中國儲能網(wǎng)訊：近些年，“風光”資源富集的吉林省，積極進行產(chǎn)業(yè)轉型升級、優(yōu)化能源結構。吉林西部，處于大興安嶺和長白山脈之間西南氣流通道上，地勢平坦開闊，是我國東北地區(qū)風力資源最為富集的地區(qū)之一。發(fā)展新能源，吉林有著得天獨厚的優(yōu)勢，截至2024年底，風光新能源裝機達到2156萬千瓦，同比增長24.77%；新能源裝機占比提升至45.71%，超越煤電成為省內(nèi)第一大裝機規(guī)模電源，位列全國第八位。
然而，吉林的用電負荷增長不匹配新能源電力生產(chǎn)能力，探索就地轉化為綠氫、綠氨、綠色甲醇等清潔能源，成為消納富余電能的路徑。
21世紀初，綠氫技術逐漸成熟，但高昂的成本限制了其商業(yè)化應用的發(fā)展。隨著技術的不斷進步和成本的降低，綠氫行業(yè)逐漸嶄露頭角。綠氫，是指采用太陽能、風能、核能等可再生清潔能源途徑生產(chǎn)的氫氣，其典型制備過程是通過可再生能源發(fā)電驅動電解水反應生成氫氣。由于在這一過程中碳排放幾乎可以忽略不計，從而賦予了這種氫氣“零碳”或“無碳”的特性。
從2018年4月起，吉林省白城市謀劃利用可再生能源制氫，發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)，打造“中國北方氫谷”。吉林省委省政府對此高度重視，2019年，省級層面開始謀劃探索氫能產(chǎn)業(yè)，打造“中國北方氫谷”上升為省級戰(zhàn)略。
2022年，吉林省人民政府發(fā)布《“氫動吉林”中長期發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》，提出將發(fā)展氫能作為推動產(chǎn)業(yè)轉型升級、促進能源結構調整的重要引擎，貫通氫能產(chǎn)業(yè)鏈條，構建新型產(chǎn)業(yè)生態(tài)，搶占綠色氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展新賽道制高點，打造“中國北方氫谷”。近兩年的時間里，《支持氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干政策措施（試行）》等氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展舉措陸續(xù)發(fā)布，為氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了政策保障和支持。在此背景下，近幾年，吉林省風光制綠色氫氨醇一體化系列項目破土動工。
吉林開啟了新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“氫能時代”。
前期技術實驗
先行者在前探路。
吉電股份（000875.SZ）是吉林省最早深耕氫能產(chǎn)業(yè)的中央能源企業(yè)。2019年吉林省開始謀劃探索氫能產(chǎn)業(yè)，隨即，吉電股份全方位布局氫能產(chǎn)業(yè)，以新能源制氫為發(fā)展方向，聚焦“制、儲、運、用、研”各個環(huán)節(jié)。作為國家電投在吉二級單位，吉電股份以火電起家，此前抓住了“風光”新能源的機遇，現(xiàn)在轉型到氫能等綠色清潔能源。
目前，長春有6條常態(tài)化氫能示范線路客車在進行日常通勤，運營已超2年，用氫來自長春市唯一氫源母站——中韓示范區(qū)制氫加氫一體化站。由吉電股份長春吉電氫能公司負責建設運營，以水為原料，創(chuàng)新應用國家電投集團自主知識產(chǎn)權的首臺套“兆瓦級高性能質子交換膜（PEM）電解制氫裝備”，制備高品質高純度氫氣產(chǎn)品。
