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我国氢能产业发展速度是被高估了?还是被低估了?

作者:郑丹 来源:中国石油石化 发布时间:2019-09-08 浏览:次
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北欧国家冰岛,面积不大,人口只有30万左右。这个国家没有加油站,16个加氢站提供了全国汽车的交通用能,形成了覆盖全国的加氢站网络。这得益于冰岛得天独厚的资源禀赋:71%是水力、29%是地热,可再生能源发电和制氢成本极低。

另一个是,北欧国家丹麦,拥有12个加氢站,也已经建成全国范围的加氢站网络。在国土面积不大的丹麦,国内一半以上的人口驾车15公里便可以找到一个加氢站。

虽然这两个氢能源发展的理想范本能在多少国家实现尚未可知,但能看到的是氢能热潮已至,且来势汹涌。

氢能产业先锋日本提出“氢经济社会”的奋斗目标,并发布《氢能与燃料电池战略路线图》和“三步走”策略;

韩国颁布《氢燃料电池汽车产业生态战略路线图》,提出尽快布局包括氢能燃料电池汽车、加氢站、氢能源在内的产业生态系统;

德国计划通过建立429个加氢站组成覆盖全国的加氢网络;

北欧国家将在欧洲北部打造一条“北欧氢能走廊”;

中国也发布了在氢能产业示范领先地区长三角建设氢走廊的发展规划。

中国工程院院士、中国石化集团原副总经理曹耀峰指出,“发展氢能一直是世界各国能源布局中的重点。日本、韩国、美国和欧洲的发达国家先后制定了多项氢能研究计划,将其列入国家战略。”

乘着低碳理想之风,氢能源来日能飞多远?

专家认为,新产业的发展之路总是荣耀与荆棘相伴,困难与挑战同在。氢能产业化和商业化发展,仍需假以时日。

待入国家发展战略

在今年两会上,来自汽车界的多位人大代表提出了发展氢能源汽车产业的建议,使“氢”这个字眼一再映入人们的眼帘。

3月16日,两会发布的政府工作报告明确提出“推动充电、加氢等设施建设”,这是氢能源首次被写入国务院政府工作报告。

被写入政府工作报告,是否意味着氢能产业将被打上国家标签,成为战略产业?

在中国国际经济交流中心信息部研究员景春梅看来,《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》《“十三五”国家科技创新规划》和《国家创新驱动发展战略纲要》等都将氢能发展与燃料电池技术创新提升到国家战略高度,列为重点发展任务。

2019年,我国第一次将氢能相关内容纳入政府工作报告,表明国家将更加重视氢能发展。

北京清洁燃料协会会长、北京邮电大学教授张永泽表示,“氢能2018年来在我国发展迅猛,但从第三方角度观察,国家层面对氢能产业发展仍然十分谨慎和理性。”

我国需不需要一个氢能发展国家战略?

国家能源局信息中心副主任何勇健表示,“由于我国可再生能源布局具有大规模大范围逆向分布的特征,系统调峰、储能和消纳的压力更大,更需要稳定大容量的储能手段和载体,氢能从现有技术路线看是最佳选择。”

何勇健称,目前,国内对这方面缺乏系统深入的研究论证,或有意无意回避了这方面的尖锐矛盾。这对我国能源的清洁低碳转型是一个潜在的巨大隐患。从这个意义上说,我国对氢能战略的需要比日本和欧美更加紧迫。

2016年10月,我国发布《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书(2016)》,为2030年前的氢能产业发展设定了目标。

蓝皮书要求,2020年率先实现氢能汽车及加氢站的规模化推广应用,建成加氢站100座;氢来源由化石能源为主到逐步提高绿色制氢等。

尽管有了一些规划和目标,在一些专家和企业人士看来,当前一些与氢能产业发展的相关问题没有界定和明确,比如加氢站如何建设、相关标准如何确定、技术路线如何选择等。

曹耀峰表示,“国家应尽快建立顶层设计,统筹氢能产业发展,建立规范化标准,对氢能全产业链发展予以规范引导。让氢能产业链上下游协同创新、发展,全产业链发力,多点突破,带动全面。汽车行业、能源行业应携手破解氢能产业化、商业化的难题。”

据最新消息,有专家表示,氢能产业发展的相关规划或指导最快可能于近两年出台。

待解“朱棣文之问”

10年前,关于氢能源,有一个著名的“朱棣文之问”。

2001年,我国开始氢燃料电池的研发。

2009年5月7日,时任美国能源部部长的朱棣文宣布停止资助氢燃料电池研发。朱棣文在跟中国有关方面交流时,提出两个问题:氢气的来源?成本多少?

