中國儲能網(wǎng)訊：文/曾靜 陳銘韻 孟翔宇，東莞深圳清華大學(xué)研究院創(chuàng)新中心，《中國石化》雜志
在全球應(yīng)對氣候變化的進程中，實現(xiàn)能源體系的脫碳化發(fā)展是關(guān)鍵。氫能由于具備來源廣泛、清潔及安全性可控等特性，成為連接化石能源和可再生能源之間的橋梁。如今，氫能正逐步成為全球低碳發(fā)展的重要能源載體之一，世界主要大國都在制訂氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展計劃、投入巨額資金，積極推動先進氫能技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，搶占國際氫能產(chǎn)業(yè)競爭領(lǐng)域的制高點。
美國：氫能已上升到國家戰(zhàn)略層面
2020年，美國能源部發(fā)布《氫能項目計劃》，提出未來10年及更長時期氫能研究、開發(fā)和示范的總體戰(zhàn)略框架。該方案明確了氫能發(fā)展的核心技術(shù)領(lǐng)域、需求和挑戰(zhàn)及研發(fā)重點，并確立了氫能計劃的主要技術(shù)經(jīng)濟目標?！稓淠茼椖坑媱潯吩O(shè)定了到2030年氫能發(fā)展的技術(shù)和經(jīng)濟指標。
美國是世界最大的氫氣生產(chǎn)國和消費國之一。每年的氫氣消耗量超過1100萬噸，占全球需求的13%，其中三分之二用于煉油，其余大部分用于氨生產(chǎn)。在原料方面，目前美國大約80%的氫氣來源于天然氣重整，其余的大部分是石油煉化工業(yè)的副產(chǎn)氫。
美國氫能技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈完善，氫能已上升到國家戰(zhàn)略層面。為了確保在新興技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，美國十分重視氫能產(chǎn)業(yè)鏈上下游的相關(guān)技術(shù)培育，涉及氫氣的生產(chǎn)、儲運、燃料電池制造、燃料電池汽車及加氫站基礎(chǔ)設(shè)施等。美國在氫燃料電池汽車市場、加氫站利用率等方面處于全球領(lǐng)先水平。目前，美國氫燃料電池車保有量全球第一，加州政府注重燃料電池消費市場的培育，持續(xù)給予多項政策支持，已成為全球燃料電池車推廣最為成熟的地區(qū)。
截至2021年6月，美國已有17兆瓦的電解制氫項目在運營，輸氫管道容量為1.4吉瓦（300兆瓦在建或已承諾資金投入），另外還有120兆瓦正在早期開發(fā)階段，將于2030年上線運行。美國能源部預(yù)測，潛在部署將高達13.5吉瓦。
歐盟：積極利用自身優(yōu)勢加快氫能商業(yè)化進程
歐盟一直致力于清潔能源的發(fā)展，近年來已逐步明確氫能發(fā)展路線。2007年，歐盟委員會提出《歐洲戰(zhàn)略能源技術(shù)計劃》，將燃料電池和氫能作為重點支持的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域。2008年，歐盟理事會通過決議建立“歐洲燃料電池和氫能聯(lián)合組織”，創(chuàng)立由歐盟委員會、產(chǎn)業(yè)協(xié)會、企業(yè)等共同組成的產(chǎn)業(yè)合作機制，推動氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展、應(yīng)用，部署技術(shù)研發(fā)。2014年，歐盟提出設(shè)立“歐洲共同利益重要項目”，對事關(guān)歐盟未來經(jīng)濟和科技競爭力的關(guān)鍵技術(shù)、基礎(chǔ)設(shè)施項目，在歐盟層面給予公共支持。相關(guān)產(chǎn)業(yè)界呼吁，歐盟應(yīng)在未來5-10年，向與氫能相關(guān)的“歐洲共同利益重要項目”注入50億-600億歐元。
