一體化思路推動氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展

曲博

在能源革命和能源轉(zhuǎn)型推動下，氫氣的能源屬性越來越受關(guān)注，成為主要能源消費(fèi)國替代傳統(tǒng)化石能源，提升能源安全的重要選項。

目前全球作為能源使用的氫氣（發(fā)電、交通運(yùn)輸）尚不足總消費(fèi)量的3%，但其作為能源的獨(dú)特優(yōu)勢越來越受到重視，能源領(lǐng)域的應(yīng)用正成為推動全球氫產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的核心動力。

我國具備氫能全產(chǎn)業(yè)發(fā)展所需的資源、技術(shù)和市場條件，應(yīng)該按照短期發(fā)展灰氫、中期發(fā)展藍(lán)氫、長期發(fā)展綠氫的思路，通過在化石能源生產(chǎn)和集散區(qū)打造“無碳城”、在可再生能源產(chǎn)區(qū)打造“綠氫經(jīng)濟(jì)帶”的模式，配套相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策，調(diào)動市場主體積極性，推動我國氫能產(chǎn)業(yè)更好、更快發(fā)展。

從國家層面看，全球主要能源消費(fèi)國都已將氫能提升到國家能源戰(zhàn)略層面。

美國自上世紀(jì)70年代開始關(guān)注氫能，2014年，美國頒布《全面能源戰(zhàn)略》，確定了氫能在交通轉(zhuǎn)型中的引領(lǐng)作用。

日本最早探索氫氣作為能源，在1973年成立氫能源協(xié)會，引導(dǎo)開展氫能源技術(shù)研發(fā);2013年，日本推出《日本再復(fù)興戰(zhàn)略》，把發(fā)展氫能提升到國家政策高度;2014年提出實(shí)現(xiàn)“氫能社會”的構(gòu)想，并在2017年發(fā)布《氫能基本戰(zhàn)略》，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)制定具體行動計劃。

韓國將氫能視為保障其國家能源安全、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的抓手，2018年明確提出將“氫能產(chǎn)業(yè)”確定為三大創(chuàng)新增長戰(zhàn)略投資領(lǐng)域之一;2019年發(fā)布《氫能經(jīng)濟(jì)發(fā)展路線圖》，提出以氫燃料電池汽車和燃料電池為核心，打造成世界最高水平的氫能經(jīng)濟(jì)領(lǐng)先國家的發(fā)展目標(biāo)。

歐盟國家根深蒂固的環(huán)保意識是推動其氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要保障。2019年，歐洲燃料電池和氫能聯(lián)合組織發(fā)布《歐洲氫能路線圖：歐洲能源轉(zhuǎn)型的可持續(xù)發(fā)展路徑》，提出面向2030、2050年的氫能發(fā)展路線圖;目前，歐盟的氫能發(fā)展呈現(xiàn)德國領(lǐng)跑、法國追趕、其他國家跟跑的局面。

我國在2001年啟動了首個氫能“973”項目，此后的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》《“十三五”交通領(lǐng)域科技創(chuàng)新專項規(guī)劃》等都從不同方面提出了氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃和扶持措施;2019年，國家統(tǒng)計局印制《能源統(tǒng)計報表制度》，首次將氫氣納入2020年能源統(tǒng)計;2020年4月，國家能源局發(fā)布《中華人民共和國能源法（征求意見稿）》，首次從法律上將氫能列為能源;2020年5月，第十三屆全國人民代表大會第三次會議批準(zhǔn)《關(guān)于2019年國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展計劃執(zhí)行情況與2020年國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展計劃草案的報告》，明確指出“制定國家氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃”。

從行業(yè)層面看，目前，上游制氫已經(jīng)擁有相對成熟的規(guī)模化生產(chǎn)技術(shù)（化石原料制氫）和較明確的長期發(fā)展方向（可再生能源電解水制氫）;下游應(yīng)用場景也逐漸明確（氫燃料電池乘用車、氫內(nèi)燃機(jī)商用車）;中游的儲運(yùn)方面，液態(tài)氫的儲存和運(yùn)輸是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，尚缺實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，是制約氫產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸所在。不過，這絲毫不影響人們將氫氣作為能源使用的熱情。當(dāng)前，全球范圍內(nèi)有多個氫能項目正在開展，涵蓋全氫產(chǎn)業(yè)鏈（見下表）。

