氫能應用助推“雙碳”目標實現

■ 文/齊 康

氫能作為一種來源豐富、綠色低碳、應用廣泛的二次能源和工業還原物料，對“雙碳”目標的實現非常關鍵，也受到了越來越多的關注。

實現碳達峰、碳中和目標是一項宏大而復雜的系統工程，是一場廣泛而深刻的社會變革，涉及能源生產、工業用能、交通運輸等國民經濟的各個領域，需要一系列綠色低碳技術的創新突破及其規模化推廣應用。氫能作為一種來源豐富、綠色低碳、應用廣泛的二次能源和工業還原物料，對“雙碳”目標的實現非常關鍵，也受到了越來越多的關注。2022年3月，國家《氫能產業發展中長期規劃（2021—2035年）》發布，明確了氫能的戰略定位，即氫能是未來國家能源體系的組成部分，是用能終端實現綠色低碳轉型的重要載體。

氫能發展對“雙碳”目標實現的戰略意義

●氫能是構建以新能源為主體的新型電力系統的重要組成部分

推動光伏、風電等綠色電力占比上升和電源結構的低碳化，逐步構建以新能源為主體的新型電力系統，是碳達峰、碳中和的核心任務。近年來，我國光伏發電、風力發電等新能源發電占比快速提升，2020年光伏發電、風力發電的發電量占比達9.5%，2021年增至11.8%（已超過全球平均占比10.3%），但還明顯低于德國、英國、丹麥等先進發達國家（分別為25.2%、28.8%、51.9%）。光伏發電、風力發電等新能源發電具有不穩定性、間歇性的特點，目前我國占比仍比較低，尚可靠配置電化學電池來解決新能源發電短時儲能（若干小時）的需求，以幫助解決電網在輸配、波動性調控、無功調節、調頻調峰等方面的問題。但是，隨著新能源發電比重的進一步上升，達到25%乃至30%以上，電力系統必須通過氫能等載體實現大規模、長周期儲能，從而促進可再生能源的跨地域和跨季節優化配置，實現可再生能源規模化的高效利用。

就上海而言，目前光伏發電、風力發電占比還比較低，本地光伏發電、風力發電裝機占比接近10%，所發電量占比約5%。但是，隨著“十四五”“十五五”碳達峰工作的推進，光伏發電、風力發電裝機占比將達到40%左右，電量預計達到20%左右，這將對上海市電力系統的調節帶來巨大挑戰，相關長時儲能、跨季節儲存設施配置也需要提上議事日程。此外，今后上海新能源發電的主體將是海上風電，特別是深遠海海上風電。但是，由于相應的電力接入距離較遠，接入線路登陸所涉及的岸線、變電站倉位等資源難以支撐，以及遠距離海域輸電成本較高，海上風電所發電力就地制氫再通過管道、船運等輸氫方式進入上海市能源電力系統將是上海市海上風電發展的重要路徑之一。

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●氫能是工業用能終端降低碳排放的重要載體

鋼鐵、化工等領域是全社會碳排放的重點領域，占我國全社會碳排放總量的30%左右。就上海而言，工業領域碳排放占碳排放總量的50%左右，其中鋼鐵、化工排放占其中的75%左右，因而鋼鐵、化工等行業的降碳對全市的碳達峰、碳中和非常關鍵。

鋼鐵領域的碳排放主要包括燒結、煉鐵、煉焦等工藝環節，其中煤炭作為燃料燃燒以及作為還原劑使用的過程排放是主要的排放源。石化、化工行業的碳排放也較為類似，包括蒸汽裂解環節大量的化石燃料燃燒的排放以及煤炭、石油等含碳原料使用的工業過程排放。此類排放由于工藝特性難以通過直接電氣化（綠色電力+電氣化）的方式來脫碳，而綠氫的應用可作為重要的降碳路徑。因此，加強較為經濟的綠氫的供應，因地制宜引導多元應用，將是上海乃至全國在工業領域的降碳，特別是鋼鐵、化工領域降碳的重要路徑。

●氫能是交通運輸領域綠色低碳轉型的重要方向

交通領域是節能減排的主要領域之一。由于制造業比重高，我國交通領域碳排放占比相對不高，占8%左右，但交通領域，特別是航空、海運領域涉及面廣，是國際應對氣候變化的熱點合作領域。國際海事組織提出了2050年相對2008年二氧化碳減排50%的戰略目標，國際航空運輸協會提出了2050年全球航空運輸業實現凈零碳排放的目標。上海作為國際航運中心，包括航空運輸、深海航運等領域排放在內，交通領域排放將占碳排放總量的27%以上，是影響全市碳排放達峰的關鍵領域。

