一項新技術會不會被整個社會接受并被廣泛應用開來，以及一個新產(chǎn)業(yè)會不會迅速發(fā)展，取決于眾多因素：政策法規(guī)硬性的規(guī)定，初始發(fā)展階段政府對技術或者行業(yè)的補貼，用戶群對技術成熟度以及成本下降的心理預期，投資機構(gòu)基于預期投資回報率對新行業(yè)的青睞程度，原始設備供應商針對產(chǎn)品性能提升和成本下降的研發(fā)迭代速度，以及頭部領軍企業(yè)在技術可行性和解決方案經(jīng)濟性上的大膽示范探索，都會對新技術和新行業(yè)的發(fā)展起促進作用。回看能源領域過去二十年，光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度遠遠超過絕大數(shù)人預測，而二氧化碳捕捉封存及利用則大大落后于人們的預期，這點從近年國際能源署對光伏行業(yè)預期可見一斑。
雖然很難通過水晶球來精準預測未來，但是我們可以從能源領域技術和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來尋求一些共性的規(guī)律，從而有助于我們思考和布局氫能產(chǎn)業(yè)。
拿光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展為例，德國政府于2000年通過《可再生能源法》，大肆補貼可再生能源。隨后德國的光伏裝機實現(xiàn)快速增長，從而帶動了整個行業(yè)技術的快速發(fā)展。而后中國政府入場，在供給端以及需求段發(fā)力。這隨即帶動了項目開發(fā)商，投資機構(gòu)，光伏企業(yè)，用戶企業(yè)等整個生態(tài)體系的迅速發(fā)展和迭代。這是一個經(jīng)典的需求拉動供給的案例。整個產(chǎn)業(yè)的技術迭代速度，以及規(guī)?；噍o相成，快速拉動了成本的下降，從而進一步推動了光伏技術的普及。
我們來看氫能產(chǎn)業(yè)。不出意外，氫能的發(fā)展，也將遵循需求拉動供給的規(guī)律。針對綠氫的應用，需要從端到端的全價值鏈來考量。綠氫的“制、儲、運、用”四個環(huán)節(jié)，缺一不可。其中，“用”將起到?jīng)Q定性的作用。
綠氫的“用”
用氫的場景可分為既有場景和新興場景。
既有場景很好理解，就是今天應用灰氫的行業(yè)（制氨，甲醇，原油精練，半導體等等），在雙碳目標的大背景下，將來要逐步用綠氫替代灰氫的運用。國內(nèi)領軍企業(yè)中石化和寶豐已經(jīng)吹響了號角，在化工和煤化工領域首先啟動了綠氫項目。綠氫取代現(xiàn)有灰氫的應用，綠氫成本下降帶來的經(jīng)濟性，以及政策的約束性和鼓勵性是關鍵。
新興場景，則是在雙碳的背景下，用綠氫來使整個行業(yè)達到深度脫碳減排。比如，在鋼鐵冶煉行業(yè)，用綠氫替代焦炭來還原氧化鐵。行業(yè)領軍企業(yè)寶武已經(jīng)在這方面做了有益的探索。
基于國際氫能委員會的報告，在碳稅達到每噸100美元的前提下，對綠氫在一些行業(yè)的應用前景作出了預測。
綠氫在各行業(yè)的應用前景
無論是既有場景抑或新興場景，要想綠氫的應用在不久的將來真正普及開來，那么整個應用場景端到端（制儲運用）的經(jīng)濟性，要在沒有政府補貼的前提下達到用戶承受程度。這里規(guī)模化應用是加速新興技術發(fā)展迭代的關鍵。而大型工業(yè)規(guī)模化應用綠氫，是綠氫發(fā)展不可少的場景。
談完綠氫的“用”，接下來我們簡單的從綠氫的“制、儲、運”三個方面預測一下未來的發(fā)展。
綠氫的“制”
決定綠氫制取成本最主要的三個因素，是可再生能源綠電的成本，制氫設備的利用小時數(shù)，以及制氫設備的投資和運行維護成本。可再生能源經(jīng)過多年的發(fā)展，風光水綠電的成本已經(jīng)下降到可以和火電媲美的程度。然而綠電上網(wǎng)費，可再生能源以及綠氫項目融資成本，和土地成本的疊加，抬高了綠氫制取成本。如果政府能在綠氫行業(yè)發(fā)展的初期，扶持行業(yè)一把，把綠電制取綠氫的上網(wǎng)費用，項目融資成本，和土地成本等項目等相應減免，將會大大推動行業(yè)的發(fā)展。至于制氫設備的成本，在技術進步和規(guī)模效應的雙重作用下，一定會盡快降低。
