文 | 王振華 薛方明
供職于中國(guó)華電集團(tuán)有限公司
氫能以其清潔、零排放、高熱量等自身優(yōu)勢(shì),正在獲得國(guó)內(nèi)外廣泛認(rèn)可,發(fā)展氫能具有增加產(chǎn)值,創(chuàng)造就業(yè),減少環(huán)境污染,改善能源供應(yīng)渠道等諸多優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)世界氫能委員會(huì)的預(yù)測(cè),根據(jù)國(guó)際氫能委員會(huì)(HydrogenCouncil)預(yù)測(cè),到2050年,氫能將創(chuàng)造3000萬(wàn)個(gè)工作崗位,減少60億噸二氧化碳排放,創(chuàng)造2.5萬(wàn)億美元產(chǎn)值,在全球能源中所占比重有望達(dá)到18%。
面對(duì)巨大的市場(chǎng)前景,氫能已經(jīng)成為備受關(guān)注的新能源發(fā)展熱點(diǎn)氫能產(chǎn)業(yè)鏈包括制氫、儲(chǔ)運(yùn)氫和氫能應(yīng)用。制氫方面,有傳統(tǒng)能源的化石原料、化工原料制氫、工業(yè)副產(chǎn)氣制氫,水電解制氫等;儲(chǔ)運(yùn)方面,包括液態(tài)、氣態(tài)、固體、有機(jī)液態(tài)等儲(chǔ)運(yùn)方式;應(yīng)用方面,氫氣應(yīng)用可以滲透到傳統(tǒng)能源的各個(gè)方面,包括化工、電子、冶金、能源、宇航、交通等領(lǐng)域,涵蓋材料學(xué)、化學(xué)、電子、機(jī)械等多學(xué)科的綜合、交叉與滲透技術(shù),產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)且復(fù)雜。
氫能產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)政策
近年來(lái),氫能產(chǎn)業(yè)在我國(guó)獲得了前所未有的關(guān)注,中國(guó)政府對(duì)發(fā)展氫能持積極態(tài)度,已在多項(xiàng)產(chǎn)業(yè)政策中明確提出要支持氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2019年3月,氫能源首次寫(xiě)入《政府工作報(bào)告》,明確將推動(dòng)加氫站等設(shè)施建設(shè)。2019年底,《能源統(tǒng)計(jì)報(bào)表制度》首度將氫氣納入2020年能源統(tǒng)計(jì)。15部門(mén)印發(fā)《關(guān)于推動(dòng)先進(jìn)制造業(yè)和現(xiàn)代服務(wù)業(yè)深度融合發(fā)展的實(shí)施意見(jiàn)》,明確推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新、集聚發(fā)展,完善氫能制備、儲(chǔ)運(yùn)、加注等設(shè)施和服務(wù)。但是,截至2021年6月,尚未出臺(tái)國(guó)家層面氫能發(fā)展規(guī)劃。
地方政府發(fā)展氫能的積極性非常高,一方面是為了踐行低碳發(fā)展的理念,另一方面是為了吸引氫能產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)落戶(hù)本地,促進(jìn)當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)機(jī)構(gòu)調(diào)整,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。截至2021年6月,已有近49個(gè)省市出臺(tái)了近80多條氫能扶持政策。不過(guò)從政策類(lèi)型看,氫能專(zhuān)項(xiàng)政策比較少,大多氫能源相關(guān)政策是以新能源汽車(chē)政策與環(huán)保政策形式發(fā)布的。據(jù)各地氫能政策規(guī)劃統(tǒng)計(jì),未來(lái)10年內(nèi)年經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值規(guī)劃超過(guò)10萬(wàn)億元,氫燃料電池汽車(chē)規(guī)劃推廣數(shù)量已超過(guò)10萬(wàn)輛,加氫站建設(shè)規(guī)劃已超過(guò)1000座。