2019年，歐洲燃料電池和氫能聯(lián)合組織主導(dǎo)發(fā)布了《歐洲氫能路線圖：歐洲能源轉(zhuǎn)型的可持續(xù)發(fā)展路徑》報告，提出大規(guī)模發(fā)展氫能是歐盟實現(xiàn)脫碳目標的必由之路。該報告描述了一個雄心勃勃的計劃：在歐盟部署氫能以實現(xiàn)控制2攝氏度溫升的目標，到2050年歐洲能夠產(chǎn)生大約2250太瓦時的氫氣，相當于歐盟總能源需求的1/4。
2020年，歐盟委員會正式發(fā)布了《氣候中性的歐洲氫能戰(zhàn)略》政策文件，宣布建立歐盟清潔氫能聯(lián)盟。該戰(zhàn)略制定了歐盟發(fā)展氫能的路線圖，分三個階段推進氫能發(fā)展。第一階段（2020-2024年），安裝至少6吉瓦的可再生氫電解槽，產(chǎn)量達到100萬噸/年；第二階段（2025-2030年），安裝至少40吉瓦的可再生氫電解槽，產(chǎn)量達到1000萬噸/年，成為歐洲能源系統(tǒng)的固有組成部分；第三階段（2030-2050年），可再生氫技術(shù)應(yīng)達到成熟并大規(guī)模部署，以覆蓋所有難以脫碳的行業(yè)。
歐盟呼吁各成員國將氫能列入國家能源與氣候發(fā)展的中長期目標規(guī)劃。捷克、法國、德國、匈牙利、荷蘭、葡萄牙和西班牙等國已發(fā)布了國家氫能戰(zhàn)略，意大利和波蘭正在進行公眾咨詢，奧地利預(yù)計很快發(fā)布。這些國家雖然自身優(yōu)勢不同，但氫能戰(zhàn)略與歐盟氫能戰(zhàn)略非常一致，幾乎所有國家都確立了電解氫的目標，到2030年累計達到20吉瓦以上（意大利和波蘭的戰(zhàn)略中還有7吉瓦）。歐盟部分國家氫能戰(zhàn)略如表1所示。
歐盟將氫能作為能源安全和能源轉(zhuǎn)型的重要保障，積極利用自身優(yōu)勢，加快氫能商業(yè)化進程。歐盟在發(fā)展氫能方面有自身優(yōu)勢，一方面，風(fēng)力和光伏發(fā)電發(fā)展快速，可以長期為綠氫的生產(chǎn)提供便利條件；另一方面，歐盟擁有較為完善的天然氣基礎(chǔ)設(shè)施，通過擴建可為氫能的運輸提供支持?；谧陨韮?yōu)勢，歐盟在制氫、儲運氫、氫利用和燃料電池等領(lǐng)域均取得了豐碩成果，并形成了完整的產(chǎn)業(yè)鏈，目前正積極進行商業(yè)化探索。
歐洲燃料電池和氫能聯(lián)合組織在歐盟氫能發(fā)展過程中扮演重要角色，推動氫能的研發(fā)、創(chuàng)新和示范。歐洲的氫能研發(fā)應(yīng)用不斷取得突破，2018年6月，世界第一輛氫動力列車在德國北部試運行。2020年，歐盟生產(chǎn)和使用了約700萬噸氫氣。氫氣主要來源于天然氣和煉油廠、石化行業(yè)的副產(chǎn)品。而氫氣的主要消費端是煉油（370萬噸）和化工行業(yè)（300萬噸）。
在供應(yīng)端，可再生的電解制氫被認為是制氫的主要途徑。歐盟已安裝超過140兆瓦的電解專用制氫設(shè)備，占全球產(chǎn)能的40%以上。歐盟成員國政府戰(zhàn)略發(fā)出的強烈信號為進一步部署創(chuàng)造了動力，歐盟正在開發(fā)的輸氫管道容量到2030年將超過20吉瓦，其中超過1吉瓦已在建設(shè)中或已承諾資金。
日本：推動氫能與其他能源耦合協(xié)同發(fā)展
