近年來(lái),隨著各國(guó)陸續(xù)明確碳中和時(shí)間表,全球氫能源加速發(fā)展,并成為各國(guó)能源技術(shù)革命和應(yīng)對(duì)氣候變化的重要抓手。氫能產(chǎn)業(yè)是新能源發(fā)展中至關(guān)重要的一環(huán),“雙碳”目標(biāo)下,氫能發(fā)展賽道競(jìng)爭(zhēng)激烈。
制備綠氫如何降成本
在上海毗鄰江蘇太倉(cāng)的上海電氣氫能實(shí)驗(yàn)室里,一位科研人員在保險(xiǎn)箱上摁了一長(zhǎng)串密碼,打開(kāi)保險(xiǎn)箱,從里邊捧出一塊形似小飯碗的黃色金屬。
這塊金屬正是黃金,業(yè)內(nèi)稱為金靶。小小保險(xiǎn)柜里,除了金靶,還存放著鉑、銥等其他貴金屬靶材??梢哉f(shuō)這里是整個(gè)實(shí)驗(yàn)室最貴重的地方。
這個(gè)藏著各種貴金屬的保險(xiǎn)柜其實(shí)也藏著氫能行業(yè)最大的困境:成本。上海市節(jié)能減排中心副總經(jīng)理齊康認(rèn)為,氫能的中長(zhǎng)期確定性是無(wú)疑的,但當(dāng)前來(lái)看,還有幾個(gè)核心瓶頸,第一個(gè)瓶頸就是價(jià)格高。
在當(dāng)前的技術(shù)路徑下,不管是PEM(質(zhì)子交換膜)電解水制氫,還是氫燃料電池,都需要用到貴金屬材料,其中金、鉑每克數(shù)百元,銥每克高達(dá)千元。燃料電池價(jià)格高,使用燃料電池的氫能汽車價(jià)格相應(yīng)也高,比如豐田氫能源汽車Mirai,國(guó)內(nèi)售價(jià)高達(dá)74.8萬(wàn)元起。
上海電氣在氫能技術(shù)攻關(guān)方面的一大任務(wù)是降載(即減少貴金屬使用量),從而降低氫能裝備成本。上海電氣的氫能團(tuán)隊(duì)從多條路徑嘗試降載,包括把含有貴金屬的漿料更均勻地噴涂在交換膜表面。目前,這個(gè)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)把燃料電池中的貴金屬載量在市場(chǎng)水平基礎(chǔ)上降低了約30%。
業(yè)界感慨氫能的賬算不過(guò)來(lái),除了裝備價(jià)格高以外,還有一個(gè)重要因素:制氫成本高。氫氣按環(huán)境友好程度分為灰氫、藍(lán)氫、綠氫。其中,綠氫由可再生資源電解水制成,全過(guò)程無(wú)含碳化合物排出,符合綠色理念,是未來(lái)能源的發(fā)展方向。但現(xiàn)實(shí)問(wèn)題是,如果單從價(jià)格看,綠氫顯著高于灰氫、藍(lán)氫,缺乏經(jīng)濟(jì)性。
綠氫成本中70%是電費(fèi)。要降低綠氫價(jià)格,節(jié)電是關(guān)鍵。“生產(chǎn)1標(biāo)準(zhǔn)立方氫氣,國(guó)內(nèi)正常水平耗4.5度電。每降低0.1度都不容易。我們新推出的制氫設(shè)備一次性把電耗水平拉到了4.0度以下,降低了0.5度。這在行業(yè)內(nèi)引起了比較大的反響。”吳亮說(shuō)。
在加盟氫器時(shí)代前,吳亮曾在英國(guó)讀書、工作了十多年,也曾在大學(xué)里研發(fā)電解水技術(shù)。回到國(guó)內(nèi),最大的感觸就是節(jié)奏太快了,他說(shuō):“國(guó)內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)瞬間進(jìn)入了紅海,各路廠商直接進(jìn)入拼刺刀階段。”這兩年,幾乎每天都有關(guān)于氫能的新消息傳出。
吳亮說(shuō):“在國(guó)內(nèi)一年相當(dāng)于干了國(guó)外五年的活兒。”他預(yù)計(jì),以這樣的速度迭代下去,幾年后,氫能的價(jià)格瓶頸就可能突破。
主力應(yīng)用場(chǎng)景怎樣開(kāi)發(fā)
氫能與人們最密切相關(guān)的應(yīng)用就是交通。早上8時(shí),在北京德勝門公交場(chǎng)站,每隔3分鐘就有一趟919快公交車發(fā)往延慶,這是北京市首批常態(tài)化運(yùn)營(yíng)的氫能公交。
在開(kāi)了10多年919快的駕駛員李彥斌看來(lái),“這車比燃油車操作體驗(yàn)好,沒(méi)有噪音,起步平穩(wěn)順暢,尤其爬坡時(shí)動(dòng)力十足”。
雖然氫能可以直接用于我們的出行,但在實(shí)際推廣中并不理想。根據(jù)我國(guó)規(guī)劃,到2025年,燃料電池車輛保有量要達(dá)到5萬(wàn)輛,但目前這一數(shù)字僅為2萬(wàn)輛左右。業(yè)內(nèi)人士坦言,氫燃料電池車全環(huán)節(jié)耗電遠(yuǎn)高于純電汽車,轉(zhuǎn)換效率更低,價(jià)格更高。只有在長(zhǎng)距離重載運(yùn)輸、高寒地區(qū)等純電車性能不占優(yōu)勢(shì)的場(chǎng)景下,氫能車才有機(jī)會(huì)。