交通領域通過氫燃料替代來降碳可細分為道路運輸領域、海運領域、航空領域。

就道路運輸領域而言，小汽車和輕型商用車降碳將主要由電氣化驅動，氫能將在重型運輸（環衛車、工程渣土車、攪拌車、叉車等）和長途商用車運輸領域發揮重要作用，特別是氫燃料補給站網絡逐步完善后。

就海運領域而言，電氣化的潛力僅限于靠泊時的岸電以及近海航運，因為電池的能量密度難以滿足深海航運要求。壓縮或液體形式的純氫由于能量密度也較低，將不太可能在國際航運中大規模使用，安全問題和缺乏補給基礎設施也是額外的挑戰。但是，將氫生產成氨或合成甲醇等燃料，是較有可能的運輸選擇。使用甲醇或氨可充分利用現有燃料補給基礎設施，船舶上的燃料儲罐成本也較低，特別是使用甲醇。由于甲醇需要通過氫、二氧化碳進行合成，還可實現其他工業設施捕集的二氧化碳的再利用。

就航空領域而言，電池在長途飛行中不具可行性，純氫作為零碳航空燃料是一個可能的路線選擇，但也存在能量密度低、氫罐安全等問題，預計較長時間內還難以大規模使用。與海運領域類似，使用基于綠氫生產的高能量密度的合成燃料更為可行。

綜上而言，氫能的發展對上海乃至我國的交通、工業、能源等主要領域的降碳都非常重要，特別是在后續碳中和階段，將是重要路徑之一。

上海市氫能發展建議

上海作為我國氫能產業發展的先行者，有必要強化科技資源聚焦，加強政策創新突破，進一步打造基于自主創新的現代氫能產業，力爭形成發展先機，從而為碳達峰、碳中和目標實現提供支撐，為經濟發展提供新動能。相關的關鍵舉措建議如下：

●加快突破關鍵部件和核心技術

目前，我國氫能產業鏈中相關關鍵部件技術水平與國外先進水平差距較大，這是上海乃至全國氫能發展的最大瓶頸。例如：國內質子交換膜相關企業基本處于研發應用前期或試生產階段，較國際產品有兩代左右的差距；國內氣體擴散層（碳紙）企業基本處于預研制樣階段，還缺少商業化產品；催化劑方面，國內企業在低載量高活性催化、化學穩定性耐久性、生產批次穩定性等性能上需要提升和突破。這有必要依托上海科技資源及燃料電池等產業基礎，突破攻克燃料電池電堆、制氫環節催化劑、質子交換膜、碳紙、固體氧化物電解池（SOEC）等核心部件，以及儲運Ⅳ型瓶、低溫液氫、管道摻氫等核心環節制備技術，形成全鏈條自主可控，提升系統的可靠性和耐久性，持續降低制儲用氫全環節的系統成本。

同時，在氫能相關前瞻性和顛覆性技術方面，有必要發揮上海高校及在滬中國科學院科研機構在基礎研究方面的優勢，圍繞新型氨氫轉換、固態儲氫等開展研究布局，加強氫、二氧化碳等生產合成燃料、可再生燃料的前沿技術研發和產業創新，開發具有自主知識產權的核心材料和關鍵零部件，提升創新策源能力，為未來氫能產業新風口奠定技術基礎。

●加強政策創新

目前，加氫站體系的建設是產業發展的瓶頸之一，對加氫站建設的政策支持非常必要。需要優化加氫站、油氫合建站等建設管理體系，建立氫能制備、檢測服務、加氫基礎設施等建設項目審批“綠色通道”，在有條件的非化工區用地開展可再生能源制氫和加氫一體化站建設試點。建議將獨立建設加氫站用地納入公用設施用地范圍，在符合相關規范、安全條件的前提下，優化用地預審與規劃選址等前期手續。

●打造示范應用場景

氫能在工業、能源、交通等領域有較好的降碳應用潛力，在產業發展初期，有必要由政府或相關龍頭企業打造或提供示范應用場景，也有必要結合上海市氫能產業城市群、長三角氫輸運高速示范線路、長江氫走廊等，打造氫能在機場、港口、鋼鐵、電廠、物流等領域的示范應用場景，為產業的發展和技術創新提供探索經驗。

●完善產業標準及檢測體系

標準體系完善是政策創新、場景示范的重要依托。上海市有關龍頭企業、科研機構有必要聯合組建相關氫能標準委員會，重點加強儲運氫裝置、輸氫管道、加氫站等基礎設施標準，以及交通和儲能等氫能應用標準研究。結合標準研究，建設儲運、制氫、燃料電池電堆系統及其關鍵零部件成套測試認證平臺，形成檢測認證服務和測試裝備供應體系，為產業發展提供支撐。