氫能大規(guī)模產業(yè)化應用需克服四大挑戰(zhàn)

時間:2024-04-09 08:16來源:中國經濟時報 作者:李繼峰
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隨著應對全球氣候變化形成普遍共識,主要國家陸續(xù)提出碳中和規(guī)劃,進一步提高氫能產業(yè)發(fā)展目標,未來綠氫的市場需求將顯著增長。目前,氫能大規(guī)模產業(yè)化應用仍需克服四大挑戰(zhàn),即完善氫能的行業(yè)標準規(guī)范、形成“制儲輸用”完整產業(yè)鏈、構建長距離低成本的氫能運輸體系和降低綠氫的生產成本。
 
未來需要在氫能“能源屬性”上形成共識,其中,建立健全適宜的行業(yè)監(jiān)管體系,是進行氫能轉型的前提條件;研發(fā)高效低成本的綠氫制備技術,推動“電—氫”耦合,是提高氫能市場需求的關鍵途徑;培育多元化氫能儲運網絡,實現長距離長時間氫能儲運,是連接氫能產業(yè)鏈的必由之路;打造氫能全產業(yè)鏈綜合示范區(qū),配套氫能產業(yè)政策,是拓展氫能應用場景,推動技術創(chuàng)新突破,加速氫能產業(yè)商業(yè)化的有效手段。
 
氫能成為全球競爭新賽道
 
氫能是來源豐富、綠色低碳、應用廣泛的二次能源。在全球碳中和潮流下,氫能受到各國高度重視,有望很快成為實現能源低碳轉型的重要載體。
 
目前,全球每年氫能需求量約9400萬噸,主要用于煉化和工業(yè)領域。隨著氫能應用場景的持續(xù)拓展,將極大帶動氫能的市場規(guī)模,預計氫能市場規(guī)模將得到顯著擴大。根據國際能源署(IEA)預測,到2030年,全球氫能需求量將達到1.5億噸,并在2060年突破4億噸,其中,2030年之后的新增供給將主要來自綠氫。
 
為了實現碳中和目標和能源低碳轉型,世界主要經濟體陸續(xù)出臺或更新氫能發(fā)展戰(zhàn)略,提升了氫能和綠氫的發(fā)展目標。例如,德國政府更新氫能戰(zhàn)略目標,計劃于2030年之前在氫能技術全產業(yè)鏈上取得全球領先,且電解水制氫規(guī)模達到10吉瓦(相當于1000萬千瓦);美國則將2040年、2050年的綠氫生產目標分別提高到2000萬噸和5000萬噸;日本規(guī)劃氫和氨的供應量在2040年、2050年分別達到1200萬噸和2000萬噸;韓國政府宣布投入2.4億韓元(約合1.93億美元)的資金支持6個氫能城市建設。
 
在我國碳達峰碳中和戰(zhàn)略部署中,氫能已作為深入推進能源生產和消費革命,構建清潔低碳、安全高效能源體系的重要領域。2022年3月,國家發(fā)改委和國家能源局聯合發(fā)布《氫能產業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021—2035年)》。全球氫能賽道已初步形成,未來發(fā)展可能超過現有戰(zhàn)略預期。對此,我國應著眼全球氫能產業(yè)發(fā)展大趨勢,找準切入點,力爭復制電動汽車、動力電池的成功案例。氫能發(fā)展是我國實現“雙碳”目標的重要途徑之一,氫能在發(fā)電側、電網側和負荷側均有廣泛的應用場景,是中國新型電力系統建設的優(yōu)質介質。隨著能源消費模式的轉變,氫能在未來的能源結構中將占據重要位置。
 
我國氫能發(fā)展面臨的主要挑戰(zhàn)
 
1.氫能的“能源屬性”與“行業(yè)標準規(guī)范”有待進一步完善。
 
氫能兼具“清潔能源”與“;”的雙重屬性,在做好氫能安全管理的基礎上,需要明確氫氣的能源屬性并加快制定氫能的行業(yè)標準和技術規(guī)范。近年來,我國加快了氫能發(fā)展戰(zhàn)略部署。2022年3月23日,國家發(fā)展改革委、國家能源局聯合發(fā)布的《氫能產業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021—2035年)》明確了氫能在中國的能源屬性,但針對氫能產業(yè)鏈安全監(jiān)管體系缺乏統一認知,特別是對氫能的能源屬性理解不足,導致在落實氫能項目時安全監(jiān)管機構職責不夠明確,跨部門、跨領域缺乏協作協調。
 
2.氫能產業(yè)鏈體系尚不完備。
 
制氫、儲氫、運氫及應用尚未形成完備高效的產業(yè)鏈。在產業(yè)上游,我國灰氫技術成熟、成本低,但化石能源緊缺,加之排放量高、雜質多需要提純,或將逐步被可再生能源制氫(綠氫)技術所取代。不過,目前,我國利用清潔能源制氫的效率偏低,還沒有到大規(guī)模生產的產業(yè)階段。在產業(yè)中游,國內車載高壓儲氫以及運氫方面均比較薄弱,基礎設施缺口較大,加氫站數量少且儲氫量小。在產業(yè)下游,氫能當前的應用范圍比較窄,主要以燃料電池形式應用于交通領域,且技術瓶頸導致成本較高,燃料電池汽車的產業(yè)化應用推廣仍存在一定難度。
 