但調(diào)研中記者發(fā)現(xiàn),當(dāng)前已發(fā)布?xì)淠墚a(chǎn)業(yè)政策的省份,幾乎都將重點(diǎn)聚焦在氫燃料電池汽車及其產(chǎn)業(yè)鏈上,對(duì)氫能其他領(lǐng)域應(yīng)用較少提及。過(guò)于單一的應(yīng)用場(chǎng)景,不僅制約了氫能發(fā)揮比較優(yōu)勢(shì)、確立市場(chǎng)地位,也讓一些真正脫碳困難的領(lǐng)域進(jìn)展緩慢。氫能要推廣,必須要找到更多主力應(yīng)用場(chǎng)景。
事實(shí)上,氫能應(yīng)用遠(yuǎn)不僅是汽車,在那些氫已經(jīng)被用作原料的領(lǐng)域進(jìn)行綠氫替代效率會(huì)更高。2023年6月,中國(guó)石化宣布,我國(guó)首個(gè)萬(wàn)噸級(jí)光伏綠氫示范項(xiàng)目——庫(kù)車綠氫示范項(xiàng)目順利產(chǎn)氫,標(biāo)志著我國(guó)首次實(shí)現(xiàn)了規(guī)?;?a href="http://xivipbz.cn/news/search.php?kw=%B9%E2%B7%FC%B7%A2%B5%E7" target="_blank">光伏發(fā)電直接制氫工藝與工程成套技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用。“項(xiàng)目每年可向下游煉化企業(yè)供應(yīng)綠氫2萬(wàn)噸,減少二氧化碳排放48.5萬(wàn)噸。”中石化新星新疆綠氫新能源有限公司總經(jīng)理范林松說(shuō)。
如果把綠氫儲(chǔ)存后轉(zhuǎn)換為綠氨、甲醇或者綠電,氫氣的利用價(jià)值還可更多元。“我們希望把氫轉(zhuǎn)化為可長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存、低成本運(yùn)輸?shù)漠a(chǎn)品,目前主要是以綠氫為原料合成綠氨,再進(jìn)行銷售。”大安吉電綠氫能源有限公司副總經(jīng)理李斌透露,全球低碳轉(zhuǎn)型提升了綠色產(chǎn)品需求,綠氨產(chǎn)品主要瞄準(zhǔn)日韓和歐洲市場(chǎng),已經(jīng)和航運(yùn)、火電、化工等客戶簽約了意向協(xié)議,產(chǎn)品供不應(yīng)求。
在吉林松原,全球最大體量綠色氫氨醇一體化項(xiàng)目正在建設(shè)中。“受制于氫氣的經(jīng)濟(jì)運(yùn)輸半徑,綠氫應(yīng)用輻射范圍較小,但氨醇產(chǎn)品應(yīng)用已經(jīng)很廣泛,存量市場(chǎng)體量很大,商業(yè)模式也很清晰。”負(fù)責(zé)該項(xiàng)目的中國(guó)能建綠色氫氨新能源松原有限公司副總經(jīng)理孫翔也看好這片藍(lán)海市場(chǎng)。
國(guó)內(nèi)市場(chǎng)綠氨需求也在逐步打開(kāi)。在皖能銅陵火電廠,乘電梯到4層抵達(dá)3號(hào)機(jī)組鍋爐中部,記者見(jiàn)到了全國(guó)首臺(tái)火電摻氨燃燒器。借助等離子裂解器高溫點(diǎn)燃,每小時(shí)可消耗20噸氨,讓這臺(tái)已經(jīng)運(yùn)行了30年的老煤電機(jī)組重?zé)ㄐ律?br />
全國(guó)能源工作會(huì)議在部署2024年重點(diǎn)任務(wù)時(shí)提出,研究探索火電摻燒氫氨技術(shù),推動(dòng)建設(shè)一批“低碳電廠”。氨邦科技有限公司技術(shù)主管馬寧介紹,在燃煤火力發(fā)電領(lǐng)域應(yīng)用氨混燒時(shí),基本不需要改變現(xiàn)有主體設(shè)備,僅需在鍋爐單元改造添加一些支持氨燃燒的裝置,即可達(dá)到碳減排效果。這為煤電綠色轉(zhuǎn)型開(kāi)辟了一條切實(shí)可行的路徑,也為綠色氫氨產(chǎn)品提供了新市場(chǎng)。
一些更加前沿的電氫融合應(yīng)用也在積極探索中。在杭州格力園區(qū),國(guó)網(wǎng)杭州供電公司通過(guò)低碳電氫耦合應(yīng)用示范項(xiàng)目,實(shí)現(xiàn)格力電器生產(chǎn)基地利用清潔能源與電網(wǎng)谷電制氫,并供給基地的氫燃料大巴和物流車使用。制氫時(shí)產(chǎn)生的氧氣則用于空調(diào)生產(chǎn)焊接助燃,系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生的余熱供高溫注塑使用。預(yù)計(jì)每年可減少基地用能成本約256萬(wàn)元,減少碳排放860噸。