吉電氫能公司副總工程師鄧欣告訴澎湃新聞記者，制氫電源采用日間光伏及夜間谷電供應，分布在示范區(qū)智能裝備產(chǎn)業(yè)園廠房屋頂上的光伏發(fā)電優(yōu)先供應一體化站制取氫氣，余電供應園區(qū)企業(yè)就地消納，整個過程達到零碳排放。
“真正意義上實現(xiàn)了小規(guī)模的綠色制氫全產(chǎn)業(yè)鏈條——光伏發(fā)電，電解水制出綠氫，經(jīng)過純化分離、加壓存儲，用加氫機給氫能大巴加氫后，氫能大巴上路運營。”作為推動氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要負責人，吉電股份氫能產(chǎn)業(yè)中心副主任董武設計并見證了項目的諸多重要節(jié)點。
最初，從管理權限歸屬到技術探索，都是磕磕碰碰。
“宗旨是充分利用不能上網(wǎng)的新能源發(fā)電，要把它的能量轉換成另外一種形式來應用到國民生產(chǎn)之中?！彪姷某杀臼顷P鍵，是能量的根源，如果網(wǎng)電占比大就失去了項目的價值。而單純的電解水制氫工藝相對比較清晰，難點在于前端新能源發(fā)電不穩(wěn)定，傳統(tǒng)電解水制氫又需要比較穩(wěn)定的電源供應，解決兩者之間的矛盾，成為項目的關鍵。
“盡最大的努力也只能做到柔性可調。”一體化站設計研發(fā)了光伏制氫柔性控制系統(tǒng)，以調節(jié)PEM制氫中的新能源波動。
和PEM制氫方式不同，堿液制氫誕生于大化工的背景，造價低且符合大化工穩(wěn)定運行特點。但堿液制氫也存在負荷可調范圍較窄的特點，在波動電源下會導致較高的故障率，引入網(wǎng)電則難以滿足綠色認證要求，因而不適應綠電轉化的需求。
PEM制氫方式則可以隨啟隨停，但由于單槽容量低、質子膜和銥金屬催化劑昂貴等因素，導致質子膜（PEM）制氫設備造價仍遠高于堿液（ALK）制氫設備。當電解水制氫進一步延伸至下游綠氨、綠色甲醇等綠色氫基能源產(chǎn)業(yè)時，前端新能源波動和后端化工穩(wěn)定的要求，使得電解水制氫的過程成為紐帶，吉電股份設計研發(fā)的柔性控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)提前預判發(fā)電量。采用PEM制氫設備，需要經(jīng)過多次嚴格計算，在中間取得平衡，既降低設備成本，又滿足綠色認證。
“綠氫”規(guī)?；瘧没?/strong>
前期技術實驗，也需工程化驗證。
位于白城大安的吉電風光綠氫合成氨一體化示范項目就可以理解為，在進行PEM的工程化驗證。
白城地處松嫩平原西部，土地廣袤平坦，歷史上形成的大片鹽堿地、荒地和未利用地為新能源規(guī)模化開發(fā)提供了足夠的用地資源。
三一重能單機15兆瓦、葉輪直徑270米風電機組在白城通榆成功吊裝，一舉刷新已吊裝陸上機組最大單機容量和最大葉輪直徑兩項全球紀錄。
現(xiàn)階段氫能的發(fā)展仍面臨儲運技術等關鍵性挑戰(zhàn)。氨是現(xiàn)代工業(yè)及農(nóng)業(yè)化肥的重要化工原料，也可以作為燃料，同時也是天然的儲氫介質。此外，氨也具備能量密度高、易液化儲運、安全性高等優(yōu)勢。因此，以氨作為氫能載體的研究成為熱點，氫氨互補的綠色能源產(chǎn)業(yè)也正在加速布局。
在白城大安，預算投資近60億元的合成氨項目正在建設中，投產(chǎn)后預計年制綠氫可達3.2萬噸、年制綠氨達18萬噸、年減碳排放約65萬噸、節(jié)約標煤23萬噸。
從企業(yè)的角度，這也是電力行業(yè)在新能源發(fā)電上網(wǎng)遇到瓶頸之后，采取的能源轉換方式。在不影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的情況下，把能量利用起來，目前看，制氫是最簡單也最可能實現(xiàn)的方式。