企業(yè)的氫能產(chǎn)業(yè)布局
當(dāng)前我國(guó)氫能發(fā)展處于初期,各大央企從氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品推廣應(yīng)用等場(chǎng)景積極布局。據(jù)香橙會(huì)研究院統(tǒng)計(jì),2019年國(guó)務(wù)院國(guó)資委監(jiān)管的96家央企中,開(kāi)展氫能相關(guān)業(yè)務(wù)或布局的中央企業(yè)有26家,數(shù)量占比高達(dá)27%,涉及的氫能產(chǎn)業(yè)鏈側(cè)重于制氫、氫燃料電池研發(fā)以及加氫站建設(shè)。從氫能產(chǎn)業(yè)相關(guān)布局來(lái)看,各大企業(yè)分別從組織機(jī)構(gòu)、核心關(guān)鍵零部件技術(shù)、示范工程項(xiàng)目等方面開(kāi)展相關(guān)工作,詳情見(jiàn)表1。
氫能產(chǎn)業(yè)鏈布局前景展望
(一)應(yīng)用前景預(yù)測(cè)
2020年中國(guó)氫氣產(chǎn)量約3342萬(wàn)噸,現(xiàn)有制氫產(chǎn)能約4100萬(wàn)噸/年,供略過(guò)于求,低成本氫氣供給相對(duì)充足。據(jù)中國(guó)氫能聯(lián)盟預(yù)計(jì),到2030年中國(guó)氫氣需求量將達(dá)到3500萬(wàn)噸/年,在終端能源體系中占比5%,主要增量來(lái)自交通運(yùn)輸?shù)娜剂想姵剀?chē),產(chǎn)能缺口約1000萬(wàn)噸/年;到2050年氫能將在中國(guó)終端能源體系中占比至少達(dá)到10%,氫氣需求量接近6000萬(wàn)噸/年,其中交通運(yùn)輸領(lǐng)域用氫2458萬(wàn)噸,工業(yè)領(lǐng)域3370萬(wàn)噸,其他領(lǐng)域110萬(wàn)噸,產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值約12萬(wàn)億元,產(chǎn)能缺口約3500萬(wàn)噸/年。
據(jù)中國(guó)氫能聯(lián)盟預(yù)計(jì),到2030年中國(guó)氫氣需求量將達(dá)到3500萬(wàn)噸,在終端能源體系中占比5%,主要增量來(lái)自交通運(yùn)輸?shù)娜剂想姵剀?chē),產(chǎn)能缺口約1000萬(wàn)噸/年;到2050年氫能將在中國(guó)終端能源體系中占比至少達(dá)到10%,氫氣需求量接近6000萬(wàn)噸,其中交通運(yùn)輸領(lǐng)域用氫2458萬(wàn)噸,工業(yè)領(lǐng)域3370萬(wàn)噸,其他領(lǐng)域110萬(wàn)噸,產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值約12萬(wàn)億元,產(chǎn)能缺口約3500萬(wàn)噸/年。
世界氫能委員會(huì)的預(yù)測(cè)顯示,到2050年全球終端能源需求的18%將來(lái)自氫能,氫能市場(chǎng)規(guī)模也將超過(guò)2.5萬(wàn)億美元,未來(lái)汽車(chē)行業(yè)將是增加“綠氫”需求的突破口,隨著氫經(jīng)濟(jì)平價(jià)之路的實(shí)現(xiàn),其他領(lǐng)域的“綠氫”需求量也將增加,如圖1所示。
根據(jù)IRENA對(duì)制氫成本的預(yù)測(cè),隨著電解制氫裝置的規(guī)?;a(chǎn),到2025年低成本光伏、風(fēng)電制氫將達(dá)到化石能源制氫+CCS成本區(qū)間;2035年前低成本光伏、風(fēng)電制氫成本普遍低于化石能源+CCS成本;2050年前,一般光伏、風(fēng)電制氫成本普遍低于化石能源制氫+CCS成本。
(二)不確定性分析
目前氫能產(chǎn)業(yè)仍處于商業(yè)化初期,絕大多數(shù)項(xiàng)目仍是依托政策支持或國(guó)家補(bǔ)貼建立,氫能產(chǎn)業(yè)仍存在一定的不確定性,各環(huán)節(jié)在政策、技術(shù)、商業(yè)化方面尚存在一些瓶頸,具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
1. 政策方面
