中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：最近，氫能備受關(guān)注。繼日本于2017年把氫能發(fā)展定為國(guó)家戰(zhàn)略，韓國(guó)與歐盟也在2019年初出臺(tái)了氫能發(fā)展路線(xiàn)圖，制定了雄心勃勃的發(fā)展目標(biāo)。在中國(guó)，氫能的戰(zhàn)略定位尚未清晰，但已掀起了一股又一股投資熱潮。
然而，氫能的未來(lái)也備受爭(zhēng)議：氫能真的低碳嗎？氫的運(yùn)輸、儲(chǔ)存和利用安全嗎？氫能在交通、發(fā)電和制熱領(lǐng)域具備經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力嗎？支持氫能發(fā)展的技術(shù)能力和監(jiān)管政策到位了嗎？
2019年9月22日，北京國(guó)際能源專(zhuān)家俱樂(lè)部舉辦晚餐會(huì)，特邀國(guó)際能源署(IEA)技術(shù)政策處處長(zhǎng)鐵木爾.古樂(lè)（Timur Guel）博士和日本新能源與產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）北京事務(wù)所所長(zhǎng)大川龍郎(Tasuo Okawa)先生做關(guān)于氫能發(fā)展的主題報(bào)告。古樂(lè)博士因巴黎至北京的航班取消而未能與會(huì)，其演講稿由北京國(guó)際能源專(zhuān)家俱樂(lè)部總裁陳新華代為宣講。
俱樂(lè)部名譽(yù)理事副主席周大地等國(guó)內(nèi)外40余名專(zhuān)家與會(huì)。會(huì)議就氫能技術(shù)前景、氫能按不同來(lái)源的經(jīng)濟(jì)性和碳排放強(qiáng)度、新興氫能利用技術(shù)及氫能發(fā)展所需要的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和政策支持等話(huà)題展開(kāi)了討論。
圍繞氫能發(fā)展未來(lái)，鐵木爾.古樂(lè)先生有如下見(jiàn)解：
1、氫能利用：機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。
氫能發(fā)展有助于解決當(dāng)前能源行業(yè)面臨的諸多挑戰(zhàn)。如：氫能為長(zhǎng)途運(yùn)輸、化工和鋼鐵等難以減碳的行業(yè)提供了減碳的有效途徑，有助于促進(jìn)碳減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)；氫能還可以幫助平抑光伏和風(fēng)能等可再生能源發(fā)電量的波動(dòng)，是一種可再生能源存儲(chǔ)的有效方式；另外，氫能可以促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)多元化，保障能源供應(yīng)安全。
盡管如此，氫能利用和發(fā)展也面臨一系列挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有制氫工藝的碳排放量很高，因?yàn)樵蠋缀跬耆珌?lái)自天然氣和煤炭。目前用低碳能源制氫的成本過(guò)高。天然氣、煤炭制氫成本在1-2.5美元/千克區(qū)間，而可再生能源制氫成本則高達(dá)3-7.5美元/千克。還有氫能基礎(chǔ)設(shè)施欠缺、法規(guī)不完善等問(wèn)題，都阻礙著氫能的發(fā)展。
2、制氫來(lái)源：當(dāng)前天然氣和煤炭是制氫主力，可再生能源或成未來(lái)制氫的主要途徑
基于成本優(yōu)勢(shì)，天然氣和煤炭是氫氣制備的主要來(lái)源。目前全球每年生產(chǎn)的7000萬(wàn)噸的氫氣中，99%來(lái)自天然氣和煤炭，可再生能源制氫尚未普及。