氫能應(yīng)用場(chǎng)景廣泛,但如果僅僅依靠市場(chǎng)力量推廣,需要很長(zhǎng)時(shí)間,甚至將錯(cuò)過(guò)應(yīng)用氫氣的最佳時(shí)機(jī)。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為,需要通過(guò)財(cái)政支持與碳市場(chǎng)機(jī)制協(xié)同的方式,降低用氫成本刺激需求。同時(shí),統(tǒng)籌考慮氫能供應(yīng)能力、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和市場(chǎng)空間,與技術(shù)創(chuàng)新水平相適應(yīng),有序開(kāi)展氫能技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用示范。
此外,在綠色認(rèn)證方面,我國(guó)尚未建立國(guó)家層面的綠色氫基能源認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)體系。綠色氫基能源認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)體系一定程度上屬于綠色電力認(rèn)證的延伸,我國(guó)綠電認(rèn)證體系在與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)銜接方面尚未完全打通,涉及的不同領(lǐng)域政策與管理機(jī)制還需進(jìn)一步理順。
關(guān)鍵技術(shù)裝備能否破局
氫氣品質(zhì)移動(dòng)檢測(cè)車填補(bǔ)全球在氫氣品質(zhì)移動(dòng)、快速檢測(cè)領(lǐng)域的技術(shù)裝備空白;一站式海上綠色氫醇氨生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng),是解決深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電等綠色能源離岸遠(yuǎn)、并網(wǎng)成本高等難題的有效途徑;集成式增壓加氫裝置,可為中小型氫能設(shè)備提供加注服務(wù),具有“全球最小加氫站”之稱……
在3月底舉行的2024中國(guó)國(guó)際氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)展覽會(huì)上,一系列綠色、高效、前沿的氫能產(chǎn)品和技術(shù)競(jìng)相亮相,充分展示了這一產(chǎn)業(yè)的蓬勃生機(jī)。
當(dāng)前我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)裝備自主化發(fā)展迅速,但在大規(guī)模氫液化、高壓力儲(chǔ)氫容器、燃料電池等關(guān)鍵技術(shù)和零部件領(lǐng)域仍需進(jìn)口。關(guān)鍵技術(shù)裝備對(duì)外依賴度高,不僅不利于產(chǎn)業(yè)降本,也影響供應(yīng)鏈安全。
“一些國(guó)產(chǎn)關(guān)鍵材料設(shè)備在耐久性、一致性和良品率方面還有差距,主要原因是我們的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化起步較晚,以及產(chǎn)業(yè)化驗(yàn)證環(huán)節(jié)比較稀缺。”葉思宇認(rèn)為,燃料電池汽車發(fā)展主要挑戰(zhàn)是核心技術(shù)和關(guān)鍵部件缺失。應(yīng)重點(diǎn)圍繞燃料電池汽車關(guān)鍵零部件核心技術(shù)攻關(guān),即氫燃料電池全產(chǎn)業(yè)鏈中八項(xiàng)“卡脖子”的關(guān)鍵環(huán)節(jié):催化劑、質(zhì)子交換膜、氣體擴(kuò)散層、膜電極、雙極板、電堆、空壓機(jī)、氫氣循環(huán)泵。
在蕪湖奇瑞科技創(chuàng)新中心,工作人員正不斷試驗(yàn)配制催化劑漿料,從而調(diào)整出最佳方案。“現(xiàn)在國(guó)產(chǎn)替代已經(jīng)進(jìn)入關(guān)鍵材料國(guó)產(chǎn)化替代階段。”安徽瑞氫動(dòng)力科技有限公司常務(wù)副總經(jīng)理潘陳兵說(shuō),漿料配置對(duì)燃料電池性能影響最大,關(guān)鍵是降低貴金屬使用量的同時(shí)保證性能。未來(lái)幾年內(nèi),要將燃料電池成本從當(dāng)前每千瓦4000元降到500元,從而大幅降低氫燃料電池汽車售價(jià)。
今年6月,我國(guó)液氫產(chǎn)業(yè)也有望迎來(lái)歷史性時(shí)刻——國(guó)內(nèi)首臺(tái)套日產(chǎn)10噸級(jí)氫氣液化裝置將在山東淄博齊魯化學(xué)工業(yè)園區(qū)投運(yùn)。