我國(guó)已將氫能寫(xiě)入《政府工作報(bào)告》、《2020年國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展計(jì)劃》、《2020年能源工作指導(dǎo)意見(jiàn)》,國(guó)家能源局發(fā)布的《中華人民共和國(guó)能源法(征求意見(jiàn)稿)》將氫能劃入了能源種類(lèi)。但目前為止,我國(guó)尚未出臺(tái)氫能的專(zhuān)項(xiàng)發(fā)展規(guī)劃。
氫能管理體系尚不明確。氫氣生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)、應(yīng)用等環(huán)節(jié)的歸口管理部門(mén),主管部門(mén)和相關(guān)管理章程、法規(guī)體系尚不明確。沒(méi)有統(tǒng)一的、完善的、連貫的加氫站建設(shè)和運(yùn)營(yíng)審批政策及流程,制氫用氫涉及土地性質(zhì)變更問(wèn)題。氫氣作為危險(xiǎn)化學(xué)品的管理,制氫項(xiàng)目必須進(jìn)入化工園區(qū)落地(河北除外),制氫、儲(chǔ)氫的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需要各類(lèi)專(zhuān)項(xiàng)資質(zhì),而這些資質(zhì)的獲取對(duì)于電力企業(yè)難度較大。除新批準(zhǔn)的加氫站建設(shè)用地外,國(guó)內(nèi)油氫合建站、氣氫合建站加氫站不允許站內(nèi)制氫。現(xiàn)有加油站、加氣站土地屬于商業(yè)用地,而增加在站制氫設(shè)備后,其土地性質(zhì)變成了工業(yè)用地,在政府審批、消防驗(yàn)收等環(huán)節(jié)很難通過(guò)。
2. 技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面
制氫層面,我國(guó)超過(guò)90%以上的制氫原料來(lái)源于傳統(tǒng)能源的化學(xué)重整,其中約4%來(lái)自電解水?,F(xiàn)有油氣企業(yè)具有大量化石能源制氫產(chǎn)能,工業(yè)副產(chǎn)氫存量較高,能滿(mǎn)足近期氫氣需求。使用電解水的方法大規(guī)模制氫有兩條主要的降本途徑:1)降低電解過(guò)程的能耗;2)降低用電價(jià)格。根據(jù)熱力學(xué)原理,電解水制備1m3氫氣最低電耗為2.95度電。途徑一降低成本的空間有限、技術(shù)難度大。途徑二中,發(fā)電企業(yè)對(duì)電價(jià)沒(méi)有定價(jià)權(quán),利用棄風(fēng)棄水棄光可再生能源電解制備綠氫電價(jià)政策尚不明確,社會(huì)平均用電價(jià)格導(dǎo)致制氫成本偏高。
儲(chǔ)運(yùn)層面,我國(guó)氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)壓力較低,單車(chē)運(yùn)氫量遠(yuǎn)低于國(guó)外先進(jìn)水平1000~1500kg/車(chē),是導(dǎo)致儲(chǔ)運(yùn)成本較高的重要因素。液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)氫工藝復(fù)雜、能耗高,在我國(guó)尚處于起步階段。有機(jī)液體儲(chǔ)運(yùn)氫存在催化劑成本、效率難以兼容、裝置復(fù)雜等問(wèn)題。固體儲(chǔ)氫仍處于探索改進(jìn)階段,原料成本高,距離規(guī)?;\(yùn)輸仍具有一定距離。我國(guó)加氫站網(wǎng)絡(luò)仍未形成,加注成本未能得到有效攤銷(xiāo)。加氫站建設(shè)成本高,所需壓縮機(jī)、加氣機(jī)等核心設(shè)備和關(guān)鍵零部件主要依賴(lài)進(jìn)口,國(guó)內(nèi)核心設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)少,自主產(chǎn)品不成熟,造成建設(shè)成本高。由于氫氣的特殊性質(zhì),必須考慮運(yùn)輸安全性。第一,氫氣具有高滲透性和高反應(yīng)性,這使得儲(chǔ)運(yùn)的容器和管道必須采用特殊材料。第二,氫氣爆炸限更寬,屬于高危險(xiǎn)性的氣體。