天然氣和煤炭制氫過(guò)程中易產(chǎn)生大量二氧化碳，以每年產(chǎn)量7000萬(wàn)噸計(jì)算，目前生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化碳年排放量等于印度尼西亞和英國(guó)的總和，這就需要碳捕集、利用與封存（CCUS）技術(shù)的快速發(fā)展和普及。在天然氣、煤炭制氫的過(guò)程中使用CCUS技術(shù)可以減少高達(dá)90%的碳排放。目前全球已經(jīng)有7個(gè)碳捕獲制氫項(xiàng)目在運(yùn)行中，有15個(gè)在建或規(guī)劃建設(shè)項(xiàng)目。
從碳排放角度來(lái)說(shuō)，可再生能源是最有前景的一種制氫來(lái)源。雖然目前制氫成本高，但按IEA預(yù)測(cè)，隨著可再生能源成本的下降和氫氣產(chǎn)量的擴(kuò)大，到2030年，利用可再生能源制氫的成本可以在目前的基礎(chǔ)上下降30%。
至于利用棄風(fēng)棄光或多余的可再生電源來(lái)制氫的想法，IEA認(rèn)為，過(guò)低的利用小時(shí)數(shù)會(huì)影響電解制氫裝置的經(jīng)濟(jì)性。綜合考慮投資成本、運(yùn)營(yíng)成本和可再生電力成本，IEA認(rèn)為在3000-6000小時(shí)每年的運(yùn)營(yíng)區(qū)間，可再生能源制氫裝置能夠得到優(yōu)化。
3、氫能的經(jīng)濟(jì)性主要體現(xiàn)在可以長(zhǎng)時(shí)間提供電力的儲(chǔ)能系統(tǒng)
目前，氫主要用于煉油和化肥生產(chǎn)，未來(lái)還將用于建筑和交通領(lǐng)域，如果各國(guó)政府計(jì)劃目標(biāo)都能實(shí)現(xiàn)，預(yù)計(jì)到2030年，氫能可以普及到400萬(wàn)戶(hù)家庭，氫能汽車(chē)保有量將達(dá)到250萬(wàn)輛，全球氫能的消費(fèi)量將從2018年的7000萬(wàn)噸增加到9400萬(wàn)噸。
對(duì)于氫能汽車(chē)未來(lái)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題，IEA認(rèn)為，氫能的最大優(yōu)勢(shì)在于長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能。鋰電池在一個(gè)充放電周期的能量損失是15%，而氫能從電解制氫到燃料電池發(fā)電一個(gè)周期的能量損失高達(dá)60%，不適合短周期的沖放電應(yīng)用。按照現(xiàn)有的技術(shù)，鋰電池?zé)o法滿(mǎn)足長(zhǎng)時(shí)間大容量供電需求，而氫能卻能滿(mǎn)足這樣的需求。對(duì)于氫能來(lái)說(shuō)，儲(chǔ)存時(shí)間越長(zhǎng)，每千瓦時(shí)的儲(chǔ)能成本越低，而電池或壓縮空氣的趨勢(shì)正好相反。綜合比較鋰電池、抽水蓄能、壓縮空氣、氨氣和壓縮氫氣這5種儲(chǔ)能技術(shù)，在放電時(shí)間為20-45小時(shí)的時(shí)間段內(nèi)，壓縮氫氣的儲(chǔ)能成本最低。
交通是氫能應(yīng)用最具吸引力的領(lǐng)域。如果全球所有的汽車(chē)都被氫能替代，氫能的需求總量只增加3億噸，只是目前需求的4倍。目前氫能汽車(chē)無(wú)法大規(guī)模投入市場(chǎng)的主要原因是造價(jià)過(guò)高。目前氫燃料電池汽車(chē)的成本為230美元/千瓦，預(yù)計(jì)近期利用最先進(jìn)的技術(shù)可以把成本降到180美元/千瓦，今后還有可能下降到50-75美元/千瓦。
