中國儲能網(wǎng)訊：文/董一凡 馬雪 劉云 高慧，中國現(xiàn)代國際關系研究院 中石油經(jīng)濟技術研究院，中國石油報
氫能在中國
氫能賽道加速鋪就 石油企業(yè)“氫”情奉獻
中國是綠色氫燃料的重要參與者之一，很早就將其作為氣候計劃的核心要素。國內(nèi)多家石油公司已在積極踐行綠色低碳戰(zhàn)略和碳中和愿景，打造氫能源產(chǎn)業(yè)增長極。中石油和中石化每年的制氫產(chǎn)能合計已達到400萬噸左右。
氫能產(chǎn)業(yè)與傳統(tǒng)油氣業(yè)務相比具有高相似度、同類客戶、共用基礎設施等特征。對于石油石化企業(yè)來說，在目前氫能產(chǎn)業(yè)化發(fā)展前期，應在有條件的地區(qū)率先開展示范項目的運行和實踐，在實踐中學習。例如，東部石化企業(yè)密集、交通物流發(fā)達的地區(qū)，可發(fā)展氫燃料電池車用于物流車隊業(yè)務，中石化在上海的部分加氫站已實現(xiàn)盈利就是很好的示范。
在產(chǎn)業(yè)方面，油氣公司擁有成熟的制氫用氫、氣液儲運經(jīng)驗和危化品儲運管理資質及完善的銷售系統(tǒng)，同時具備一定的氫能消納能力。在可再生能源發(fā)電制氫實現(xiàn)商業(yè)化以前，技術成熟、成本低廉的化石燃料制氫可作為主流制氫方式來參與氫能產(chǎn)業(yè)鏈的上游環(huán)節(jié)；部分加油站具備發(fā)展油氫、氣氫混合站的條件，也是油氣企業(yè)參與氫能產(chǎn)業(yè)鏈的產(chǎn)業(yè)基礎。
在技術方面，油氣企業(yè)擁有豐富的管道設計、建設、運營經(jīng)驗。2015年，中國石油管道局承建的中國首條氫氣管道——濟源至洛陽管道成功投產(chǎn)并穩(wěn)定運行。中石油、中石化等公司近年來投入數(shù)千萬元經(jīng)費開展了氫能產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的技術研究，如硫化氫電解制氫、天然氣催化裂解制氫、可再生能源發(fā)電制氫、重芳烴儲氫材料與脫氫催化材料、金屬骨架有機化合物儲氫、長輸管道摻氫輸運評價、微型熱電聯(lián)供能源站、加氫站建設規(guī)范及標準等項目，為未來發(fā)展氫能業(yè)務進行了有益的前期技術探索。
從世界各國的經(jīng)驗來看，氫能產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)商業(yè)化發(fā)展需要解決技術突破、政策協(xié)調、產(chǎn)業(yè)配套、經(jīng)濟可行、社會認知等多方面問題。中國氫能產(chǎn)業(yè)尚面臨缺乏國家氫能戰(zhàn)略、核心技術不足、加氫站審批與監(jiān)管法規(guī)缺失、技術標準與檢測體系滯后等問題，亟待加強頂層設計，推動氫能產(chǎn)業(yè)高質量發(fā)展。
首先，氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要明確氫的能源屬性。當前，氫在中國被列為危險化學品，尚未納入能源管理體系，亟須在國家能源轉型藍圖中界定氫能角色。同時，各大能源公司業(yè)務各有優(yōu)勢和側重，不可能各自發(fā)展“大而全”的氫能產(chǎn)業(yè)鏈。應從國家層面制定產(chǎn)業(yè)政策，明確氫能發(fā)展的行業(yè)主管部門，完善監(jiān)管法規(guī)與檢測體系，鼓勵真正有資源優(yōu)勢、技術實力的地區(qū)和企業(yè)互相協(xié)作、共同推動氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