在綜合利用方面,燃料電池汽車(chē)制造成本、電堆成本高昂。目前我國(guó)在電堆核心材料、零部件、產(chǎn)線裝備等方面仍存在一定問(wèn)題。國(guó)內(nèi)燃料電池車(chē)電堆的功率級(jí)別還普遍偏低。國(guó)際上乘用車(chē)的燃料電池功率級(jí)別一般在100kW左右,而商用車(chē)的燃料電池功率輸出可以達(dá)到200kW以上。國(guó)內(nèi)車(chē)用燃料電池堆主要以30-50kW為主,功率等級(jí)普遍低于國(guó)際同類(lèi)燃料電池車(chē)。全氟磺酸型膜工作溫度極限為85℃,極大限制了燃料電池電堆的使用溫度,為保證大功率燃料電池的正常工作,用于冷卻燃料電池系統(tǒng)占用電池產(chǎn)生能量的51%,這種情況大大地降低了燃料電池的比功率。
氫能儲(chǔ)運(yùn)及利用方面,儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)尚未實(shí)現(xiàn)突破,成本偏高,最終導(dǎo)致氫氣在終端應(yīng)用上銷(xiāo)售價(jià)格偏高,如圖2所示,以0.3元/千瓦時(shí),5.5千瓦時(shí)/立方米氫氣條件下,電解水制氫時(shí),不考慮損耗,氫源價(jià)格約為19元/kg,到燃料電池終端的運(yùn)營(yíng)成高達(dá)60元左右,高于汽柴油和電車(chē)的運(yùn)營(yíng)成本。
氫氣儲(chǔ)運(yùn)價(jià)格較高的特性決定了氫能產(chǎn)業(yè)上游制氫與下游應(yīng)用必須達(dá)成響應(yīng)匹配,全產(chǎn)業(yè)鏈布局才能產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng),單個(gè)企業(yè)一般不具備布局全產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)和資金,因此大都采用參股或控股的方式組成聯(lián)合體或聯(lián)盟。
能源企業(yè)布局氫能產(chǎn)業(yè)鏈建議
根據(jù)以上調(diào)研情況,建議能源企業(yè)結(jié)合自身優(yōu)勢(shì)優(yōu)先成立高層氫能工作小組,集合優(yōu)勢(shì)資源,統(tǒng)籌推進(jìn)全企業(yè)的氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)、科研服務(wù)、項(xiàng)目建設(shè)和應(yīng)用推廣等工作,促進(jìn)內(nèi)外優(yōu)勢(shì)資源的整合和協(xié)同發(fā)展,避免低效重復(fù)建設(shè),突出氫能發(fā)展重點(diǎn)和特色,為能源轉(zhuǎn)型工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
1. 建立氫能產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略長(zhǎng)效研究機(jī)制
氫能產(chǎn)業(yè)投入大,發(fā)展前景周期長(zhǎng),不確定因素較多,因此應(yīng)從全局層面建立氫能產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略長(zhǎng)效研究機(jī)制。密切跟蹤國(guó)內(nèi)外制氫、儲(chǔ)氫及用氫技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)和相關(guān)政策法規(guī),加強(qiáng)國(guó)內(nèi)外氫能相關(guān)企業(yè)及科研單位的合作交流,尋求氫能政策高地,探尋商業(yè)合作模式,以實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、共促共贏;加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì),合理布局氫能相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,戰(zhàn)略先行,因地制宜打造特色氫能優(yōu)勢(shì);應(yīng)用生命周期研究法,結(jié)合集團(tuán)優(yōu)勢(shì)及地區(qū)實(shí)際,科學(xué)全面系統(tǒng)的評(píng)估氫能產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行性;選取合理制氫、用氫方式,打通產(chǎn)氫和用氫產(chǎn)業(yè)鏈,聯(lián)合石化等傳統(tǒng)用氫行業(yè),對(duì)接燃料電池等新興用氫產(chǎn)業(yè),實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)儲(chǔ)輸用一條龍的氫能經(jīng)濟(jì)。建立國(guó)內(nèi)外氫能產(chǎn)業(yè)信息長(zhǎng)效跟蹤機(jī)制,為企業(yè)投資、決策提供及時(shí)有效信息。