魏蔚博士畢業(yè)于上海交通大學(xué)低溫工程專業(yè)。當(dāng)國(guó)富氫能董事長(zhǎng)鄔品芳找到她,透露自己要攻克中國(guó)人自己的大規(guī)模氫液化技術(shù)時(shí),魏蔚果斷放棄了上市公司高管身份,加入國(guó)富氫能創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì),因?yàn)檫@也是她畢生的夢(mèng)想——在中國(guó)實(shí)現(xiàn)液氫的商業(yè)化應(yīng)用。
“液氫在發(fā)達(dá)國(guó)家早已實(shí)現(xiàn)規(guī)?;裼?,中國(guó)的氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展不能沒(méi)有液氫。”魏蔚說(shuō),國(guó)富氫能團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持自主化、國(guó)產(chǎn)化開(kāi)發(fā),歷時(shí)7年,開(kāi)發(fā)出了國(guó)內(nèi)首套日產(chǎn)10噸級(jí)氫液化裝置,未來(lái)將向日產(chǎn)30噸和100噸級(jí)別發(fā)展。“低溫工程極具規(guī)模效應(yīng),因?yàn)閱巫夯S規(guī)模太小導(dǎo)致成本高昂,我國(guó)在液化天然氣國(guó)產(chǎn)化領(lǐng)域已經(jīng)吃過(guò)虧。液氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展要吸取教訓(xùn),百萬(wàn)噸級(jí)液氫工廠需要國(guó)家頂層規(guī)劃。”
中國(guó)石化董事長(zhǎng)馬永生表示,中國(guó)石化在強(qiáng)化主體支撐、推動(dòng)融通帶動(dòng)上取得了積極進(jìn)展,國(guó)內(nèi)氫能關(guān)鍵裝備研發(fā)制造水平穩(wěn)步提升。將繼續(xù)發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì),聚焦應(yīng)用場(chǎng)景打造等核心任務(wù),在基礎(chǔ)固鏈、技術(shù)補(bǔ)鏈、融合強(qiáng)鏈、優(yōu)化塑鏈上持續(xù)發(fā)力,加快推動(dòng)我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。
專家建議,我國(guó)應(yīng)發(fā)揮新型科研舉國(guó)體制優(yōu)勢(shì),在氫能頂層設(shè)計(jì)中充分發(fā)揮頂層協(xié)調(diào)機(jī)制,統(tǒng)籌各部門政策和資金資源形成合力,持續(xù)推進(jìn)綠色低碳?xì)淠苤迫 ?chǔ)存、運(yùn)輸和應(yīng)用等各環(huán)節(jié)關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)。持續(xù)推動(dòng)氫能先進(jìn)技術(shù)、關(guān)鍵設(shè)備、重大產(chǎn)品示范應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展,構(gòu)建氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展技術(shù)體系。
“出于安全考慮,核電行業(yè)一個(gè)成熟堆型通常要使用幾十年,短時(shí)間很難看到顛覆性創(chuàng)新。相比之下,近幾年氫能技術(shù)裝備創(chuàng)新迭代非???。”樊煥然之前是搞核電的,對(duì)于氫能行業(yè)的創(chuàng)新活力和重要性感受頗深。在他看來(lái),全球氫能產(chǎn)業(yè)總體處于起步階段,我國(guó)氫能裝備性能與國(guó)外差距不大,國(guó)產(chǎn)替代大有希望。
當(dāng)前,新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革,同我國(guó)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展要求形成歷史性交匯。氫能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)已經(jīng)取得重大突破,我們需要牢牢把握全球能源變革發(fā)展大勢(shì)和機(jī)遇,加快培育發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè),加速推進(jìn)能源綠色低碳轉(zhuǎn)型。
原標(biāo)題:氫能產(chǎn)業(yè)正處于規(guī)模化導(dǎo)入期,如何加快培育發(fā)展?