今天,在氢能欲飞之时,“朱棣文之问”言犹在耳。有业内专家指出,时至今日,“朱棣文之问”仍然未得到完全解决。

“‘朱棣文之问’的第一个问题实际隐含了氢气制取环节是否清洁的问题。”张永泽说。

氢,能否从源头就使用清洁能源?

现有的制氢路径有三条。

通过煤炭、天然气、焦炉煤气、氯碱尾气可制取“灰氢”,但生产过程中会排放大量二氧化碳;

通过煤炭、天然气等化石燃料制取,再运用CCUS实现碳中和,可得到“蓝氢”;

通过来源于风能和太阳能的可再生能源电解水制取,可得到生产过程没有碳排放的“绿氢”。

中国工程院院士、国家能源专家委副主任杜祥琬认为,“从制氢来说,化石能源也好,非化石能源也好,当前技术上都可以走通。”

但,制约因素是成本。

中国石化经济技术研究院专家罗佐县把不同工艺路线制氢的成本做了比较。

天然气制氢(含炼厂气)成本约0。8~1。5元/Nm³;

石脑油制氢(含液化气)成本约0。7~1。6元/Nm³;

煤制氢(含焦炭)成本约0.6~1.2元/Nm³;

液氨裂解制氢成本约2.0~2.5元/Nm³;

甲醇裂解制氢成本约1.8~2.5元/Nm³;

水电解制氢成本约3。0~3。5元/Nm³。

研究显示,化石能源制“灰氢”成本较低,但碳排放水平高;电解水制氢虽然可达到零排放,但成本较高,限制了“绿氢”的发展。

因此,许多专家认为,发展初期采用化石能源低成本制氢是较为现实的路径。

英国皇家化学会会士、中海油研究总院有限责任公司新能源研究中心专家肖钢认为,“当前一个阶段,化石能源制氢是主流,技术经济可行。可再生能源电解水制氢清洁环保,有望成为未来市场的主流。”

在“灰氢”和“绿氢”之间,还有一条中间路线“蓝氢”。但这种在化石能源制“灰氢”的基础上引入CCS技术降低排放制造“蓝氢”的方法,当前存在一定制约。

罗佐县表示,全球CCS/CCUS示范项目多集中在美国、加拿大和挪威等发达国家,已开展的CCUS工业示范项目来自油气田、化工、电力等行业,多与发电配套。

目前,氢气年产量6900万吨,仅不到40万吨配套了CCUS项目。

由于CCUS项目目前尚缺乏经济性,多处于示范阶段,全面普及仍有一定难度;CCS技术推广需要一定的经济条件,如需要碳交易来推行,但当前全球平均碳价水平仍较低(10美元/吨),对CCS技术发展形成一定制约。这些都在一定程度上制约了“蓝氢”的发展。

除制氢环节成本外,横在氢能源发展面前的障碍还有储运环节成本和燃料电池成本等。

当前,电堆约占车用燃料电池系统成本的60%,燃料电池系统约占整车成本的50%。

肖钢表示,“氢燃料电池系统成本较高,制约了氢燃料电池车的发展。”

据肖钢介绍,膜电极(铂催化剂、质子交换膜等)、电堆加工制造(均一性)及使用环境要求等因素导致氢燃料电池系统成本较高。

因此,降低燃料电池系统成本成为车企及相关研究机构研究的重点。只有燃料电池系统成本大幅下降,氢燃料汽车才能在细分领域形成竞争力,由此带动氢能源的发展。

待建产业安全红线

6月10日,一则挪威地方媒体的报道被秒传。

位于挪威首都奥斯陆郊外的一家氢燃料电池汽车加氢站发生爆炸,导致该地区氢燃料供给中断。爆炸并未造成大规模人员伤亡,附近车辆内有两人因气囊爆出受伤。

爆炸发生后,丰田和现代汽车公司宣布暂停在挪威销售氢燃料电池汽车。

在媒体爆出此次加氢站爆炸的同时,不久前的两起与氢有关的事故(5月23日韩国氢气罐爆炸、6月1日美国加州一氢气配送拖车爆炸)也被重提。氢能源是否安全,这种疑问被迅速放大。