全球在開展的典型氫能利用案例

從公司層面來看，大型國際石油公司都在氫能領(lǐng)域有所涉足。BP早在1978年就申請了第一件氫燃料電池專利，在全球參與了多個氫能示范項目，與戴姆勒克萊斯勒、福特合作研究先進(jìn)燃料電池技術(shù)，在北京建成中國第一座加氫站。殼牌2013年開始在氫能領(lǐng)域全面發(fā)力，與日本巖谷產(chǎn)業(yè)、日本電源開發(fā)公司合作，將澳大利亞的低質(zhì)褐煤轉(zhuǎn)化為氫氣，并與川崎重工合作研發(fā)液氫運(yùn)輸船，將所產(chǎn)氫氣液化后船運(yùn)回日本。2017年，殼牌與豐田正式達(dá)成合作協(xié)議，在加利福尼亞州建造7座加氫站，并將在2024年增加至100座。

我國企業(yè)也在積極布局氫能領(lǐng)域。2018年，中化集團(tuán)成立中化能源國際氫能與燃料電池科技創(chuàng)新中心，專攻氫燃料電池，據(jù)稱其新能源業(yè)務(wù)已進(jìn)入戰(zhàn)略突破和攻堅階段;截至2019年底，中國石化已先后在廣東、上海、浙江等地建成了4座油氫合建站，并開始探索布局氫能全產(chǎn)業(yè)鏈。

與國外企業(yè)相比，我國石油化工企業(yè)尚未實(shí)質(zhì)性參與氫能領(lǐng)域，也缺少相應(yīng)的頂層設(shè)計和中長期發(fā)展規(guī)劃。我國企業(yè)應(yīng)抓住國家氫能領(lǐng)域相關(guān)立法逐漸完善、鼓勵扶持政策逐漸成型的機(jī)會，以“十四五”規(guī)劃為抓手，將氫氣作為能源產(chǎn)品從公司的整體業(yè)務(wù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)布局方面進(jìn)行頂層設(shè)計，推動氫能產(chǎn)業(yè)更好、更快發(fā)展。

不同制氫技術(shù)的終端加注總成本對比

說明：

1. 成本單位為元/kg。

2. 制備成本估算不考慮原料從門站到制備點(diǎn)的儲運(yùn)成本和碳稅;原料價格取全國門站平均值。

3. 儲運(yùn)成本均按照200 公里以內(nèi)壓縮液態(tài)運(yùn)輸方式估算。

4. 加注成本估算采用500kg/ 日加注規(guī)模的加注站模型，加注成本中僅考慮了加注站土建、加注設(shè)備、人工成本，未考慮土地使用成本。

打造氫能“無碳城”和“綠氫”經(jīng)濟(jì)帶

1.打造日照“無碳城”

山東省境內(nèi)的日照港是我國重要煤炭輸出港，擁有國內(nèi)泊位水深最深、泊位能力最大的15萬噸級煤炭專用泊位2個和5萬噸級煤炭專用泊位1個，通過能力超過4500萬噸，創(chuàng)造了9486噸/小時煤炭裝船全國紀(jì)錄;隨著港區(qū)鐵路改建和石臼港區(qū)南區(qū)的開發(fā)建設(shè)，日照港煤炭通過能力將達(dá)到1億噸以上。

在裝備制造方面，山東省是我國裝備制造能力最強(qiáng)的省份之一，青島、濰坊、濟(jì)南等地均擁有綜合實(shí)力較強(qiáng)的工業(yè)設(shè)備和特種裝備制造企業(yè)，日照港與這些地區(qū)的距離均在200公里左右，在其輻射范圍之內(nèi)，且自身也具備一定的機(jī)械設(shè)備制造能力，可以為煤制氫相關(guān)設(shè)備制造提供支撐。