其次，中國氫能產(chǎn)業(yè)鏈部分關鍵零部件和產(chǎn)品技術與國外最先進的技術仍存在較大差距，膜電極、空氣壓縮機、儲氫材料、加氫槍與軟管等關鍵零部件尚需進口。在發(fā)展模式上，一方面，可參考中國高鐵技術創(chuàng)新以及油氣重大專項模式，組織好氫能利用重大科技項目，切實突破大規(guī)模低成本制氫、高效安全儲運與加氫利用技術瓶頸，以龍頭企業(yè)帶動產(chǎn)業(yè)技術進步；另一方面，考慮到全球范圍內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)尚處在發(fā)展初期，主導技術與設計尚未定型，成立風險投資基金、保持對相關技術的關注則顯得十分必要。以技術突破帶動市場繁榮，堅決防范投機炒作。
基礎設施建設是打通氫能產(chǎn)業(yè)鏈上下游的關鍵環(huán)節(jié)，也是氫能大規(guī)模推廣應用的先決條件。氫氣長輸管道與加氫站建設投入大、周期長、運營成本高，加之氫氣氣源、輸送方式的限制，在加氫站大規(guī)模建設前，通過示范站獲取建設和運營經(jīng)驗尤為重要。石油企業(yè)可充分利用現(xiàn)有油氣基礎設施，有序推進氫能基礎設施建設，切實提高氫氣儲運和加注的安全性和經(jīng)濟性。
最后，氫能在各國都屬新興產(chǎn)業(yè)，因此在推動氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進程中離不開積極的國際合作。日本、德國、英國、美國等在面對氫能產(chǎn)業(yè)政策、技術、安全、商業(yè)模式和公眾接受度等問題時，有一些先進的做法值得我國借鑒。如果能將先進經(jīng)驗為我所用，在資源、產(chǎn)業(yè)、市場等方面積極參與能源轉型，相信氫能的發(fā)展將對我國甚至全球的能源生產(chǎn)、消費以及跨國貿(mào)易格局產(chǎn)生深遠的影響。
氫能在美國
氫能產(chǎn)業(yè)投入巨大 私營企業(yè)爭相布局
隨著全球節(jié)能減排的深入發(fā)展，美國也加大力度發(fā)展氫能以緩解氣候變化的影響。根據(jù)歷屆美國政府追求的“能源獨立”目標，美國一直致力于能源的多元化發(fā)展，推動氫能經(jīng)濟是其重要舉措之一。觀察其氫能發(fā)展路徑，我們不難發(fā)現(xiàn)以下幾個特點。
第一，多樣化發(fā)展，在保證能源安全的基礎上推動氫能項目建設。自20世紀70年代，美國總統(tǒng)尼克松首次提出“能源獨立”設想以來，歷屆美國政府都將“能源獨立”作為歷史使命，推動能源多樣化、保證本土能源安全。1980年，卡特簽署了《能源安全法案》，包括對地熱、太陽能和生物質能的激勵措施，為發(fā)電機提供新的石油替代品。2005年，美國國會通過了《能源政策法案》，其中包括對運輸燃料替代品和靈活燃料汽車的新激勵措施及對國內(nèi)石油勘探的新補貼。
在此基礎上，美國大力發(fā)展氫經(jīng)濟，每年都有數(shù)億美元公共和私人投資。世界一半以上燃料電池汽車、2.5萬輛燃料電池物料搬運車、8000多個小型燃料系統(tǒng)遍布近40個州，超過550兆瓦大型燃料電池電力已完成安裝或計劃安裝中。根據(jù)美國氫能委員會的數(shù)據(jù)，截至2021年11月，美國已宣布的氫能大型項目累計數(shù)量較1月翻了一番，達522個。預計近四分之三的項目將在這十年中部分或全部投入使用，其中五分之二的項目已經(jīng)獲得資金或正在建設中。
