中國儲能網訊：作者 張建紅 中國國際工程咨詢有限公司高級工程師
宿宇 中國國際工程咨詢有限公司工程師
氫能是一種來源豐富、綠色低碳、應用廣泛的二次能源，正逐步成為全球能源轉型發(fā)展的重要載體之一，對助力實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標，深入推進能源生產和消費革命，構建清潔低碳、安全高效的能源體系具有重要意義。氫能被國際社會譽為21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉矗驓淠馨l(fā)展正步入快速產業(yè)化階段。美國、日本等發(fā)達國家紛紛將氫能上升為國家戰(zhàn)略，搶占產業(yè)發(fā)展先機和制高點。綜觀世界，有超過30個國家和地區(qū)已制定或正在制定氫能發(fā)展路線圖。
中國是世界上最大的制氫國，年制氫產量約3300萬噸，其中達到工業(yè)氫氣質量標準的約1200萬噸。近年來，中國相關部委和地方政府已出臺近200個政策文件推動氫能在能源轉型、科技創(chuàng)新、“雙碳”行動等方面發(fā)揮更大作用，尤其是燃料電池汽車示范應用在北京、上海、廣東、河南和河北5大城市群的開展，直接推動了氫能的產業(yè)化發(fā)展。不久前，國家發(fā)展改革委與國家能源局聯(lián)合印發(fā)《氫能產業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021-2035年)》，首次對中國氫能產業(yè)進行中長期規(guī)劃，氫能產業(yè)迎來重大發(fā)展機遇。
總體而言，中國氫能產業(yè)呈現(xiàn)積極發(fā)展態(tài)勢，已初步掌握氫能制備、儲運、加氫、燃料電池和系統(tǒng)集成等主要技術和生產工藝，在部分區(qū)域實現(xiàn)燃料電池汽車小規(guī)模示范應用。目前，中國氫能產業(yè)已初步形成“東、西、南、北、中”五大發(fā)展區(qū)域。全產業(yè)鏈規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)超過300家，集中分布在長三角、粵港澳大灣區(qū)、京津冀等區(qū)域。氫燃料電池汽車已成為各地政府布局汽車產業(yè)的又一“大招”。
但不可否認的是，在燃料電池汽車推廣如火如荼的同時，中國氫能產業(yè)仍然處于發(fā)展初期，面臨產業(yè)創(chuàng)新能力不強、技術裝備水平不高、支撐產業(yè)發(fā)展的基礎性制度滯后等諸多挑戰(zhàn)；尤其是應用方面，加氫站相對稀少、建設較為滯后等問題進一步凸顯。
中國氫能產業(yè)發(fā)展仍存瓶頸
氫能在制取、儲運、應用三個環(huán)節(jié)上，仍然存在諸多障礙。
制取環(huán)節(jié)綠色度低。目前中國氫氣產量中主要是化石能源制氫、工業(yè)副產氫等，用于生產化工產品。化石能源制氫碳排放量很高，平均制取每公斤氫氣會排放10~30公斤二氧化碳。可再生能源電解制綠氫成本高、轉換效率低，目前還處于起步階段；藍氫需要等待副產制氫設備、CCUS技術的普及；而灰氫由于純度低，更多利用在工業(yè)領域。
儲運環(huán)節(jié)容量小成本高。中國氫能產業(yè)發(fā)展亟待攻克大容量、低成本的儲運技術。目前最成熟的仍然是高壓氣態(tài)儲運，也就是冬奧會火炬應用的方式；但其缺點非常明顯，儲氫密度較低，運輸半徑短，危險性較高。低溫液氫儲運，能量密度大、體積密度大、加注時間短；但液化過程能耗高，對儲氫容器的絕熱要求高，技術難度大，一次性投資成本高。而有機液態(tài)儲運和固態(tài)儲運，更多在于儲運材料的突破，這也將經歷較長時期的驗證過程。中國氫能示范應用將主要圍繞工業(yè)副產氫和可再生能源制氫項目附近小于200公里布局，氫能儲運以高壓氣態(tài)方式為主。