從成本角度來看，當(dāng)終端氫氣加注成本不超過40元/kg時，氫燃料電池汽車相比傳統(tǒng)汽車具有較強(qiáng)競爭力。目前，不同制氫技術(shù)的終端加注成本如右圖所示。從成本對比情況來看，只有煤制氫可以經(jīng)濟(jì)性替代傳統(tǒng)車用燃料，天然氣制氫經(jīng)濟(jì)性差，電解水制氫則完全無法與傳統(tǒng)車用燃料競爭。結(jié)合日照港地區(qū)煤炭集散中心的獨(dú)特優(yōu)勢，其原材料成本應(yīng)低于全國平均水平，在該地開展氫燃料加注的經(jīng)濟(jì)性會進(jìn)一步提升。

儲運(yùn)與市場方面，日照與東營、濱州、青島等山東地?zé)捿^集中區(qū)的距離均在300公里左右，接近管道輸氫的最佳距離，可以將部分氫氣供應(yīng)地?zé)挕？紤]到煤制氫的碳排放較高，需要進(jìn)行捕集和封存處理，而二氧化碳是油田提高采收率的重要原料之一，日照臨近勝利油田，可通過與油田互惠合作的方式進(jìn)行碳處理。此外，日照港與日韓隔海相望，具備與其開展氫能貿(mào)易的地理優(yōu)勢。

以上分析表明，日照具備通過煤制氫發(fā)展氫能全產(chǎn)業(yè)鏈的基礎(chǔ);如果按照其每年1億噸以上的煤炭通過量，將其中的1%用于制氫，可生產(chǎn)氫氣12.5萬噸，若用其替代傳統(tǒng)汽油和柴油，每年可為約150萬輛民用汽車提供動力;截至2019年底，整個日照市的汽車保有量約為90萬輛。可以考慮借助日照在煤炭資源方面的獨(dú)特優(yōu)勢，通過煤制氫氣與碳捕捉與封存技術(shù)聯(lián)合使用，推動氫氣在交通運(yùn)輸、發(fā)電等領(lǐng)域?qū)γ禾俊⑷加偷葌鹘y(tǒng)化石能源的替代，打造基于氫能的“無碳城”。

2.打造沿江“綠氫”經(jīng)濟(jì)帶

從全球長期發(fā)展趨勢來看，利用可再生能源電解水制氫，即“綠氫”是氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的終極目標(biāo)，但目前可再生能源制氫面臨成本瓶頸。

在所有可再生能源發(fā)電中，水電的成本是最低的。如果在水電站就近利用水電電解水制氫，電費(fèi)按照平準(zhǔn)化成本計算，則制氫成本約為15元/kg，與天然氣制氫大體相當(dāng)，而且可以實(shí)現(xiàn)零排放，獲得真正意義上的“綠氫”。

我國是全球水力發(fā)電量最多的國家，2018年的水力發(fā)電總量為1.2萬億千瓦時，但隨著水電裝機(jī)容量的不斷增加，棄水問題也越來越嚴(yán)重，2018年的棄水量接近700億千瓦時。按照目前生產(chǎn)1kg氫氣用電約56千瓦時估算，如果在水電站就近配套制氫設(shè)施，將被棄水電用于制氫，可生產(chǎn)氫氣約125萬噸。如果將這些氫氣按照20元/kg（加注站盈虧平衡成本約為40元/kg）出售，相當(dāng)于增加約250億元人民幣的產(chǎn)值。

另一方面，用于船舶動力也是氫能的重要領(lǐng)域之一，歐美、日本等國都在持續(xù)開展船用氫燃料電池相關(guān)研究。2019年，中國船舶集團(tuán)公布由其自主設(shè)計研發(fā)的全球首艘氫燃料試點(diǎn)船舶設(shè)計方案，為一艘2000噸級定點(diǎn)航線內(nèi)河自卸貨船，采用4組125kW質(zhì)子交換膜氫燃料電池作為船舶主動力源，輔以4組250kWh鋰電池組進(jìn)行調(diào)峰補(bǔ)償，同時船舶載有35MPa高壓氫氣瓶組儲存氫氣燃料，可續(xù)航140公里。

