體系的消費(fèi)主體。
中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化研究院、全國(guó)氫能標(biāo)委會(huì)發(fā)布的《中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展藍(lán)皮書(shū)（2018）》建議，進(jìn)一步明確國(guó)家氫能產(chǎn)業(yè)各相關(guān)部門(mén)的職能，不斷建立“統(tǒng)一管理、權(quán)責(zé)一致、精簡(jiǎn)高效”的管理體制和“部門(mén)協(xié)作、區(qū)域統(tǒng)籌”的溝通機(jī)制，統(tǒng)籌規(guī)劃、合理布局氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。明確氫能基礎(chǔ)設(shè)施的管理和審批部門(mén)，強(qiáng)化氫能安全意識(shí)，嚴(yán)格氫能基礎(chǔ)設(shè)施的安全準(zhǔn)入。
“做氫氣，安全是最重要的，但安全的前提是管理得好。”何廣利說(shuō)，“氫氣無(wú)味，點(diǎn)火能量低，高純度氫的火焰無(wú)色。氫氣著火相對(duì)安全，因?yàn)闅涞拿芏鹊?，著火后火焰?huì)一直往上跑。國(guó)外做過(guò)對(duì)比試驗(yàn)，氫燃料汽車(chē)中的氫泄漏著火，火就往上空跑，而汽油車(chē)著火就容易引發(fā)爆炸。”
《中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展藍(lán)皮書(shū)（2018）》建議，要建立標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證體系，建立國(guó)家級(jí)氫能產(chǎn)品檢測(cè)中心，以質(zhì)量為基礎(chǔ)，引導(dǎo)我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)范、有序、健康發(fā)展。
“要想讓氫能產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)久地發(fā)展，安全和標(biāo)準(zhǔn)都要做好。”何廣利表示。
在財(cái)政扶持方面，有關(guān)專(zhuān)家認(rèn)為可以參照新能源的補(bǔ)貼方式，比如說(shuō)風(fēng)電補(bǔ)貼，發(fā)1千瓦時(shí)電給1千瓦時(shí)的補(bǔ)貼，氫能補(bǔ)貼要從前端補(bǔ)貼，補(bǔ)貼加氫站，“加出去1千克氫氣補(bǔ)貼多少錢(qián)”。
有關(guān)專(zhuān)家表示，要充分發(fā)揮聯(lián)盟、行業(yè)協(xié)會(huì)的影響力，開(kāi)展核心關(guān)鍵技術(shù)和制造裝備的攻關(guān)，建立我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)和生產(chǎn)工藝體系；培育形成示范區(qū)域，帶動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展；加強(qiáng)政府投資支持引導(dǎo)，建立投資收益合理回報(bào)機(jī)制，積極推進(jìn)投資體制改革，搭建各種投融資渠道和平臺(tái)，鼓勵(lì)和引導(dǎo)社會(huì)投資特別是民間投資以合資、獨(dú)資、參股、特許經(jīng)營(yíng)等方式參與建設(shè)和營(yíng)運(yùn)，促進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。
原標(biāo)題：氫能已來(lái)，路在腳下！能源體系“瑕疵”與氫能優(yōu)勢(shì)
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