中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：從2020年4月中國(guó)能源法（征求意見稿）將氫能列入能源范疇，至今年北京冬奧會(huì)期間816輛氫燃料電池汽車往返于各場(chǎng)館，到不久前我國(guó)出臺(tái)的首個(gè)氫能產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃，人們已經(jīng)清晰地認(rèn)識(shí)到，氫能已在第三次能源革命中正式登場(chǎng)。
目前，氫能正逐步成為全球能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要載體之一。賽迪科創(chuàng)發(fā)布的《2020氫應(yīng)用發(fā)展白皮書》指出，占全球經(jīng)濟(jì)總量70%的20多個(gè)國(guó)家已制定了氫能發(fā)展戰(zhàn)略，全球直接支持氫能源部署的政策總計(jì)50余項(xiàng)，日本、歐盟、美國(guó)、韓國(guó)等成為響應(yīng)最積極的國(guó)家和地區(qū)。在“雙碳”目標(biāo)指引下，中國(guó)的氫能產(chǎn)業(yè)也將迎來前所未有的發(fā)展機(jī)遇。
全球氫能競(jìng)賽大幕開啟
氫能作為一種替代能源進(jìn)入人們視野，要追溯到20世紀(jì)70年代。當(dāng)時(shí)，中東戰(zhàn)爭(zhēng)引發(fā)全球石油危機(jī)，美國(guó)首次提出“氫經(jīng)濟(jì)”概念，并將氫能作為國(guó)家戰(zhàn)略。石油進(jìn)口依賴度高的日本對(duì)能源危機(jī)感受強(qiáng)烈，在1973年成立了“氫能源協(xié)會(huì)”，開始推進(jìn)對(duì)氫能的研究。
2014年，日本修訂了《日本在復(fù)興戰(zhàn)略》，發(fā)出建設(shè)“氫能源社會(huì)”的呼吁；美國(guó)在2019年發(fā)布了《美國(guó)氫能經(jīng)濟(jì)路線圖》，計(jì)劃到2030年氫能產(chǎn)業(yè)每年創(chuàng)造1400億美元收入和70萬個(gè)就業(yè)機(jī)會(huì)；歐盟于2020年發(fā)布《歐盟氫能戰(zhàn)略》，推動(dòng)氫能在工業(yè)、交通、發(fā)電等全領(lǐng)域的應(yīng)用；韓國(guó)則計(jì)劃到2040年實(shí)現(xiàn)氫能社會(huì)。
為鼓勵(lì)和支持氫能發(fā)展，中國(guó)也相繼出臺(tái)了多項(xiàng)政策：2019年，氫能被寫入政府工作報(bào)告，提出在公共領(lǐng)域加快充電、加氫等設(shè)施建設(shè)；2020年，中國(guó)能源法（征求意見稿）將氫能列入能源范疇；同年9月，五部門聯(lián)合開展燃料電池汽車示范應(yīng)用，對(duì)符合條件的城市群開展燃料電池汽車關(guān)鍵核心技術(shù)產(chǎn)業(yè)化攻關(guān)和示范應(yīng)用給予獎(jiǎng)勵(lì)；2021年10月，在《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》中，提出統(tǒng)籌推進(jìn)氫能“制——儲(chǔ)——輸——用”全鏈條發(fā)展；今年3月，《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021－2035年）》出臺(tái)，氫能產(chǎn)業(yè)被確定為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和未來產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展方向。
國(guó)家能源局相關(guān)負(fù)責(zé)人近日表示，我國(guó)20多個(gè)省份已發(fā)布?xì)淠芤?guī)劃和指導(dǎo)意見共計(jì)200余份，目前在建和籌建的風(fēng)光制氫項(xiàng)目超過40個(gè)。
近日，國(guó)家發(fā)改委創(chuàng)新和高技術(shù)發(fā)展司副司長(zhǎng)王翔在接受媒體采訪時(shí)表示，中國(guó)是世界上最大的制氫國(guó)，2021年氫能產(chǎn)量超過了3300萬噸。據(jù)有關(guān)市場(chǎng)機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)氫能相關(guān)企業(yè)的數(shù)量超過2000家，近5年新增企業(yè)注冊(cè)數(shù)量快速增長(zhǎng)。
