中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：近些年，“風(fēng)光”資源富集的吉林省，積極進(jìn)行產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)。吉林西部，處于大興安嶺和長(zhǎng)白山脈之間西南氣流通道上，地勢(shì)平坦開(kāi)闊，是我國(guó)東北地區(qū)風(fēng)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(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，截至2024年底，風(fēng)光新能源裝機(jī)達(dá)到2156萬(wàn)千瓦，同比增長(zhǎng)24.77%；新能源裝機(jī)占比提升至45.71%，超越煤電成為省內(nèi)第一大裝機(jī)規(guī)模電源，位列全國(guó)第八位。
然而，吉林的用電負(fù)荷增長(zhǎng)不匹配新能源電力生產(chǎn)能力，探索就地轉(zhuǎn)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(jì)初，綠氫技術(shù)逐漸成熟，但高昂的成本限制了其商業(yè)化應(yīng)用的發(fā)展。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)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(yáng)能、風(fēng)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(guò)程是通過(guò)可再生能源發(fā)電驅(qū)動(dòng)電解水反應(yīng)生成氫氣。由于在這一過(guò)程中碳排放幾乎可以忽略不計(jì)，從而賦予了這種氫氣“零碳”或“無(wú)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(guó)北方氫谷”。吉林省委省政府對(duì)此高度重視，2019年，省級(jí)層面開(kāi)始謀劃探索氫能產(chǎn)業(yè)，打造“中國(guó)北方氫谷”上升為省級(jí)戰(zhàn)略。
2022年，吉林省人民政府發(fā)布《“氫動(dòng)吉林”中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》，提出將發(fā)展氫能作為推動(dòng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要引擎，貫通氫能產(chǎn)業(yè)鏈條，構(gòu)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(diǎn)，打造“中國(guó)北方氫谷”。近兩年的時(shí)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(fēng)光制綠色氫氨醇一體化系列項(xiàng)目破土動(dòng)工。
吉林開(kāi)啟了新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“氫能時(shí)代”。
前期技術(shù)實(shí)驗(yàn)
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(kāi)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(chǔ)、運(yùn)、用、研”各個(gè)環(huán)節(jié)。作為國(guó)家電投在吉二級(jí)單位，吉電股份以火電起家，此前抓住了“風(fēng)光”新能源的機(jī)遇，現(xiàn)在轉(zhuǎn)型到氫能等綠色清潔能源。
目前，長(zhǎng)春有6條常態(tài)化氫能示范線路客車在進(jìn)行日常通勤，運(yùn)營(yíng)已超2年，用氫來(lái)自長(zhǎng)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(zhǎng)春吉電氫能公司負(fù)責(zé)建設(shè)運(yùn)營(yíng)，以水為原料，創(chuàng)新應(yīng)用國(guó)家電投集團(tuán)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的首臺(tái)套“兆瓦級(jí)高性能質(zhì)子交換膜（PEM）電解制氫裝備”，制備高品質(zhì)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?dòng)浾撸茪潆娫床捎萌臻g光伏及夜間谷電供應(yīng)，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(yīng)一體化站制取氫氣，余電供應(yīng)園區(qū)企業(yè)就地消納，整個(gè)過(guò)程達(dá)到零碳排放。