從氫能研究到“氫能社會”構(gòu)想，再到形成國家戰(zhàn)略，日本大致經(jīng)過了三個階段。第一階段受到石油危機觸發(fā)，日本于1974年啟動“陽光計劃”，醞釀并實施包括氫能在內(nèi)的一系列能源研究項目。第二階段為2003年發(fā)布《第一次能源基本計劃》，首次提出“氫能社會”構(gòu)想。第三階段是2017年出臺《氫能源基本戰(zhàn)略》，將構(gòu)想提升至國家戰(zhàn)略高度。目前已逐步進入新階段，即氫能戰(zhàn)略的溢出階段。
日本于2014年發(fā)布了《氫能/燃料電池戰(zhàn)略發(fā)展路線圖》，并于2016年和2019年做了更新，從《氫能/燃料電池戰(zhàn)略發(fā)展路線圖》可知，日本構(gòu)建“氫能社會”依托于三個階段的戰(zhàn)略路線規(guī)劃。第一階段為推廣燃料電池應(yīng)用場景，促進氫能應(yīng)用，在這一階段主要利用副產(chǎn)氫氣，或石油、天然氣等化石能源制氫。第二階段為使用未利用能源制氫、運輸、儲存與發(fā)電。第三階段旨在依托可再生能源，未利用能源結(jié)合碳回收與捕集技術(shù)，實現(xiàn)全生命周期零排放供氫系統(tǒng)。計劃到2025年建設(shè)320個加氫站。
2017年出臺的《氫能源基本戰(zhàn)略》明確了降低制氫成本的路線圖和目標，旨在2030年降至30日元/立方米，未來實現(xiàn)20日元/立方米。2021年宣布《綠色增長計劃》，提出在2030年氫能產(chǎn)量實現(xiàn)300萬噸的目標。為了支持這一目標，日本政府宣布了一項7000億日元的公共投資計劃，支持日本氫氣供應(yīng)鏈發(fā)展。
在日本的戰(zhàn)略路徑中，不將氫能作為化石能源的替代能源，而是致立于推動氫能與褐煤等多種化石能源及可再生能源的耦合協(xié)同發(fā)展。另一方面，日本傾向于構(gòu)建國際氫能供應(yīng)鏈，從2018年起，日本已連續(xù)3年主辦氫能源部長級會議，旨在主導(dǎo)并推動全球“氫能社會”發(fā)展。
2020年，日本的氫氣需求量接近200萬噸，其中煉油占了近90%的需求，其余部分是氨生產(chǎn)需求。在氫氣來源方面，來源于天然氣的氫氣占50%以上，另有45%是煉油和石化行業(yè)的副產(chǎn)氫，剩下的來源于小型煤炭生產(chǎn)過程。
日本一直是在交通運輸領(lǐng)域中使用氫氣的先行者，本田公司在2008年推出了首款商用燃料電池車電動車（FCEV）。2021年4月，日本大約有5600輛FCEV，是世界第四大市場，而且日本確立了FCEV發(fā)展目標，即到2025年達到20萬輛，到2030年達到80萬輛。
韓國：致力于打造世界最大交通和電力氫燃料電池市場
2018年，韓國發(fā)布《創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略投資計劃》，將氫能產(chǎn)業(yè)列為三大戰(zhàn)略投資方向之一。2019年，發(fā)布《氫能經(jīng)濟發(fā)展路線圖》，明確了制氫、加氫和燃料電池發(fā)展的目標。《氫能經(jīng)濟發(fā)展路線圖》強調(diào)了兩個優(yōu)先事項，一個是建立氫市場，另一個是打造世界最大的用于交通和電力的氫燃料電池市場。根據(jù)該路線圖，韓國政府計劃將氫燃料電池車市場規(guī)模從2018年的1800輛擴大到2022年的8萬輛，到2040年達到620萬輛。用于發(fā)電的氫燃料電池容量到2040年將達15吉瓦。氫氣的需求量2030年將達到194萬噸，2030年將達到526萬噸。