氫燃料電池車駛?cè)肟燔嚨?/strong>
談到氫能的應(yīng)用，人們最熟悉的就是氫燃料電池汽車，該領(lǐng)域也成為各國(guó)政府和企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。
從20世紀(jì)90年代開始，日本汽車制造商豐田、本田、日產(chǎn)就一直致力于氫燃料電池汽車的研發(fā)。僅豐田公司在氫燃料電池系統(tǒng)上就擁有6000多項(xiàng)專利，占了全球相關(guān)專利的一半。
豐田可謂是氫能的優(yōu)秀“玩家”。1996年，豐田成功推出了氫燃料電池試驗(yàn)車，2014年推出了MIRAI氫燃料電池車，并宣布與2008年推出的燃料電池系統(tǒng)相比，MIRAI的燃料電池系統(tǒng)成本已經(jīng)下降了95%，在6年里降到了原來的1/20。
但日本其他車企的相關(guān)研發(fā)并非一帆風(fēng)順。本田自1991年開始燃料電池汽車的研發(fā)，2015年成功推出燃料電池汽車Clarity。但受成本居高不下和銷量不佳的影響，2021年，本田在日產(chǎn)宣布暫停開發(fā)氫燃料電池汽車計(jì)劃幾個(gè)月后，也宣布終止氫燃料電池汽車的生產(chǎn)。
與日本的縱向研發(fā)不同，中國(guó)走的是橫向研發(fā)路線，一直缺少領(lǐng)軍企業(yè)牽頭。2009年，由于氫燃料電池汽車成本仍未下降，而特斯拉等電動(dòng)汽車又具有突出表現(xiàn)，因此中國(guó)開啟了以鋰電池汽車唱主角的“十城千輛”工程，某種程度上改變了中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)的走向。
“鋰電池汽車逐漸興起之后，氫燃料電池汽車仍然沒有較大突破，整個(gè)氫能行業(yè)非常沮喪，覺得這條路走不通了。”5月3日，能源行業(yè)分析師鄭賢玲告訴《法人》記者，她曾在2016年考察了3個(gè)氫能項(xiàng)目，都未能被打動(dòng)?！爱?dāng)時(shí)我問一個(gè)氫能巴士項(xiàng)目的研發(fā)人員，產(chǎn)品出廠價(jià)是多少？當(dāng)聽到對(duì)方300多萬元的回答后，我立即將該項(xiàng)目否定了?！敝钡?018年9月，她到日本豐田MIRAI生產(chǎn)線考察，接待方告訴他，MIRAI的出廠價(jià)折合人民幣僅42萬元。同時(shí)，她還參觀了大阪巖谷加氫站?！氨M管當(dāng)時(shí)加氫站一天只有4輛車前來加氫，但加氫一次只需3分鐘，而一次加氫就可以行駛600公里?！庇H眼所見的進(jìn)展讓她十分振奮。
鄭賢玲說，當(dāng)時(shí)從經(jīng)濟(jì)性方面看，豐田氫燃料電池汽車的購車成本不算太高，日本政府補(bǔ)貼也比較理性，每輛車的國(guó)家和地方政府補(bǔ)貼金額折合人民幣約10萬元，個(gè)人購車成本折合人民幣約32萬元，每公里行駛成本0.5元，這是一個(gè)大眾可承受的價(jià)格。
2020年，MIRAI迎來改款后的第二代車型，在動(dòng)力上有了極大提升。目前，該車在日本售價(jià)約合人民幣36萬元至44萬元，美國(guó)版車型售價(jià)約合人民幣32萬元，價(jià)格相比第一代有了明顯下降。同時(shí)，豐田還公開聲明，第二代MIRAI在充滿氫氣的情況下一口氣行駛了1000多公里，比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手、唯一實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的韓國(guó)現(xiàn)代Nexo充氫5分鐘的續(xù)航里程850公里還要長(zhǎng)，再次證明了氫燃料電池汽車的獨(dú)特賣點(diǎn)——超長(zhǎng)續(xù)航。
鄭賢玲介紹，日本氫能戰(zhàn)略中的氫源主要為褐煤制氫。“日本從國(guó)外引進(jìn)了價(jià)格較為便宜的褐煤，制氫過程雖會(huì)產(chǎn)生二氧化碳，但因?yàn)椴捎昧薈CUS碳封存技術(shù)（以捕獲碳并安全存儲(chǔ)的方式來取代直接向大氣中排放二氧化碳的技術(shù)），將二氧化碳注入海底，因此沒有碳排放?！钡硎荆壳疤疾蹲剑ㄖ覆蹲结尫诺酱髿庵械亩趸?，壓縮之后，壓回到枯竭的油田和天然氣領(lǐng)域或者其他安全的地下場(chǎng)所）、碳封存技術(shù)成本較高，未來需要做到一定規(guī)模后才能降低成本。
從氫燃料電池的成本來看，鄭賢玲表示，2021年燃料電池堆（由多個(gè)單體電池以串聯(lián)方式層疊組合構(gòu)成）成本約占燃料電池系統(tǒng)成本的65%?！斑@些年，電池堆價(jià)格下降，系統(tǒng)也由5年前的兩萬元下降到現(xiàn)在的4千元?！?