第二，自下而上發(fā)展，以私營公司為氫市場主要推動力，刺激氫能經(jīng)濟發(fā)展。2021年，包括液化空氣集團、英美資源集團、康明斯、現(xiàn)代、林德、殼牌和豐田等在內(nèi)的11家公司宣布合作組建Hydrogen Forward聯(lián)盟，旨在推進美國的氫能發(fā)展。該聯(lián)盟正在美國國內(nèi)進行大量投資，并在全國范圍內(nèi)推動特定氫能項目，以使氫能技術得到規(guī)?；茝V。從氫燃料電池汽車（FCEV）的生產(chǎn)和銷售到加氫站，Hydrogen Forward成員都處于交通領域的創(chuàng)新前沿。同時，其成員公司的儲氫解決方案正在幫助發(fā)電行業(yè)利用可再生能源實現(xiàn)脫碳。
2021年11月，Long Ridge成為美國第一座氫氣發(fā)電站，也是全球第一座將氫摻入GE H級燃氣輪機的發(fā)電廠。其使用的通用電氣渦輪能夠使用80％的天然氣和20％的氫氣。經(jīng)過調整后，未來該工廠將可能實現(xiàn)燃燒100％的氫氣。
第三，美國政府開始補位，加強氫能發(fā)展，以鞏固其全球能源領導地位。氫能以多快的速度增長，在很大程度上取決于補貼、技術革新和擴大規(guī)模的步伐。缺乏對氫的系統(tǒng)性政策支持可能會使這些努力脫軌。因為在許多地方，碳價格不能覆蓋額外成本，大多數(shù)客戶還不愿意為綠色鋼鐵或水泥支付更多費用。在新項目早期階段，特別是在協(xié)調供需增長以及避免高昂錯配代價方面，政府相關政策極具影響力。歐洲和東亞已承諾向氫解決方案投資數(shù)千億美元，而美國一直是唯一沒有國家氫戰(zhàn)略的氫能主要市場。
近期，美國政府已經(jīng)開始補位，加強氫能發(fā)展。2021年7月，美國能源部（DOE）宣布發(fā)起“能源攻關計劃”，旨在未來十年加速低成本、可靠的清潔能源技術突破。當天啟動的首個計劃為“氫能攻關”計劃，目標是在未來十年使清潔氫成本降低80%至1美元/千克，以加速氫能技術創(chuàng)新并刺激清潔氫能需求。此前，美國能源部（DOE）還發(fā)布了《氫能計劃發(fā)展規(guī)劃》，提出建立未來十年及更長時期的氫能研究、開發(fā)和示范總體戰(zhàn)略框架。該計劃預計到2030年，美國氫能項目每年可創(chuàng)造1400億美元的收入和70萬個工作崗位，從而加強美國能源領導地位并推動美國經(jīng)濟發(fā)展；到2050年，每年將創(chuàng)造7500億美元的收入和340萬個工作崗位。
全面的、可提供法律框架的政策對氫經(jīng)濟的發(fā)展至關重要。2021年11月15日，美國總統(tǒng)拜登簽署了《基礎設施投資和就業(yè)法案》（又稱BFI法案），整個法案預算為1.2萬億美元，其中包括2022—2026年五年內(nèi)撥款80億美元用于區(qū)域氫能中心建設，15億美元用于電解槽和氫能全產(chǎn)業(yè)鏈的研發(fā)和示范。這一法案的出臺，為氫能在美國的發(fā)展提供了急需的框架，有助于美國實現(xiàn)氫能的快速發(fā)展和大規(guī)模應用。
氫能在歐洲
產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭良好 未來機遇挑戰(zhàn)并存