氫氣的生成和反應干凈，反應后只有水，壓縮后燃燒能量熱值高，因此大家會聚焦在氫能上做文章?！皻淠艽蠹胰庋劭梢娭朗呛脰|西，如何用好，還在探索，尋找最優(yōu)解法?！?/span>
綠氫的經(jīng)濟性與電解水制氫成本及消納儲運成本等密切相關。目前由于前期投資成本大和氫脆等技術難點的原因，國內(nèi)在役純氫管道總里程低。氫氣的儲存需要高壓，且目前經(jīng)濟運輸半徑小，為更好發(fā)揮氫能特性，項目大多探索就地制取綠氨和綠色甲醇進行消納。因此中韓示范區(qū)制氫加氫一體化站做完科研之后，大安項目就在醞釀之中。與傳統(tǒng)化石能源方式相比，綠氨在工藝上，空分制氮、合成環(huán)節(jié)相差不大，區(qū)別在于氫的來源。
“新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，一定會經(jīng)過這樣一個過程，先試水的人會吃很多苦，栽很多跟頭。到這一步時，就更受到業(yè)內(nèi)專家和院所的質疑。因為化工行業(yè)已經(jīng)沒有18萬噸液氨這樣的小規(guī)模，主要是經(jīng)濟性的問題?！倍湔f。大安綠電轉化項目建完之后，主要為風光水電氣五要素，生產(chǎn)原料即水和空氣，屬于大自然。將空氣中的氮氣分離出來，用來合成氨，幾乎不產(chǎn)生廢氣廢液廢渣，對環(huán)境友好。因此盡管規(guī)模小，也有化石能源作為原料的化工方式所不可比擬的優(yōu)勢。
當時與很多化工、電氣領域的專家就建設方案，開展過多次研討會，討論方案的可能性，提出改進意見。技術難點在于大規(guī)模的電解水制氫，電解過程以堿液加PEM適應新能源的波動性。水通過電解槽分離裝置制出氫氣，經(jīng)純化去掉水分和微量的氧。空氣中提取出的氮氣加電解水制出的氫氣，氫氮以3:1比例高溫高壓下混合，在合成塔里轉化形成氨（NH3），后經(jīng)過壓縮冷卻變成液氨儲存到儲氨罐。剩下的氣量重新循環(huán)，定期補充氫氣和氮氣，保持壓力溫度，就能在催化劑作用下持續(xù)生成氨氣。
示范項目的背后，離不開政府和各主要相關部門的支持，而自然條件也是不可或缺的。需要有C級及以上的化工園區(qū)；因為成本的約束，化工園區(qū)附近需要好的風光資源、水資源；交通相對便利。
如果做甲醇，考慮碳的來源還需要具備生物質資源，綠色認證下生物質資源以秸稈為主。
綠氨項目確定后，馬士基與吉電股份取得聯(lián)系，詢問能否做綠色甲醇，在此契機下吉電股份進一步醞釀研究開發(fā)綠色甲醇項目。此后，與中遠海運也建立了聯(lián)系，在綠色甲醇的使用上達成合作，助推航運業(yè)的綠色降碳應用方面在國際上能夠擁有話語權。
匹配上游新能源波動的不同方式
近日，全球最大綠色氫氨醇一體化項目——中能建松原氫能產(chǎn)業(yè)園迎來了項目建設的重要里程碑，其核心裝置之一的合成氨工段關鍵設備順利完成吊裝。
與吉電股份的大安項目不同，中能建松原氫能產(chǎn)業(yè)園（綠色氫氨醇一體化）項目在匹配上游新能源的波動上，選擇了另外一種方式。
2020年，中國能建在企業(yè)自身節(jié)能降碳和轉型發(fā)展的需求下，將綜合儲能和一體化氫能作為兩個發(fā)展支撐點。中能建松原氫能產(chǎn)業(yè)園（綠色氫氨醇一體化）項目通過一體化控制系統(tǒng)，提前預判并適應新能源發(fā)電的波動，做到化工柔性負荷“荷隨源動”。通過64臺一千方的電解槽，實現(xiàn)大規(guī)模群控技術的優(yōu)化，分組啟停和控制，提升堿性的動態(tài)響應效率。將穩(wěn)定和波動有機結合，以群控技術、一體化控制技術的設計方案為核心。