如今，氫燃料電池依然很貴，因?yàn)樘釤挄r(shí)需要用到的催化劑由貴金屬鉑制成，而研究人員正在努力，試圖減少鉑的消耗，或者完全放棄鉑。今年4月，《科技日?qǐng)?bào)》報(bào)道，英國(guó)開發(fā)出一種氫燃料電池，使用的催化劑由鐵而非鉑制成，降低了氫燃料電池的成本，該技術(shù)讓氫燃料廣泛部署成為可能。
根據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院日前發(fā)布的數(shù)據(jù)，2021年全球氫能源汽車銷量達(dá)16313輛，同比2020年增長(zhǎng)68%，截至2021年保有量已達(dá)49562輛，預(yù)計(jì)2021年燃料電池市場(chǎng)規(guī)模增速快于2020年?？梢姡瑲淙剂想姵剀嚨冉煌I(lǐng)域是氫能較為清晰的應(yīng)用場(chǎng)景。
續(xù)航能力雖強(qiáng)，但配套基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)相較于純電動(dòng)車更加復(fù)雜昂貴，因此氫燃料電池車更適合固定線路、中長(zhǎng)途和高載重場(chǎng)景。目前，中國(guó)的研發(fā)主要聚焦在氫燃料電池商用車方向。但乘用車并非無人問津，上汽、北汽和廣汽等國(guó)內(nèi)企業(yè)也有相應(yīng)車型已量產(chǎn)或計(jì)劃上市。
從灰氫到綠氫的跨越
鄭賢玲介紹，從木材、煤炭、石油、天然氣，再到可再生能源，能源的變革始終遵從一個(gè)規(guī)律——減碳。
長(zhǎng)期以來，氫氣在能源行業(yè)如同貴族，只在極少的工業(yè)領(lǐng)域、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域和航空航天中使用。但氫氣并不是天然存在于自然界中，必須通過制備才能產(chǎn)生。
根據(jù)制取方式的不同，業(yè)內(nèi)通常將氫氣分為灰氫、藍(lán)氫、綠氫3種?；覛湫枰ㄟ^化石燃料燃燒產(chǎn)生，其間產(chǎn)生大量碳排放；藍(lán)氫是在灰氫的基礎(chǔ)上，利用碳捕捉、碳封存技術(shù)，實(shí)現(xiàn)低排放制氫；綠氫則通過光伏發(fā)電、風(fēng)電以及水電等可再生能源電解水制氫，在制氫過程中不會(huì)排碳，因此被稱為“零碳?xì)錃狻薄?
“綠氫具有全生命周期綠色清潔、零碳排放等特點(diǎn)，如果綠電和綠氫協(xié)同，將可替代傳統(tǒng)的排碳能源?！编嵸t玲說。
如今，灰氫占當(dāng)今全球氫氣產(chǎn)量的95%，綠氫僅占總體氫產(chǎn)量的1%~3%。雖然氫能在能源轉(zhuǎn)型中的潛力再受關(guān)注，但全球制氫的最主要原料仍是化石能源。
5月3日，能源專家蔡紹寬向記者介紹，綠氫要在碳中和路徑中充分發(fā)揮作用，需要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)化應(yīng)用，但目前，綠氫的大規(guī)模發(fā)展有很多制約因素。
“從目前我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)鏈的成本來看，上游的制氫占比最重，達(dá)到了55%，儲(chǔ)運(yùn)氫占30%，加注氫占15%。”蔡紹寬介紹，在目前的制氫技術(shù)條件下，綠氫最低成本約1.5元/Nm3（0攝氏度1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的氣體體積），而灰氫最低成本僅為0.7元/Nm3，綠氫價(jià)格高昂，只有取得突破性進(jìn)展，才能大幅降低綠氫成本。
他還表示，在電解水制氫技術(shù)中，很多材料的國(guó)產(chǎn)化程度較低，行業(yè)技術(shù)壁壘深厚。“目前，制氫使用的鉑和銥兩種貴金屬催化劑，在國(guó)內(nèi)儲(chǔ)量較少，原材料極度依賴進(jìn)口，存在一定的供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)。”