由于歐盟將綠色轉型視作經(jīng)濟復蘇和后疫情時代經(jīng)濟和產(chǎn)業(yè)轉型的重要驅動力之一，氫能相關產(chǎn)業(yè)受到歐盟的廣泛重視，被視作經(jīng)濟體系脫碳、應對氣候變化、培育新興技術密集型能源行業(yè)、促進能源體系聯(lián)動和耦合的重要支柱。
2020年7月，歐盟委員會提出歐盟氫能戰(zhàn)略草案，計劃到2024年和2030年分別將歐盟電解槽制氫產(chǎn)能提升至6吉瓦和40吉瓦，年制氫量分別達到100萬噸和1000萬噸。同時還提出通過發(fā)展產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、扶植重點項目、促進國際合作等方式將產(chǎn)業(yè)做大做強。
在歐盟提出相關戰(zhàn)略后，主要成員國也紛紛跟進呼應，德國于2020年6月提出了本國的氫能戰(zhàn)略，法國、西班牙、意大利等國也相繼提出本國的氫能計劃。
在歐盟和成員國大力支持及產(chǎn)業(yè)界協(xié)同推進的基礎上，歐盟掀起了氫能建設熱潮。2021年麥肯錫發(fā)布報告稱，在全球已宣布的228個氫能項目中有126個位于歐洲，未來10年全球3000億美元氫能投資中歐洲約占45%。2021年11月，歐盟氫能戰(zhàn)略框架下建設的“歐洲清潔氫聯(lián)盟”將推動750個項目，覆蓋工業(yè)、交通、能源和建筑等行業(yè)。與此同時，歐洲企業(yè)紛紛啟動大型氫能項目。例如，德國鋼鐵制造商Salzgitter將與德國電力企業(yè)E.ON、化工巨頭林德合作建設風電制氫、“綠氫產(chǎn)鋼”的一條龍項目；瑞典、德國、日本等國企業(yè)準備在德國漢堡建設100兆瓦容量規(guī)模的“歐洲最大綠氫工廠”；法國能源巨頭道達爾和恩吉準備建設法最大綠氫項目，預計2024年日產(chǎn)將達5萬噸。此外，歐盟還將探索將氫氣應用于供熱行業(yè)，增強其使用的廣泛性。
歐盟在產(chǎn)業(yè)集群、制氫成本、配套設施等方面發(fā)展勢頭均良好。環(huán)北海西北歐國家擁有全球5%的氫需求和歐洲60%的氫需求，形成聯(lián)通運輸、制造、下游使用的氫谷。而隨著2021年全球化石能源價格的飆升，碳排放較高的灰氫成本升高，使綠氫的成本更具競爭力。ICIS數(shù)據(jù)顯示，2021年11月，歐洲地區(qū)的灰氫生產(chǎn)成本已經(jīng)達到5.59美元/千克，比綠氫高出20%。在基礎設施方面，歐洲已擁有商業(yè)化運營加氫站200座，同時大力推進天然氣管道的氫氣輸送改造，預計2040年歐洲氫氣輸送管道將達約4萬公里，投資金額將達430億—810億歐元。
從國際能源機構、歐盟以及主要成員國來看，未來全球氫能市場將是年投資額數(shù)千億美元計甚至萬億美元計的超級藍海市場，其推進減排、融合可再生能源等潛力巨大。然而，歐盟的氫能戰(zhàn)略仍然面臨不小挑戰(zhàn)。比如在產(chǎn)業(yè)上下游匹配問題上，可再生發(fā)電資產(chǎn)產(chǎn)能投資周期一般長達七年，遠長于氫能電解槽兩年的建造時間，而可再生能源預期產(chǎn)能的不確定性很可能影響氫能開發(fā)商的投資意愿。再比如，當前歐盟對于氫能的投資標準仍具有爭議，各國和產(chǎn)業(yè)界就以制氫能源來源來劃分“清潔與否”意見不一，氫能投資者對未來前景判斷難以形成明確預期。
氫能在日本