专家认为,一方面,氢在一定环境条件下会产生安全性问题,但只要在使用过程中控制必要条件,就可避免发生危害;另一方面,氢能源产业发展必须应对安全挑战。

罗佐县表示,韩国、挪威、美国几个国家都出现过氢爆炸的现象。虽然说现在已发展成熟的加油站也会有类似的隐患,但氢能作为新生事物容易引起极大关注。

所以,罗佐县指出,“要为氢能产业化发展竖起红线,提升全产业链安全保障水平,避免因为过快发展导致重大事故发生。”

氢,作为一种能源,因为具有易燃易爆特性,安全性已经引起了重视。氢应该作为危险化学品还是普通能源进行管理,也成为专家们关注的问题。

曹耀峰表示,“这个问题仍在争论,把氢纳入危化品是未雨绸缪,把安全摆在第一位。”

“安全”,仿佛是氢的脑袋上悬着的一把达摩克利斯之剑。尽管如此,对氢能产业的发展,专家们仍然表示乐观。

张永泽表示,“人类开发和利用氢能源技术经历了很多曲折,很早也有很多争论。即使在未来,氢能源的发展仍然要面临很多争论,但这些都是积极的。”

张永泽称,“先不论氢气是不是危化品,是危化品就一定会阻碍整个氢能源产业的发展吗?其实并不见得。汽油也是危化品,但中国的加油站已经发展到10万多座了,各方面管理得都很好。”

从国外加氢站的实践看,肖钢表示:“德国的加氢站和加油站、赛百味快餐同时建在一个服务区,却既能保证安全又能发展起来,值得思考和借鉴。”

安全性对于氢来说,举足轻重,仍待完善。

待解加注站发展之困

氢燃料加注站面临诸多痛点,如选址、消除安全隐患、盈利困难、基础设施不足、加氢技术路线选择等。

只要站在风口,猪都能飞起来。但对伫立在风口的氢产业来说,这又是个需要大笔烧钱才能飞起来的机会。

据统计,建设加氢站的投资成本巨大。一个加注量1000kg/d的35MPa加氢站的建设成本高达千万元以上,高出了加油站数倍。

另外,由于终端氢气售价高于化石燃料,初期加注车辆少,预计需要10~15年能够实现正向现金流。

如此高的门槛,使氢能加注产业如浪里淘金,风险突现。

从氢能产业发展较快的几个国家看,政府这只“看得见的手”发挥了明显的推动作用。

在日本,新建一个加氢站能获得中央政府提供的补贴占建站总费用的一半左右,部分地区政府还会提供另外一半的补助,并且无偿借用建设用地。

此外,运营加氢站将获得来自中央政府和车企联盟两方面的补贴:中央政府每年2200万日元,车企联盟(丰田、本田和日产)每年1100万日元。

美国加州众议院在2015年8月通过第八号法案。根据该法案,政府拨款两亿美元用于在2024年之前建设不少于100个公共加氢站。

法案规定,这些加氢站的氢气来源必须是可再生能源,如地热、水电、海浪能、海洋热能、潮汐能、太阳能、风能、生物能、城市固体垃圾转换的气体、填埋气等。

2018年,德国联邦运输与数字设施部门国家创新计划为20 座加氢站提供了2050万欧元补助。

在罗佐县看来,我国氢能的起步阶段需要政策和补贴支持,比如在交通运输领域。

回望国内氢能源的发展,国家与地方政府的支持和补贴力度不小。

2014年,国务院办公厅印发《关于新能源汽车充电设施建设奖励的通知》,对符合国家技术标准且日加氢能力不少于200公斤的新建燃料电池汽车加氢站,每站奖励400万元。