2020年2月，韓國頒布《促進氫經(jīng)濟和氫安全管理法》，這是全球首個促進氫經(jīng)濟和氫安全的管理法案，目的在于促進基于安全的氫經(jīng)濟建設(shè),系統(tǒng)、有效地促進韓國氫工業(yè)的發(fā)展，為氫能供應(yīng)和氫設(shè)施的安全管理提供支持，促進國民經(jīng)濟的發(fā)展。
2021年，韓國發(fā)布首個《氫經(jīng)濟發(fā)展基本規(guī)劃》，提出到2050年韓國氫能將占最終能源消耗的33%，發(fā)電量的23.8%，成為超過石油的最大能源，將在全國建立2000多處加氫站。
韓國是采用氫技術(shù)最活躍的國家之一。2020年，韓國生產(chǎn)和使用的氫氣超過180萬噸，幾乎所有需求都來自煉油和石化過程。在氫氣來源方面，大約60%的氫氣是來自各種來源的副產(chǎn)品，其余40%來自天然氣。
在交通方面，2020年，韓國投放了超過1萬輛商用燃料電池車電動車，走在世界的前列。在固定式燃料電池方面，韓國目前的裝機容量為620兆瓦，幾乎是2018年底的兩倍。韓國非常重視低碳氫的生產(chǎn)，第一批開發(fā)低碳氫氣生產(chǎn)的項目已經(jīng)在進行中，2021年，韓國SK集團旗下SKE&S公司與現(xiàn)代石油（HyundaiOilbank）宣布聯(lián)合開發(fā)兩個天然氣制氫項目，總產(chǎn)能為35萬噸/年。在基礎(chǔ)設(shè)施方面，林德集團（Linde）和韓國曉星集團（Hyosung）于2021合作建設(shè)了亞洲最大的液化氫氣廠，為交通行業(yè)提供氫氣。
澳大利亞：創(chuàng)建氫能樞紐
澳大利亞蘊含豐富的煤炭、天然氣等化石能源資源，可用于制取充足的氫氣；澳大利亞擁有完善的煤炭產(chǎn)業(yè)鏈及完善的天然氣生產(chǎn)、液化、儲運等基礎(chǔ)設(shè)施及專業(yè)技術(shù)支持，可以在氫能產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)發(fā)揮作用。澳大利亞政府高度重視氫能發(fā)展，總體氫能戰(zhàn)略是大力發(fā)展清潔、創(chuàng)新、安全和有競爭力的氫能源產(chǎn)業(yè)，以新能源制氫、氫發(fā)電、氫出口作為重要策略，有潛力成為全球最大的氫氣生產(chǎn)國之一。
澳大利亞于2019年11月發(fā)布《國家氫能戰(zhàn)略》，確立了發(fā)展目標和具體行動，探索了清潔制氫的潛力，概述了快速擴大規(guī)模的計劃，并詳細說明了政府、行業(yè)和社區(qū)所需的協(xié)調(diào)行動，致力于消除氫能行業(yè)發(fā)展的障礙。作為該計劃的一部分，政府已投資超過13億澳元以加快國內(nèi)氫產(chǎn)業(yè)的增長。該戰(zhàn)略還強調(diào)了氫出口帶來的重大機遇，政府正在通過與新加坡、德國、日本、韓國及英國發(fā)展國際伙伴關(guān)系來促進氫出口。
澳大利亞戰(zhàn)略的一個關(guān)鍵要素將是創(chuàng)建氫能樞紐—大規(guī)模氫氣需求的集群。這些設(shè)施可能在港口、城市或偏遠地區(qū)，將為該行業(yè)提供擴大規(guī)模的跳板。氫能樞紐將使基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展更具成本效益，從規(guī)模經(jīng)濟中提高效率，加速創(chuàng)新，并從部門耦合中實現(xiàn)協(xié)同效應(yīng)。在運輸、工業(yè)和天然氣分銷網(wǎng)絡(luò)中使用氫，并將氫技術(shù)以提高可靠性的方式整合到電力系統(tǒng)中。在促進國內(nèi)需求的同時，還將支撐澳大利亞的出口能力，使澳大利亞成為全球領(lǐng)先的氫參與者。