除了新能源消納的現(xiàn)實需求，央國企紛紛布局的背后，也是市場的潛力驅動。
氫能的發(fā)展較早，一直以來都是世界各國清潔能源戰(zhàn)略發(fā)展的重中之重。如今，全球航運業(yè)面臨緊迫的脫碳壓力，馬士基和中遠海運等船企在建造天然氣和綠色甲醇的雙燃料動力船舶，打造新能源動力船隊。而氨氣，本身就是重要的氮素肥料，同時氨作為重要的無機化工或有機化工的基礎原料，廣泛用于生產(chǎn)“工業(yè)氨”。隨著氨氣能源屬性的開發(fā)，伴隨著綠色合成氨技術以及各類氨燃料技術的發(fā)展和成熟，氨能的應用場景也將不斷拓展豐富。
上海電氣洮南市風電耦合生物質綠色甲醇一體化示范項目正加速推進生產(chǎn)進度，預計近期可進行試生產(chǎn)。
上下游
吉林省也積極探索氫能在交通等領域的應用。除已有的氫能公交、一汽產(chǎn)出的氫能卡車之外，去年3月，由中車長客股份公司自主研制的全國首列氫能源市域列車在長春順利完成運行試驗。
近五年，儲氫氣瓶、電解槽等上下游的服務廠商或相關技術研究機構，雨后春筍一般涌現(xiàn)。
位于白城洮南的致遠氫能就是這樣一家企業(yè)，主要經(jīng)營項目為車用儲氫氣瓶，配套于各大主機廠及電堆廠家。公司負責人告訴澎湃新聞記者，產(chǎn)品研發(fā)從理論計算到分析設計、生產(chǎn)工藝利用三維仿真技術模擬加工，技術團隊為產(chǎn)品先進性付出大量心血。尤其在產(chǎn)品內(nèi)膽和纖維纏繞的加工上，為嚴格控制產(chǎn)品成型、加工精度，以毫米級進行產(chǎn)品定義。自主設計的自動化生產(chǎn)線，關鍵工序采用大負載機器人配合關鍵設備進行智能制造，提高生產(chǎn)工作的加工精度和產(chǎn)能。
而電解槽作為一種電氣轉換設備，是可再生能源電解水制氫技術的關鍵裝備，滿足大規(guī)模工程應用，近些年也涌現(xiàn)諸多生產(chǎn)廠家。如2023年12月6日，堯景新能源（吉林）有限公司首臺1000標方堿性水電解槽產(chǎn)品下線，為洮南打造新能源裝備制造產(chǎn)業(yè)集群提供了重要支撐。
挑戰(zhàn)
“北方氫谷”氫能發(fā)展態(tài)勢良好，然而當前，依然面臨不少挑戰(zhàn)。
董武認為，綠色產(chǎn)品的綠色價值如果體現(xiàn)不出來，和化石能源產(chǎn)品去拼市場的話，拼不贏。比如，與灰氨相比，綠氨的成本更高。而現(xiàn)在歐美及中國對綠氫綠氨等的認證還沒有全球認可的標準規(guī)范。“如果能把綠色認證的綠色價值完全體現(xiàn)出來，項目將會井噴式地發(fā)展。但現(xiàn)在還做不到?！?/span>
他建議，一方面綠色價值要有所體現(xiàn)，另一方面也需要國家政策方面的支持。比如政策在一些應用場景的區(qū)別，綠氨和灰氨，購買的時候要有比較明確的機制把這兩者區(qū)分出來。對于冶金等高耗能高排碳的企業(yè)，每年要用的綠色能源進行明確的規(guī)定，比如規(guī)定一年必須降多少碳、含多少綠色燃料才能生產(chǎn)?！暗珜嵸|上現(xiàn)在比較難，企業(yè)還面臨現(xiàn)實的生存挑戰(zhàn)。”
此外，法律法規(guī)及相應基礎設施還需要進一步完善。“如果兼顧安全與發(fā)展，可以作為燃料管理，但目前國家沒有明確的實施方案。”
而從氫能在交通等領域的應用來看，推廣不及預期。
安全性方面，中韓示范區(qū)制氫加氫一體化站的氫能車已安全運營2年?！氨O(jiān)控安全系統(tǒng)甚至比燃油車更好些。放了探測氫氣泄漏壓力的傳感報警及自動滅火裝置。敏感值設置得非常保守?！睆耐茝V看，目前還未大規(guī)模打開，還是以示范為主。
“氫能車用的人少，生產(chǎn)成本就高，如果不能大面積打開，可能會形成不良的循環(huán)?！倍湔f。