戰(zhàn)略先發(fā)優(yōu)勢明顯 技術研發(fā)領跑世界
日本是最早開發(fā)氫能技術的國家之一，于1973年成立了“氫能源協(xié)會”，2013年便將發(fā)展氫能作為國策納入“再興戰(zhàn)略”，長期對氫能技術的開發(fā)、應用提供補貼，在氫燃料電池、氫能生產(chǎn)儲運等領域具有一定先發(fā)優(yōu)勢。
當前，日本依照自身能源結構、產(chǎn)業(yè)利益規(guī)劃了“2050年溫室氣體零排放”路線圖，擬將可再生能源比例提高50%—60%。其中，日本將氫能視為重點之一，致力于打造穩(wěn)定的產(chǎn)業(yè)鏈、供應鏈，擴大社會普及、拓展實際用途；同時計劃未來10年投入3700億日元扶植氫能源產(chǎn)業(yè)，目標將氫能成本降至30日元/立方米。
在政策扶植下，日本在氫能應用領域走在世界前列。一是日本家用燃料電池熱電聯(lián)供系統(tǒng)（ENE-FARM）銷量呈現(xiàn)指數(shù)級攀升，截至2021年6月底累計銷量超過40萬套。二是加氫站建設穩(wěn)步推進，截至2022年1月底，共計157家投入使用，其中“首都圈”58家、“中京圈”45家、“關西圈”19家、“九州圈”14家。按照政府規(guī)劃，日本將在2030年建成1000家加氫站。三是氫燃料電池汽車銷量爆發(fā)式增長，豐田2021年售出氫燃料汽車5600余輛，已達到其累計銷量的50%。
碳中和熱度下，日本氫能技術快速發(fā)展。據(jù)數(shù)據(jù)分析公司Astamuse最新統(tǒng)計，日本氫能技術專利申請數(shù)量位列世界第一名，豐田、日產(chǎn)、本田等9家企業(yè)“氫能專利資產(chǎn)”排名世界前20位。生產(chǎn)方面，豐田中央研究所將實驗室“人工光合成氫能”的能量轉換效率提升至10.5%，超過了業(yè)內(nèi)公認10%的實用化目標，該技術還可用于生產(chǎn)甲酸（一種常溫儲運氫能源的載體）；旭化成在福島浪江町的1萬千瓦氫能生產(chǎn)設備已投入試運行，計劃2025年接受商業(yè)訂單，2030年將千兆設備價格從20萬日元降至5萬日元。儲運方面，川崎重工開發(fā)了全球第一艘液化氫運輸船，力爭2030年實現(xiàn)規(guī)?；蜕逃没?；日本量子科學技術研究開發(fā)機構等研發(fā)出“不使用稀有金屬也能高效吸附氫的合金”，具備“常溫不泄漏、高溫能釋放”特性；千代田化工則開發(fā)出將氫氣轉化為液體“甲基環(huán)己烷”的技術，可利用油罐和油輪運輸。
氫能在日本蓬勃發(fā)展的同時，也面臨諸多制約。首先，日本本土可再生能源生產(chǎn)條件較差，不具備大規(guī)模生產(chǎn)綠氫的條件，而利用天然氣等化石燃料生產(chǎn)灰氫則依然會產(chǎn)生二氧化碳排放。其次，面臨第二梯隊——中、美、韓、歐的緊追，日本僅靠國內(nèi)產(chǎn)銷不足以保持其領先地位。日本試圖通過構建全球供應鏈來化解上述問題。例如，住友商事等在澳大利亞昆士蘭州推進“聚光型光伏發(fā)電制氫”項目，新日本石油在馬來西亞啟動了“水電余電制氫”“石化工廠排放伴生氫氣”兩個項目，三菱重工則參與了英國亨伯河“發(fā)電燃料轉換成氫”計劃，旭化成將在德國參與使回收自發(fā)電站的二氧化碳和氫發(fā)生反應，制造運輸用燃料等化學品的試驗業(yè)務。未來，日本還需要在完善國內(nèi)營商環(huán)境、參與全球基礎設施建設、拓展國際市場等方面加大努力。