目前，澳大利亞的氫氣需求量還非常小，幾乎全部用于煉油和氨生產(chǎn)，此外，國內(nèi)需求的增長也很有限。然而，該國在廉價生產(chǎn)低碳氫氣方面有巨大的潛力。認識到這一機遇，政府投資了7個氫氣中心，集中用戶，從而將基礎(chǔ)設(shè)施成本降至最低。
澳大利亞利用可再生能源生產(chǎn)氫氣的潛力巨大。目前，9個容量大于1吉瓦的項目正在開發(fā)中，其中包括一些世界上規(guī)模最大的項目：西部綠色能源中心（相當于20吉瓦的電解容量）、亞洲可再生能源中心（14吉瓦）、HyEnergy零碳氫（8吉瓦）及Murchison項目（5吉瓦）。如果所有正在開發(fā)的項目都成功部署，到2030年，澳大利亞的電解氫產(chǎn)能將達到近20吉瓦，其中大部分將以氫氣和氨的形式出口。
新西蘭：路線圖勾勒“成為氫生產(chǎn)的領(lǐng)導(dǎo)者”愿景
為應(yīng)對氣候變化和向綠色經(jīng)濟轉(zhuǎn)型，新西蘭政府確立了國家目標：一是到2030年，溫室氣體排放量比2005年的水平減少30％；二是到2035年，100％電力供應(yīng)來自可再生電力；三是到2050年實現(xiàn)零排放。新西蘭的氫愿景是利用氫的機會，為新西蘭創(chuàng)造一個可持續(xù)的、有彈性的能源未來。
新西蘭于2019年3月宣布了《塔拉納基氫氣路線圖》。這份路線圖是由開發(fā)機構(gòu)“投資塔拉納基”、新普利茅斯地方議會、新西蘭氫能公司HiringaEnergy和省級增長基金共同制定的。路線圖闡述了該地區(qū)要如何利用現(xiàn)有的技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施成為氫生產(chǎn)的領(lǐng)導(dǎo)者。省級增長基金也已獲得支持，以幫助發(fā)展塔拉納基的氫燃料基礎(chǔ)設(shè)施。政府正在塔拉納基建立一個國家新能源發(fā)展中心，幫助新西蘭向低碳未來過渡，還將設(shè)立一個新的科學(xué)研究基金，以促進新綠色能源技術(shù)的早期研究。
新西蘭氫能發(fā)展路線圖概述了新西蘭利用氫的潛力建立可持續(xù)和彈性能源系統(tǒng)的指示性途徑，并顯示了不同的途徑如何與政府戰(zhàn)略的其他部分相結(jié)合。
目前，新西蘭的氫氣市場還較小。但新西蘭被認為是世界上最適合創(chuàng)新、試驗和示范的地方之一，監(jiān)管障礙最少。它現(xiàn)有的天然氣、工藝和工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施可以進行改造來用于氫氣工業(yè)。
新西蘭有大量可再生能源，利用可再生能源優(yōu)勢，進一步電氣化，同時節(jié)約能源和從碳氫化合物轉(zhuǎn)換燃料是新西蘭能源部門脫碳的主要途徑。冬季，新西蘭的水力發(fā)電產(chǎn)量下降，而對取暖和照明的需求卻增加，有必要建立能源儲存系統(tǒng)來平衡不同時間段的電力需求。氫很適合擔(dān)當這一角色，可將夏季產(chǎn)出的多余電力用來生產(chǎn)氫氣儲存起來，在冬季水力發(fā)電產(chǎn)量下降時使用。
新西蘭擁有豐富的可再生能源，可利用來生產(chǎn)綠氫，部分用于出口。國際能源署認為，到2030年，新西蘭的氫氣產(chǎn)量將達70萬噸/年。《塔拉納基氫氣路線圖》建議每年出口約30萬噸氫氣，約占產(chǎn)量的40%。新西蘭已與日本簽署了一份合作備忘錄，就合作開發(fā)氫技術(shù)和向日本出口綠氫達成協(xié)議。