2. 建立科研平臺(tái),加強(qiáng)氫能相關(guān)技術(shù)研發(fā)
列支專(zhuān)項(xiàng)扶持資金計(jì)劃發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè),申請(qǐng)和開(kāi)展國(guó)家及集團(tuán)級(jí)綠氫生產(chǎn)及多元化應(yīng)用重點(diǎn)科技專(zhuān)項(xiàng),與國(guó)內(nèi)外知名院校、企業(yè)合作,聯(lián)合攻關(guān)重點(diǎn)領(lǐng)域核心環(huán)節(jié)的技術(shù)瓶頸;建立大規(guī)模風(fēng)電/光伏/水電-氫儲(chǔ)能等物理仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái),用于優(yōu)化單元配置、能量管理和控制策略等,實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ);開(kāi)拓氫能的多元化應(yīng)用模式,開(kāi)展工業(yè)用氫、天然氣摻燒,外銷(xiāo)氫氣及固定式氫燃料電池系統(tǒng)等應(yīng)用的市場(chǎng)和技術(shù)研究,逐步形成項(xiàng)目示范、應(yīng)用推廣和科研服務(wù)三位一體的“能源轉(zhuǎn)型實(shí)驗(yàn)室”,為企業(yè)在大規(guī)模氫能利用領(lǐng)域的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。
3. 結(jié)合區(qū)域政策優(yōu)勢(shì)布局穩(wěn)健推進(jìn)示范工程
優(yōu)選政策高地和氫能產(chǎn)業(yè)集群,依托企業(yè)現(xiàn)有研發(fā)中心,工業(yè)產(chǎn)線平臺(tái)和工程經(jīng)驗(yàn),聯(lián)合區(qū)域氫能產(chǎn)業(yè)集群,適時(shí)適地給予氫能示范企業(yè)一定扶持政策,開(kāi)展可再生能源制氫及以氫能為核心的多能互補(bǔ)的綜合能源服務(wù)示范工作,建議考慮通過(guò)與終端用戶(hù)簽訂長(zhǎng)期供銷(xiāo)合同鎖定利潤(rùn)。充分利用西南區(qū)域可再生資源豐富,尤其是水電價(jià)格和總量上的優(yōu)勢(shì),同時(shí)配套規(guī)劃制氫和加氫站建設(shè),形成特色鮮明的氫能產(chǎn)業(yè)格局。
4. 參與氫能領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)的制修訂、建立檢測(cè)評(píng)價(jià)體系
針對(duì)可再生能源電力制氫和以氫能為核心的多能互補(bǔ)的綜合能源利用的應(yīng)用場(chǎng)景,在“統(tǒng)籌分化、協(xié)調(diào)配置”的原則下,從設(shè)備的選型、性能檢測(cè)、控制策略、經(jīng)濟(jì)效益分析等角度結(jié)合國(guó)家氫能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),與中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化研究院,全國(guó)氫能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)等相關(guān)單位合作,參與氫能領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)的制修訂。建立氫能產(chǎn)業(yè)檢測(cè)服務(wù)體系,建設(shè)氫能產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵材料、關(guān)鍵設(shè)備壽命、關(guān)鍵系統(tǒng)檢測(cè)平臺(tái),建立健全評(píng)價(jià)體系,量化相關(guān)測(cè)試,從而提高企業(yè)在氫能領(lǐng)域的技術(shù)水平。