應用場景有待拓寬。氫能燃料電池產業(yè)是電池產業(yè)中具有戰(zhàn)略性、前瞻性的一項綠色儲能技術，代表著未來新能源的發(fā)展方向。中國作為全球最大的重卡市場，是最有可能支撐氫能重卡發(fā)展的國家之一。數據顯示，2020年國內重型卡車產量298萬輛，全球占比達68.3%。目前，燃料電池系統(tǒng)性能已基本滿足商業(yè)化需求，但大規(guī)模商業(yè)化應用依然受經濟性及實用性制約。當前新能源車還是以純電和混動為主，氫能車的空間并不大。2021年，全球主要國家氫能車銷量雖然比2020年大幅增長68%，但實際數量只有16300多臺。主要是因為氫能車產業(yè)化仍然偏弱，市場上還沒有典型爆款，難以改變人們對于新能源車等于電動車的固化觀念。尤其是根據到2025年，五地燃料電池汽車示范推廣規(guī)模超過3萬輛的目標規(guī)劃來看，加氫站作為氫能產業(yè)重要的基礎設施，建設仍較滯后，嚴重制約氫能產業(yè)化發(fā)展。
打造完整氫能產業(yè)鏈的相關建議
打造完整的氫能產業(yè)鏈，才能催生中國氫能經濟的規(guī)模發(fā)展，推動氫能產業(yè)行穩(wěn)致遠。
一是系統(tǒng)推進氫能全產業(yè)鏈的發(fā)展。要統(tǒng)籌規(guī)劃，充分利用現(xiàn)有資源和條件，構建完整的氫能制取—儲運—加注—應用產業(yè)鏈。打造全產業(yè)鏈發(fā)展模式，才能使性能穩(wěn)定，成本大幅度降低。值得注意的是，從國際經驗來看，氫能產業(yè)初期基本上都是走基礎設施優(yōu)先的道路。因此，當前加氫站等基礎設施建設先行，是中國氫燃料電池汽車推廣普及的關鍵所在。為防止一哄而上造車或建設加氫站，應統(tǒng)籌規(guī)劃氫燃料電池車發(fā)展和加氫站布局，“以需定站，以站定車”，以加氫站建設引導氫燃料電池車的消費。
二是加快氫能技術攻關力度。氫能產業(yè)技術含量較高，要盡快構建氫能技術研發(fā)體系，特別是要突破一批關鍵性技術瓶頸，包括電解水制綠氫生產中的質子交換膜水電解(PEM)、固體氧化物水電解(SOE)、堿性陰離子交換膜電解(AEM)、催化劑、低能耗氫氣液化技術、絕熱儲氫容器、新型有機儲氫介質、高吸附性能固體儲氫材料、氫氣管道、燃料電池技術、電堆技術、安全檢測技術等，形成覆蓋全產業(yè)鏈的標準體系和基礎性制度。如，在加氫站建設方面，應盡快修訂加氫站建設國家標準，出臺運營管理辦法，加快立法立規(guī)，從法律制度上明確氫氣的能源屬性，在按危險化學品管理的基礎上，更好地以能源形式予以管理，明確加氫站的管理職能和監(jiān)管機構、管理辦法。
三是開發(fā)各種應用場景。氫能拓展到冶金、化工、交通、電力等領域，才能充分發(fā)揮氫能在能源綠色低碳轉型和高排放、高污染行業(yè)綠色發(fā)展中的重要支撐作用，其所帶來的氫氣需求是一個非常廣闊的市場。探索在氫能應用規(guī)模較大的地區(qū)設立制氫基地，將產品生產靠近市場，經濟上更合理。儲能是氫能的又一大應用場景?？稍偕茉粗茪淇梢哉{節(jié)電網負荷和儲能，減少棄水、棄風、棄光。目前，中國能源行業(yè)積極投資可再生能源制氫，例如四川水電制氫、新疆光伏制氫、內蒙古風電制氫等，為規(guī)?；a清潔低碳氫能奠定了良好產業(yè)基礎。應逐步提高加氫“綠色度”，減少氫能碳足跡。
四是加強全鏈條安全風險防控體系建設。安全是氫能產業(yè)發(fā)展的生命線。雖然“氫能是未來國家能源體系的重要組成部分”賦予了氫氣的能源屬性，但并未否認其危險化學品的本質。建議可適當簡化加氫站建設審批流程，但運營過程仍按照危險化學品進行管理。建立以應急平臺為核心的氫能安全生產應急管理體系和氫能全產業(yè)鏈安全監(jiān)控平臺，完善氫能產品標準、檢測、認證體系。
五是加大氫能知識的科普宣傳。由于氫氣作為能源使用時間尚短，關于氫安全的宣傳仍不到位，社會對氫的使用安全性尚未建立信任。有必要加大氫能知識的科普宣傳，更加積極地宣傳未來氫社會的藍圖和價值，營造良好的安全用氫氛圍，加快氫能進入居民能源消費終端，發(fā)揮氫能對碳達峰、碳中和目標的支撐作用。(中新經緯APP)