我國長江干流和支流分布著多個水電站，其中干流上的三峽、葛洲壩等四大水電站年發(fā)電量一超過2000億千瓦時;如果將其中的1%用于電解水制氫，按照目前生產(chǎn)1kg氫氣用電約56千瓦時估算，每年可生產(chǎn)氫氣約3600萬噸。可以試點(diǎn)在沿江水電站福建配套水電電解制氫和加氫設(shè)施，將長江流域的中短途貨船替換為氫燃料電池貨船。建立以水電制氫為核心，氫氣加注為紐帶，制氫用氫機(jī)械設(shè)備為外延的沿江“綠氫”經(jīng)濟(jì)帶。

石油化工企業(yè)氫能產(chǎn)業(yè)鏈布局建議

2020年是我國氫能產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)折年，氫能在我國能源體系中的定位已基本明確，對氫能的認(rèn)識已經(jīng)從新能源汽車領(lǐng)域向外輻射，氫能全產(chǎn)業(yè)鏈布局的思路逐漸明確，相關(guān)扶持和激勵政策陸續(xù)醞釀出臺，為我國石油化工企業(yè)布局氫能全產(chǎn)業(yè)鏈提供了機(jī)遇。

上游領(lǐng)域，煤制氫和天然氣制氫是目前最成熟、最具經(jīng)濟(jì)性的氫氣制備技術(shù)，石油化工企業(yè)具備煉廠制氫的先發(fā)技術(shù)優(yōu)勢和一定的化石資源基礎(chǔ)。短中期來看，隨著國內(nèi)環(huán)保要求提高，成品油質(zhì)量提升在即，煉廠用氫需求將持續(xù)增長，大型煉廠在制氫方面比較靈活，但中小型地?zé)挼闹茪淠芰﹄y以滿足大規(guī)模加氫的需求，可能出現(xiàn)大量采購氫氣的情況。長期來看，電解水制氫，特別是利用可再生能源電解水制氫是行業(yè)發(fā)展大勢所趨，可以通過合作資助、聯(lián)合研發(fā)、應(yīng)用示范的形式參與國內(nèi)外相關(guān)項目，為大規(guī)模、商業(yè)化電解水制氫奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

中游領(lǐng)域，一方面，氫氣極易發(fā)生逸散，而且在空氣中的爆炸范圍廣（4%-74%），屬于易爆品，氫能產(chǎn)業(yè)的中游儲運(yùn)環(huán)節(jié)應(yīng)該遵循標(biāo)準(zhǔn)和基礎(chǔ)設(shè)施國家和行業(yè)協(xié)會主導(dǎo)、企業(yè)主體積極參與的原則。另一方面，日本和韓國都已經(jīng)發(fā)布了明確的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線，但其國內(nèi)化石能源匱乏，短中期進(jìn)口需求會明顯增長，其中日本計劃在2030年之前從海外進(jìn)口200-300億立方米氫氣。我國石油化工企業(yè)可以依托日照“無碳城”等國家示范區(qū)項目，在環(huán)渤海港口布局氫氣廠，利用地理優(yōu)勢開展對日韓的氫氣國際貿(mào)易。

下游領(lǐng)域，氫在交通運(yùn)輸領(lǐng)域?qū)κ偷奶娲蕾囉跉淙剂想姵睾蜌鋬?nèi)燃機(jī)的推廣和使用，目前國內(nèi)在這兩方面都處于起步階段，與歐美、日韓都有較大差距。國內(nèi)相關(guān)能源企業(yè)可以結(jié)合上游資源和裝備制造優(yōu)勢，加大氫燃料電池和氫動力設(shè)備的研發(fā)力度。

此外，東部沿海地區(qū)是目前我國氫燃料電池發(fā)展最集中的地區(qū)，可以配合國家新能源汽車推廣政策，加快推進(jìn)“油、電、氫、氣”合建站建設(shè);還可以積極參與沿江“綠氫”經(jīng)濟(jì)帶，在主要水電站附近布局制氫、和氫氣加注業(yè)務(wù)。

編輯：賀詩 heshi@ceweekly.cn

美編：孟凡婷