未來(lái)氫能在乘用車(chē)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性取決于續(xù)航里程。如果電動(dòng)車(chē)電池成本下降到100美元/千瓦時(shí)，燃料電池成本下降到50美元/千瓦，那么氫能源汽車(chē)在續(xù)航里程400公里以上時(shí)，相比電動(dòng)車(chē)就具有經(jīng)濟(jì)性。如果電動(dòng)車(chē)電池成本下降到100美元/千瓦時(shí)，而燃料電池成本為75美元/千瓦，那么汽車(chē)的續(xù)航里程需要達(dá)到500公里以上時(shí)，氫能汽車(chē)才開(kāi)始顯現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性。所以氫能汽車(chē)對(duì)高里程汽車(chē)、卡車(chē)、公共汽車(chē)來(lái)說(shuō)更加適宜。
4、展望未來(lái)，IEA建議氫能應(yīng)用將聚焦以下四大領(lǐng)域：
一是利用沿?；ぞ奂瘏^(qū)，將其轉(zhuǎn)變?yōu)榈统杀?、低碳?xì)淠軕?yīng)用樞紐；
二是在天然氣中加氫，充分利用現(xiàn)有天然氣基礎(chǔ)設(shè)施，刺激新的清潔氫氣供應(yīng)；
三是通過(guò)在高里程車(chē)隊(duì)、貨運(yùn)和公共交通領(lǐng)域，擴(kuò)大氫能應(yīng)用范圍；
四是借鑒LNG產(chǎn)業(yè)發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，啟動(dòng)國(guó)際液化氫氣貿(mào)易，建立首批航運(yùn)線(xiàn)路。
接下來(lái)，日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）北京事務(wù)所所長(zhǎng)大川龍郎分享了日本關(guān)于氫能和燃料電池的政策和舉措。
1、日本氫能源基本戰(zhàn)略
2017年，日本將氫能發(fā)展定為國(guó)家戰(zhàn)略， 要將其發(fā)展成為繼可再生能源之后又一新型能源，并設(shè)立了到2050年的發(fā)展愿景。屆時(shí)，日本每年將有500-1000萬(wàn)噸的氫能產(chǎn)量。愿景還設(shè)立了降低氫能成本的目標(biāo)，從目前的10美元/千克，到2030年降至3美元/千克，到2050年降至2美元/千克，使全社會(huì)都能夠接受氫能的價(jià)格。
為了實(shí)現(xiàn)愿景，日本制定了氫能發(fā)展的實(shí)施路徑，并且組建專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)，分領(lǐng)域進(jìn)行階段性評(píng)估和跟進(jìn)。以下為氫能行動(dòng)計(jì)劃的幾個(gè)主要方面。
交通方面，政府制定目標(biāo)大幅度削減成本，確立量產(chǎn)技術(shù)。日本的氫能發(fā)展戰(zhàn)略中對(duì)氫能汽車(chē)、加氫站、公交車(chē)、工廠(chǎng)搬運(yùn)叉車(chē)等方面都設(shè)立了具體的發(fā)展目標(biāo)。如在2030年前建成900座加氫站，推廣氫能汽車(chē)80萬(wàn)輛，公交車(chē)1200臺(tái)，、工廠(chǎng)叉車(chē)1萬(wàn)臺(tái)臺(tái)。
氫能供應(yīng)鏈方面，日本要實(shí)現(xiàn)在氫能生產(chǎn)、運(yùn)輸、液化和CCUS 每個(gè)環(huán)節(jié)的成本下降，爭(zhēng)取在2030年前，將氫能供應(yīng)總成本降低到30日元/Nm3，同時(shí)加大力度研發(fā)低成本的可再生能源制氫技術(shù)。為了保障氫能的供應(yīng)安全，日本正在建立全球性的氫能供應(yīng)鏈，在文萊建設(shè)利用回收油氣田放空的天然氣，通過(guò)蒸汽甲烷重整產(chǎn)生氫氣，再通過(guò)液態(tài)載體運(yùn)回日本再還原的制氫項(xiàng)目，在澳大利亞建設(shè)利用褐煤氣化生產(chǎn)氫氣，再液化運(yùn)回日本的項(xiàng)目。兩個(gè)項(xiàng)目都預(yù)計(jì)在2020年投產(chǎn)。