“真正意義上實(shí)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(guò)純化分離、加壓存儲(chǔ)，用加氫機(jī)給氫能大巴加氫后，氫能大巴上路運(yùn)營(yíng)?！弊鳛橥苿?dòng)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要負(fù)責(zé)人，吉電股份氫能產(chǎn)業(yè)中心副主任董武設(shè)計(jì)并見(jiàn)證了項(xiàng)目的諸多重要節(jié)點(diǎn)。
最初，從管理權(quán)限歸屬到技術(shù)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(zhuǎn)換成另外一種形式來(lái)應(yīng)用到國(guó)民生產(chǎn)之中?！彪姷某杀臼顷P(guān)鍵，是能量的根源，如果網(wǎng)電占比大就失去了項(xiàng)目的價(jià)值。而單純的電解水制氫工藝相對(duì)比較清晰，難點(diǎn)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(yīng)，解決兩者之間的矛盾，成為項(xiàng)目的關(guān)鍵。
“盡最大的努力也只能做到柔性可調(diào)。”一體化站設(shè)計(jì)研發(fā)了光伏制氫柔性控制系統(tǒng)，以調(diào)節(jié)PEM制氫中的新能源波動(dòng)。
和PEM制氫方式不同，堿液制氫誕生于大化工的背景，造價(jià)低且符合大化工穩(wěn)定運(yùn)行特點(diǎn)。但堿液制氫也存在負(fù)荷可調(diào)范圍較窄的特點(diǎn)，在波動(dòng)電源下會(huì)導(dǎo)致較高的故障率，引入網(wǎng)電則難以滿足綠色認(rèn)證要求，因而不適應(yīng)綠電轉(zhuǎn)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(zhì)子膜和銥金屬催化劑昂貴等因素，導(dǎo)致質(zhì)子膜（PEM）制氫設(shè)備造價(jià)仍遠(yuǎn)高于堿液（ALK）制氫設(shè)備。當(dāng)電解水制氫進(jìn)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(shí)，前端新能源波動(dòng)和后端化工穩(wěn)定的要求，使得電解水制氫的過(guò)程成為紐帶，吉電股份設(shè)計(jì)研發(fā)的柔性控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)提前預(yù)判發(fā)電量。采用PEM制氫設(shè)備，需要經(jīng)過(guò)多次嚴(yán)格計(jì)算，在中間取得平衡，既降低設(shè)備成本，又滿足綠色認(rèn)證。
“綠氫”規(guī)模化應(yīng)用基地
前期技術(shù)實(shí)驗(yàn)，也需工程化驗(yàn)證。
位于白城大安的吉電風(fēng)光綠氫合成氨一體化示范項(xiàng)目就可以理解為，在進(jìn)行PEM的工程化驗(yàn)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)?；_(kāi)發(fā)提供了足夠的用地資源。
三一重能單機(jī)15兆瓦、葉輪直徑270米風(fēng)電機(jī)組在白城通榆成功吊裝，一舉刷新已吊裝陸上機(jī)組最大單機(jī)容量和最大葉輪直徑兩項(xiàng)全球紀(jì)錄。
現(xiàn)階段氫能的發(fā)展仍面臨儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)等關(guān)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(shí)也是天然的儲(chǔ)氫介質(zhì)。此外，氨也具備能量密度高、易液化儲(chǔ)運(yùn)、安全性高等優(yōu)勢(shì)。因此，以氨作為氫能載體的研究成為熱點(diǎn)，氫氨互補(bǔ)的綠色能源產(chǎn)業(yè)也正在加速布局。
在白城大安，預(yù)算投資近60億元的合成氨項(xiàng)目正在建設(shè)中，投產(chǎn)后預(yù)計(jì)年制綠氫可達(dá)3.2萬(wàn)噸、年制綠氨達(dá)18萬(wàn)噸、年減碳排放約65萬(wàn)噸、節(jié)約標(biāo)煤23萬(wàn)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(zhuǎn)換方式。在不影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，把能量利用起來(lái)，目前看，制氫是最簡(jiǎn)單也最可能實(shí)現(xiàn)的方式。
氫氣的生成和反應(yīng)干凈，反應(yīng)后只有水，壓縮后燃燒能量熱值高，因此大家會(huì)聚焦在氫能上做文章。“氫能大家肉眼可見(jiàn)知道是好東西，如何用好，還在探索，尋找最優(yōu)解法?！?/span>