在制氫的技術路線上，目前有堿液，質(zhì)子交換膜，陰離子交換膜，以及固體氧化物電解水制氫。堿液電解水制氫技術相對比較成熟。經(jīng)過多年的發(fā)展，單體設備容量目前可達每小時制氫1000立方以上。設備造價低，性價比高。相比堿液制氫，質(zhì)子交換膜技術和間歇性的可再生能源耦合度比較高，可以在短時間內(nèi)啟停，提供電網(wǎng)輔助服務。同時安全性和環(huán)境友好性較好，產(chǎn)生的氣體純度相對較高。質(zhì)子交換膜在電極的催化劑中應用了貴重金屬。目前大宗產(chǎn)品價格抬升，和堿液制氫相比，成本較高。然而目前綠氫項目的固定成本中，有三分之一屬于工程設計、項目管理、風險成本，這部分成本與技術路線選擇無關。剩余三分之二的硬件成本中，對于堿水電解的技術路線，大約四分之一屬于電解槽的成本。也就是說整體固定成本中只有大約16%~17%由技術路線來決定。相對來說，目前質(zhì)子交換膜的硬件成本則達40%到50%。隨著技術研發(fā)與進步，以及隨著質(zhì)子交換膜燃料電池行業(yè)供應鏈的發(fā)展，未來有十足的成本降幅空間。陰離子交換膜集堿液和質(zhì)子交換膜兩種技術之長，同時規(guī)避了兩者的短處。然而技術發(fā)展還在早期，離成熟規(guī)?；虡I(yè)應用且有時日。固體氧化物技術走高溫路線，對材料和系統(tǒng)設計的要求阻礙了規(guī)?；l(fā)展。
綠氫的“儲，運”
氫的大規(guī)模儲運目前制約著氫能產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；l(fā)展。
從技術路線上，氫的儲運方式有液態(tài)，高壓，有機溶液，固態(tài)，管道摻氫以及基于綠氫合成的綠氨或者綠色甲醇等化合物。
液態(tài)氫可做為儲存氫氣的一種方式，比氣態(tài)氫省空間。液態(tài)氫在常壓需要保存在非常低的溫度下（大約在20.268開爾文，-252.8℃）。它通常被作為火箭發(fā)射的燃料。目前基于液態(tài)氫大規(guī)模儲運技術還在開發(fā)的早期，達到經(jīng)濟性上的可行還需要時間。我們要以發(fā)展的目光來看待液態(tài)氫儲運的發(fā)展。首先它是大規(guī)模儲運高純度氫的有效方式。正如幾十年前我們看待液化天然氣（LNG）的發(fā)展一樣，隨著需求的增加，技術的進步，有朝一日液氫會是地區(qū)和地區(qū)之間大規(guī)模儲運環(huán)節(jié)中不可或缺的一環(huán)。高壓氣罐儲運氫在一定距離一定容量下也是有效的方式。目前中集安瑞科與Hexagon戰(zhàn)略聯(lián)盟，將快速引入世界領先的Type 4儲氫運輸裝備進入中國市場。有機溶液儲運氫在業(yè)界一直有爭議，因為整個環(huán)節(jié)對能源消耗的需求以及后續(xù)提純都會增加儲運的成本。規(guī)?；虘B(tài)儲氫尚在科研驗證階段。而管道摻氫在某些應用場景下也會是可選項之一。
工業(yè)氨基礎設施和專業(yè)知識的發(fā)展有一個世紀的歷史。這是綠氨發(fā)展的基石。綠氨（一個氮原子三個綠氫原子）是一種無碳化學品和燃料，由可再生電力、水和空氣制成，可以快速大規(guī)模部署，應用在不同的場景中，包括航運、大規(guī)模儲能、分布式發(fā)電和大量輸送氫氣。綠氨作為能源載體的顯著優(yōu)勢是儲存和運輸成本低，尤其是與綠氫相比。
基于綠氫合成綠氨/綠色甲醇在各行業(yè)的應用前景
和液氫和高壓氣氫相比，綠色甲醇和綠氨單位體積存儲的能源更多，而且可以利用現(xiàn)有的基礎設施，因此作為能源載體或者燃料，應用前景頗廣。
基于綠氫的綠氨，綠色甲醇，以及綠色燃料合成，將會把電力和化工兩個行業(yè)拉的更緊密。在將來，需要從從可再生能源，儲能，制氫，以及基于氫的下游合成來進行上下游整體優(yōu)化。通過考慮整體熱平衡，壓力分布，儀控方案，從而打造出對客戶價值最高的整體解決方案。
眾所周知的胡煥庸線（黑河—騰沖線），展示了中國獨特的地理特性以及人口東密西疏的格局。對于綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展來說，可再生能源集中在三北地區(qū)，即胡煥庸線的上方。而我國絕大多數(shù)人口和產(chǎn)業(yè)，分布在胡煥庸線的下方。面向未來，或者我們通過綠電或者綠氫的方式從西向東大規(guī)模搬送可再生能源，或者我們將新建的耗能產(chǎn)業(yè)搬到可再生能源和水資源豐富的地區(qū)。目前已經(jīng)有企業(yè)計劃或者實施將電解鋁，金屬冶煉，以及化工等行業(yè)在西部籌建，或者由東部向西部遷徙，由此可以大幅降低大規(guī)模儲運綠電以及綠氫的需求。隨著技術的進步以及成本的降低，東南沿海海上風電制氫將是一條可探討的路徑。首先東南沿海優(yōu)質(zhì)的風場資源不少。其次，沿海到陸上距離不遠，而大灣區(qū)長三角的用能大戶較為集中。相比于從三北地區(qū)大規(guī)模輸運綠氫到東南沿海，對于特定地區(qū)特定應用場景海上風電制氫會是未來的可選項之一。