氫能應(yīng)用方面，日本要將氫能應(yīng)用擴(kuò)展到發(fā)電和家用熱電聯(lián)供系統(tǒng)。在電力方面，日本的目標(biāo)是在2030年建成1GW的裝機(jī)容量，并在2050年，將裝機(jī)容量擴(kuò)展到15-30GW。截止到2019年3月，日本已經(jīng)有27.4萬(wàn)臺(tái)以天然氣作為原料的小型燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)，目標(biāo)是在2020年到達(dá)140萬(wàn)臺(tái)，到2050年達(dá)到530萬(wàn)臺(tái)。
2、日本推動(dòng)“氫能社會(huì)”發(fā)展舉措
為了實(shí)現(xiàn)“氫能社會(huì)”,日本開(kāi)展了氫生產(chǎn)、氫運(yùn)輸和供應(yīng)、氫能利用等一系列示范性項(xiàng)目。氫生產(chǎn)方面，日本在福島建設(shè)了利用可再生能源進(jìn)行堿性電解水制氫的系統(tǒng)，系統(tǒng)裝置具備10MW的制氫能力，為當(dāng)前世界最大規(guī)模，預(yù)計(jì)2019年10月完成建設(shè)并開(kāi)始試運(yùn)行。
附件一提供了日本落實(shí)氫能社會(huì)的詳細(xì)行動(dòng)計(jì)劃。
北京國(guó)際能源專(zhuān)家俱樂(lè)部總裁陳新華博士主持會(huì)議并作了4點(diǎn)總結(jié)：
首先，氫能在能源系統(tǒng)中的未來(lái)不容質(zhì)疑。作為宇宙中最為豐富的元素，氫能來(lái)源豐富，應(yīng)用廣泛，并可實(shí)現(xiàn)零碳排放，具有巨大發(fā)展?jié)摿Α?
第二，氫來(lái)源非常重要。如果考慮碳排放因素，煤炭和天然氣制氫都必須結(jié)合CCUS，而后者在技術(shù)成熟度、經(jīng)濟(jì)性以及民眾接受度方面都存在巨大挑戰(zhàn)?？稍偕茉粗茪涫亲詈玫姆桨?，但目前成本高昂，利用現(xiàn)有棄風(fēng)棄光制氫需要考慮設(shè)備有效運(yùn)營(yíng)時(shí)間所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題。目前看，比較可行的技術(shù)路徑是利用現(xiàn)有的化工氫氣副產(chǎn)品啟動(dòng)氫能的各種應(yīng)用，再開(kāi)發(fā)低成本可再生能源的制氫技術(shù)。
第三，氫能的應(yīng)用將集中在私家車(chē)之外的多個(gè)領(lǐng)域，包括續(xù)航里程長(zhǎng)、需要較大驅(qū)動(dòng)力的物流車(chē)、公交車(chē)、船舶，還有輕載重、高可靠性飛行器（如無(wú)人機(jī)）等交通工具以及供電安全系數(shù)要求高的分布式熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。在量大面廣、行程較短的小汽車(chē)領(lǐng)域，氫能除了在經(jīng)濟(jì)性方面無(wú)法與鋰電池電動(dòng)汽車(chē)競(jìng)爭(zhēng)之外，氫氣泄露帶來(lái)的安全擔(dān)憂(yōu)也會(huì)影響氫能小汽車(chē)的推廣普及。
第四，氫能的發(fā)展需要一條有效運(yùn)轉(zhuǎn)的產(chǎn)業(yè)鏈，更需要一個(gè)互利共贏(yíng)的生態(tài)圈。政府除了提供鼓勵(lì)政策之外，更應(yīng)抓好氫產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)制定。為此，中國(guó)相關(guān)企業(yè)與機(jī)構(gòu)應(yīng)與IEA就氫能發(fā)展的扶持政策加強(qiáng)交流，也應(yīng)該與日本政府及其相關(guān)機(jī)構(gòu)在技術(shù)、政策和標(biāo)準(zhǔn)等方面開(kāi)展合作。