由于氫氣重量輕、原子半徑小、性能活潑、穩(wěn)定性差，存儲(chǔ)和運(yùn)輸難度較大。蔡紹寬稱，盡管已經(jīng)有一定的技術(shù)積累，但儲(chǔ)存材料價(jià)格依然高昂，且儲(chǔ)存釋放條件苛刻，目前很多都處于試驗(yàn)開發(fā)階段。因此，要降低氫氣的運(yùn)輸成本、提高氫能經(jīng)濟(jì)性，有待相關(guān)科技進(jìn)一步攻關(guān)。
氫能產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展對(duì)儲(chǔ)氫設(shè)備壓力容器技術(shù)要求提出更高挑戰(zhàn)。“目前，日韓使用高壓IV型瓶?jī)?chǔ)氫，內(nèi)層是樹脂材料，外層是碳纖維，重量輕、強(qiáng)度高，承壓能力強(qiáng)。而中國(guó)的碳纖維行業(yè)已在近幾年走出了虧損，現(xiàn)階段正在大面積擴(kuò)產(chǎn)。如果實(shí)現(xiàn)了碳纖維材料的國(guó)產(chǎn)化替代，儲(chǔ)氫設(shè)備的成本下降將迎來較大突破。”鄭賢玲介紹。
目前，中國(guó)氫源結(jié)構(gòu)向“可再生氫”傾斜，可再生能源制氫項(xiàng)目取得顯著突破。據(jù)中國(guó)氫能聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)，截至2022年4月，中國(guó)可再生能源制氫項(xiàng)目規(guī)劃161個(gè)，其中13個(gè)項(xiàng)目已投產(chǎn)，合計(jì)制氫能力約2.56萬噸/年。
“國(guó)家隊(duì)”助力氫能發(fā)展
氫氣雖然是易燃易爆氣體，但擴(kuò)散速度快，具有最大的浮力和擴(kuò)散性，一旦泄漏會(huì)很快上升，向各方逃逸，使得濃度難以達(dá)到爆炸所需濃度。因此，相比天然氣、汽油，氫氣安全性更高。
目前，中國(guó)氫能以交通領(lǐng)域?yàn)橥黄瓶诳焖侔l(fā)展，但其他應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷取得進(jìn)展，部分國(guó)產(chǎn)化裝備競(jìng)爭(zhēng)力提升明顯。工業(yè)方面，氫基化工規(guī)模化試點(diǎn)落地，氫冶金技術(shù)示范項(xiàng)目開啟；能源方面，發(fā)電與熱電聯(lián)產(chǎn)完成重點(diǎn)技術(shù)試點(diǎn)示范；建筑方面，全國(guó)首個(gè)氫能進(jìn)萬家智慧能源示范社區(qū)項(xiàng)目在佛山落地，后期將試點(diǎn)太陽能光伏發(fā)電耦合電解水制氫裝備，并接入局域氫氣管網(wǎng)。
央企也開啟了“氫能模式”。目前，在氫能全產(chǎn)業(yè)鏈上，超過三分之一的央企已布局。
中國(guó)石化布局氫能產(chǎn)業(yè)最為積極，副總經(jīng)理凌逸群幾次在公開場(chǎng)合強(qiáng)調(diào)了中國(guó)石化的“野心”：在“雙碳”目標(biāo)下要做“第一氫能公司”，將氫能全產(chǎn)業(yè)鏈作為新能源發(fā)展的核心業(yè)務(wù)；中國(guó)石油則充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)終端及專業(yè)管理優(yōu)勢(shì)，大力投入“油氣電氫非”綜合能源站研發(fā)和建設(shè)，打造“加油站+便利店+新能源”“加油站+互聯(lián)網(wǎng)+新零售”全新商業(yè)模式。
另外，國(guó)家電投、國(guó)家能源集團(tuán)、東方電氣、中國(guó)能建、中國(guó)船舶、華能集團(tuán)、華電集團(tuán)、東風(fēng)汽車、中車集團(tuán)、一汽集團(tuán)等，均已制定了各自的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略。
可見，進(jìn)軍氫能領(lǐng)域的不僅僅是能源企業(yè)，其他“國(guó)家隊(duì)”也在云奔潮涌，為氫能產(chǎn)業(yè)的資金、技術(shù)突破提供強(qiáng)勁動(dòng)力。