在探討綠氫大規(guī)模儲運方案的同時，還有兩個問題需要整個生態(tài)體系加以重視，從而加快氫能產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。
首先是氫能在連續(xù)工業(yè)過程中的應用，和可再生能源間歇性的矛盾。
上文提到的綠氫應用場景，原油精練，煤化工，金屬冶煉，制氨，甲醇等等，都是24小時7天連續(xù)運轉(zhuǎn)的工業(yè)流程。對于上規(guī)模連續(xù)運轉(zhuǎn)的基礎設施，頻繁啟停不可想像。
同時，一年8760小時，大多光伏工廠的運行小時數(shù)介于1000到2000之間。一般陸上風場的平均運行小時數(shù)稍好，但也就是2000到3000多小時。而且一片云，一陣風，一場雨雪，都會對可再生能源發(fā)電產(chǎn)生影響。水電相對風光要好的多，雖然也有枯水旺水期，但基本能保障綠電的連續(xù)供給。因此綠氫的應用場景，有條件應該從水電入手。其次，風光結(jié)合電網(wǎng)也比單一的光場或風場好的多。在不并網(wǎng)，而且只有單一光或者風的條件下，為了配合下游的連續(xù)運轉(zhuǎn)，大規(guī)模儲電或者儲氫必不可少。而在現(xiàn)階段，大規(guī)模儲電或者儲氫，無論從技術方案的集成以及經(jīng)濟性上，都不是很成熟。有條件的地方，可以考慮工業(yè)副產(chǎn)氫和綠氫結(jié)合運用，從而滿足下游連續(xù)運轉(zhuǎn)的需求。
如何針對不同行業(yè)的客戶需求，提供一套從技術和經(jīng)濟性上都健壯而且靈活的方案，需要生態(tài)體系中的各方攜起手來，共同打造經(jīng)典的示范項目，可復制，可規(guī)?；?
其次是氫能應用的安全性的問題。
一說起氫能利用的安全性，大多數(shù)人腦海里會閃現(xiàn)百年前氫飛艇爆炸的場面。事實上，近百年來，人類一直在制儲運用氫。氫的安全在技術上已經(jīng)解決，并不是問題。目前在我國，氫和汽油，柴油，天然氣一樣，都被歸為危化品一類。我們在汽油，柴油天然氣等?；返陌踩婪逗吞幚砩隙嗄陙矸e累了許多實踐經(jīng)驗。
氫能應用潛在的安全性風險，在于新應用場景，以及規(guī)?；瘧?。這里技術手段依然不是根本問題。而是人的意識，以及行為習慣會帶來潛在風險。目前氫能應用逐漸向規(guī)?；l(fā)展，項目開發(fā)商，投資機構(gòu)，EPC整體系統(tǒng)集成商，關鍵產(chǎn)品部件的供應商等對大規(guī)模項目風險的認識程度不盡相同。如果在行業(yè)規(guī)模化發(fā)展的初期盲目壓低價格，會造成一些供應商為了最低價中標而采用更便宜的材料和組件，并降低系統(tǒng)設計裕度。這里一旦發(fā)生事故，會對整個行業(yè)帶來沖擊，就向2011年3月福島核電站事故，對全球核電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來巨大的沖擊和影響。因此產(chǎn)業(yè)內(nèi)的各方對于綠氫應用安全性的重視，應該高于對綠氫應用經(jīng)濟性的考量。
2021年9月24日晚，聯(lián)合國秘書處組織召開聯(lián)合國能源高級別對話會。國家能源局局長章建華指出：“作為全球能源科技發(fā)展的推動者，中國將加快部署新型儲能、氫能等關鍵技術的研發(fā)、推廣和應用。”這樣的頂層設計將推動整個生態(tài)體系，從而加速氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。另外一個利好消息是中國在加快有關碳稅，碳資產(chǎn)，和碳交易的實踐。我相信這些舉措都將加快催生更多對綠氫規(guī)?；男枨?。而規(guī)模化的需求必將拉動投資以及技術和產(chǎn)業(yè)更新?lián)Q代的迭代速度，從而在供給端真正替代目前的化石能源方案。
（作者為西門子能源股份公司新能源業(yè)務全球首席戰(zhàn)略官兼新能源亞太區(qū)業(yè)務負責人）