綠氫的經(jīng)濟(jì)性與電解水制氫成本及消納儲(chǔ)運(yùn)成本等密切相關(guān)。目前由于前期投資成本大和氫脆等技術(shù)難點(diǎn)的原因，國(guó)內(nèi)在役純氫管道總里程低。氫氣的儲(chǔ)存需要高壓，且目前經(jīng)濟(jì)運(yùn)輸半徑小，為更好發(fā)揮氫能特性，項(xiàng)目大多探索就地制取綠氨和綠色甲醇進(jìn)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(xiàng)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(lái)源。
“新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，一定會(huì)經(jīng)過(guò)這樣一個(gè)過(guò)程，先試水的人會(huì)吃很多苦，栽很多跟頭。到這一步時(shí)，就更受到業(yè)內(nèi)專家和院所的質(zhì)疑。因?yàn)榛ば袠I(yè)已經(jīng)沒(méi)有18萬(wàn)噸液氨這樣的小規(guī)模，主要是經(jīng)濟(jì)性的問(wèn)題。”董武說(shuō)。大安綠電轉(zhuǎn)化項(xiàng)目建完之后，主要為風(fēng)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?dú)夥蛛x出來(lái)，用來(lái)合成氨，幾乎不產(chǎn)生廢氣廢液廢渣，對(duì)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(shì)。
當(dāng)時(shí)與很多化工、電氣領(lǐng)域的專家就建設(shè)方案，開(kāi)展過(guò)多次研討會(huì)，討論方案的可能性，提出改進(jìn)意見(jiàn)。技術(shù)難點(diǎn)在于大規(guī)模的電解水制氫，電解過(guò)程以堿液加PEM適應(yīng)新能源的波動(dòng)性。水通過(guò)電解槽分離裝置制出氫氣，經(jīng)純化去掉水分和微量的氧?？諝庵刑崛〕龅牡?dú)饧与娊馑瞥龅臍錃猓瑲涞?:1比例高溫高壓下混合，在合成塔里轉(zhuǎn)化形成氨（NH3），后經(jīng)過(guò)壓縮冷卻變成液氨儲(chǔ)存到儲(chǔ)氨罐。剩下的氣量重新循環(huán)，定期補(bǔ)充氫氣和氮?dú)猓３謮毫囟?，就能在催化劑作用下持續(xù)生成氨氣。
示范項(xiàng)目的背后，離不開(kāi)政府和各主要相關(guān)部門的支持，而自然條件也是不可或缺的。需要有C級(jí)及以上的化工園區(qū)；因?yàn)槌杀镜募s束，化工園區(qū)附近需要好的風(fēng)光資源、水資源；交通相對(duì)便利。
如果做甲醇，考慮碳的來(lái)源還需要具備生物質(zhì)資源，綠色認(rèn)證下生物質(zhì)資源以秸稈為主。
綠氨項(xiàng)目確定后，馬士基與吉電股份取得聯(lián)系，詢問(wèn)能否做綠色甲醇，在此契機(jī)下吉電股份進(jìn)一步醞釀研究開(kāi)發(fā)綠色甲醇項(xiàng)目。此后，與中遠(yuǎn)海運(yùn)也建立了聯(lián)系，在綠色甲醇的使用上達(dá)成合作，助推航運(yùn)業(yè)的綠色降碳應(yīng)用方面在國(guó)際上能夠擁有話語(yǔ)權(quán)。
匹配上游新能源波動(dòng)的不同方式
近日，全球最大綠色氫氨醇一體化項(xiàng)目——中能建松原氫能產(chǎn)業(yè)園迎來(lái)了項(xiàng)目建設(shè)的重要里程碑，其核心裝置之一的合成氨工段關(guān)鍵設(shè)備順利完成吊裝。
與吉電股份的大安項(xiàng)目不同，中能建松原氫能產(chǎn)業(yè)園（綠色氫氨醇一體化）項(xiàng)目在匹配上游新能源的波動(dòng)上，選擇了另外一種方式。
2020年，中國(guó)能建在企業(yè)自身節(jié)能降碳和轉(zhuǎn)型發(fā)展的需求下，將綜合儲(chǔ)能和一體化氫能作為兩個(gè)發(fā)展支撐點(diǎn)。中能建松原氫能產(chǎn)業(yè)園（綠色氫氨醇一體化）項(xiàng)目通過(guò)一體化控制系統(tǒng)，提前預(yù)判并適應(yīng)新能源發(fā)電的波動(dòng)，做到化工柔性負(fù)荷“荷隨源動(dòng)”。通過(guò)64臺(tái)一千方的電解槽，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模群控技術(shù)的優(yōu)化，分組啟停和控制，提升堿性的動(dòng)態(tài)響應(yīng)效率。將穩(wěn)定和波動(dòng)有機(jī)結(jié)合，以群控技術(shù)、一體化控制技術(shù)的設(shè)計(jì)方案為核心。
除了新能源消納的現(xiàn)實(shí)需求，央國(guó)企紛紛布局的背后，也是市場(chǎng)的潛力驅(qū)動(dòng)。