2019年3月26日,国家财政部发出通知,把过渡期后对新能源汽车(新能源公交车和燃料电池汽车除外)给予的购置补贴转为支持充电(加氢)基础设施“短板”建设和配套运营服务等方面。

2019年1月,广东佛山市南海区政府出台《促进加氢站建设运营及氢能源车辆运行扶持办法》,其中包括对2019年12月31日前建设加氢站给予最高800万元的建站补贴等。

目前,国内已有上海、广东、北京、山东、山西、江苏、河北、湖北、浙江等14个省市出台政策支持氢能产业发展。

截至2018年年底,我国已建成投运23座加氢站,占全球已建成投运加氢站总数的6.2%,仅次于日本96座、德国60座、美国42座。

在加氢站的盈利问题之外,专家表示,需要尽快解决影响并阻碍产业发展和产业生态形成的加氢技术路线与标准问题。

张永泽表示,现有加氢站的技术路线可分为三类:现场电解水制氢、现场天然气重整制氢和外部供氢技术。

在张永泽看来,“当前,加氢站技术路线仍有待探索。比如,现场制氢还是外部供氢,低温液氢储运还是高压储运。”

张永泽还指出,特别是现场天然气或甲醇重整制氢,如果不解决碳封存问题,为制氢而制氢,就背离了发展氢能源汽车的初衷。

待成产业生态圈

张永泽表示,“虽然在一百年前,人类已有了对氢能的认识,但氢作为一个产业开始兴起是近20年的事。”

在这20多年中,日本和韩国量产了高压储氢技术氢能乘用车;日本大型连锁便利店与丰田合作,计划推出氢燃料电池货车;德国2017年3月成功测试了世界上第一辆零排放氢动力火车“氢铁”;2017年12月,法国圣洛市第一批氢能源电动自行车正式投入使用……

虽然氢能产业在各个国家的不同领域有了广泛应用,但在张永泽看来:“产业生态的形成,是氢能源产业发展的不二法门。”

可见,与其他能源产业一样,氢能源要想长远发展,有待形成大气候。

张永泽认为,氢能源产业生态圈的形成将经历三个阶段——

卷入厂商增多、资本投入不断加大、分工细化、技术进步加快、产品质量提升;

加氢站网络形成、使用便利性提升,氢能源汽车产品整个生命周期的使用成本大大降低;

经过前两个阶段,推动用户规模不断扩大,为产业生态圈内生产商、物流商、加氢站运营商和氢能源汽车生产商实现规模化生产和经营提供必要前提。

从当前氢能源产业生态建设看,呈现出联合、开放的特点。这不仅表现在全球越来越多的汽车企业、国际能源公司、气体技术公司结成了氢能产业生态联盟和加氢站产业联盟,还表现在核心产品和技术方面,开放的力度前所未有。

2015年,丰田提出将5680件燃料电池汽车技术专利免费开放。“这其实是希望能够有更多的企业进入氢能源领域,共同推动产业发展。”张永泽说。

在他看来,各国发展氢能源实践表明,氢能源产业发展不可能依靠一家或者几家企业的技术突破,需要形成整个产业生态链条,成百上千家企业共同技术创新、集群式技术突破。

张永泽认为,“只有建立共享、共生、开放的产业生态,才能支撑氢能源产业发展。”

今年5月24日,我国首个氢走廊建设发展规划《长三角氢走廊建设发展规划》在浦江创新论坛上发布。“实现氢能产业快速成长,形成具有影响力的氢能产业集群”,成为长三角氢走廊建设发展的中期规划。

肖钢指出:“未来,氢能产业布局、示范应用,将进一步向资源、市场或者具备良好制造业基础的区域聚拢,产业集群将越发明显,长三角、大湾区、京津冀将是氢能推广应用的重点区域。”

氢能,已经起飞,来日飞多远?

在专家看来,一旦形成产业集群和生态圈,我国氢能产业的发展进程将大大加快。

肖钢表示,“我们永远高估了一个产业五到十年的发展速度,永远低估了十年以后的发展速度。”

肖钢补充道,“如果你认为氢能马上就实现产业化了,难免失望一把。你若认为不可能,也许它真的就来了。”

关键字:氢能

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