氫能的發(fā)展較早，一直以來(lái)都是世界各國(guó)清潔能源戰(zhàn)略發(fā)展的重中之重。如今，全球航運(yùn)業(yè)面臨緊迫的脫碳?jí)毫?，馬士基和中遠(yuǎn)海運(yùn)等船企在建造天然氣和綠色甲醇的雙燃料動(dòng)力船舶，打造新能源動(dòng)力船隊(duì)。而氨氣，本身就是重要的氮素肥料，同時(shí)氨作為重要的無(wú)機(jī)化工或有機(jī)化工的基礎(chǔ)原料，廣泛用于生產(chǎn)“工業(yè)氨”。隨著氨氣能源屬性的開(kāi)發(fā)，伴隨著綠色合成氨技術(shù)以及各類氨燃料技術(shù)的發(fā)展和成熟，氨能的應(yīng)用場(chǎng)景也將不斷拓展豐富。
上海電氣洮南市風(fēng)電耦合生物質(zhì)綠色甲醇一體化示范項(xiàng)目正加速推進(jìn)生產(chǎn)進(jìn)度，預(yù)計(jì)近期可進(jìn)行試生產(chǎn)。
上下游
吉林省也積極探索氫能在交通等領(lǐng)域的應(yīng)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(zhǎng)客股份公司自主研制的全國(guó)首列氫能源市域列車在長(zhǎng)春順利完成運(yùn)行試驗(yàn)。
近五年，儲(chǔ)氫氣瓶、電解槽等上下游的服務(wù)廠商或相關(guān)技術(shù)研究機(jī)構(gòu)，雨后春筍一般涌現(xiàn)。
位于白城洮南的致遠(yuǎn)氫能就是這樣一家企業(yè)，主要經(jīng)營(yíng)項(xiàng)目為車用儲(chǔ)氫氣瓶，配套于各大主機(jī)廠及電堆廠家。公司負(fù)責(zé)人告訴澎湃新聞?dòng)浾?，產(chǎn)品研發(fā)從理論計(jì)算到分析設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝?yán)萌S仿真技術(shù)模擬加工，技術(shù)團(tuán)隊(duì)為產(chǎn)品先進(jìn)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(yán)格控制產(chǎn)品成型、加工精度，以毫米級(jí)進(jìn)行產(chǎn)品定義。自主設(shè)計(jì)的自動(dòng)化生產(chǎn)線，關(guān)鍵工序采用大負(fù)載機(jī)器人配合關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)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(zhuǎn)換設(shè)備，是可再生能源電解水制氫技術(shù)的關(guān)鍵裝備，滿足大規(guī)模工程應(yīng)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(tái)1000標(biāo)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(shì)良好，然而當(dāng)前，依然面臨不少挑戰(zhàn)。
董武認(rèn)為，綠色產(chǎn)品的綠色價(jià)值如果體現(xiàn)不出來(lái)，和化石能源產(chǎn)品去拼市場(chǎng)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(guó)對(duì)綠氫綠氨等的認(rèn)證還沒(méi)有全球認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。“如果能把綠色認(rèn)證的綠色價(jià)值完全體現(xiàn)出來(lái)，項(xiàng)目將會(huì)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(jià)值要有所體現(xiàn)，另一方面也需要國(guó)家政策方面的支持。比如政策在一些應(yīng)用場(chǎng)景的區(qū)別，綠氨和灰氨，購(gòu)買的時(shí)候要有比較明確的機(jī)制把這兩者區(qū)分出來(lái)。對(duì)于冶金等高耗能高排碳的企業(yè)，每年要用的綠色能源進(jìn)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?shí)質(zhì)上現(xiàn)在比較難，企業(yè)還面臨現(xiàn)實(shí)的生存挑戰(zhàn)?！?/span>
此外，法律法規(guī)及相應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施還需要進(jìn)一步完善?！叭绻骖櫚踩c發(fā)展，可以作為燃料管理，但目前國(guó)家沒(méi)有明確的實(shí)施方案?！?/span>
而從氫能在交通等領(lǐng)域的應(yīng)用來(lái)看，推廣不及預(yù)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(yùn)營(yíng)2年。“監(jiān)控安全系統(tǒng)甚至比燃油車更好些。放了探測(cè)氫氣泄漏壓力的傳感報(bào)警及自動(dòng)滅火裝置。敏感值設(shè)置得非常保守?！睆耐茝V看，目前還未大規(guī)模打開(kāi)，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(kāi)，可能會(huì)形成不良的循環(huán)?！倍湔f(shuō)。