3.長距離、大規(guī)模、低成本的氫能儲運系統仍有待突破。
 
氫能的資源與需求在空間分布上不匹配,且目前氫能長距離長時間儲運技術不夠成熟、成本較高,制約了氫能的大規(guī)模生產與消納。我國綠氫上游生產多集中在華北、西北、東北等可再生能源較為豐富的地區(qū),而下游需求多分布在華東、華南等經濟發(fā)達地區(qū),需要依靠長距離儲運技術以實現氫能跨區(qū)域統籌利用。綠氫在我國空間維度上的錯配問題及新能源制氫的波動性問題,對氫能跨區(qū)域、跨時間儲運提出了更高要求,氫儲運供應鏈產業(yè)化水平有待提高。
 
4.較高的綠氫生產成本制約上下游產業(yè)的市場競爭力。
 
綠氫制氫和用氫場景的技術經濟性較差。目前,氫燃料汽車加注綠氫成本在50-60元/公斤?稍偕茉粗茪涞某杀靖,導致綠氫產業(yè)鏈整體成本居高不下,綠氫及其下游產品的價格遠高于同類型傳統產品,市場競爭力不足,嚴重制約了綠氫的應用和產業(yè)鏈的發(fā)展。
 
綠氫要實現大規(guī)模低成本生產需要從系統設計、多電解槽運行管理、材料可靠性等方面進行優(yōu)化,進一步降低綠氫制備系統總成本,提高制氫效率。同時,還需要進一步發(fā)展“風光儲氫”耦合技術來提高可再生能源電力的消納,推動“電—氫能”系統在滿足生產目標條件下,實現最優(yōu)化運行。另外,還要重視培育氫能應用場景,如氫能特種車輛、港口物流車、重型卡車、公交車等,以解決部分試點城市規(guī)劃難以落實的困境。
 
對我國未來氫能產業(yè)政策的建議
 
1.加快標準體系建設,強化有效監(jiān)管。
 
參考國際氫能技術發(fā)展方向,結合我國氫能產業(yè)發(fā)展實際情況,明確各種類型氫能的定義范圍,制定符合國家戰(zhàn)略和行業(yè)特色的安全標準。同時,適度前瞻地制定管理制度,管控氫能產業(yè)鏈的安全風險,促進氫能產業(yè)安全發(fā)展。
 
盡快明確氫能的行業(yè)主管部門,由其牽頭各相關部門,建立統籌協調機制,建立完善的氫能基礎設施審批、建設、驗收流程。以統籌氫能產業(yè)發(fā)展與全鏈條安全為抓手,盡快建立健全氫能監(jiān)管制度和監(jiān)管職能,加強監(jiān)管能力建設,強化對制、儲、運、加、用等全產業(yè)鏈重大安全風險的預防和管控,建立安全事故防范機制、安全應急響應機制,提升全過程安全管理水平。
 
2.研發(fā)高效低成本的電解水制氫技術和裝備,推動“電—氫”耦合。
 
發(fā)展氫能已成為能源綠色轉型和實現低碳發(fā)展的必然選擇,綠氫關鍵技術的突破與成本降低是促進氫能需求增長的關鍵因素。一方面,要加快研發(fā)基于“電—氫”耦合的“水風光儲氫”一體化系統,突破可再生能源發(fā)展的瓶頸,提高其消納比例,滿足規(guī);、長周期儲能需求;另一方面,“水風光”互補平穩(wěn)地出力能保證制氫系統處于最佳工況下運轉。同時,推動大規(guī)模氫儲能在能量轉化效率、安全問題和核心技術上盡快得到突破。比如,PEM電解槽未來要降低貴金屬用量、提高使用壽命和波動適應性。
 
3.培育多元化氫能儲運網絡,連接氫能上下游產業(yè)鏈。
 
大規(guī)模氫能儲運網絡體系,是實現長距離輸氫和長時間儲氫、連接氫能上下游產業(yè)鏈、推動氫能生產和消費、促進氫能產業(yè)發(fā)展的重要基礎。儲氫有氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)等方式,三種技術在儲氫密度、成本和效率上各有利弊。要加強技術創(chuàng)新,繼續(xù)提高氣態(tài)儲氫密度,降低低溫液態(tài)儲氫能耗和成本,提高固態(tài)儲氫密度、降低成本和吸放氫溫度,降低有機液體儲氫成本、簡化操作和反應條件。
 
目前,氫能儲運方式主要以高壓氣態(tài)儲氫為主,中長期要發(fā)展液態(tài)儲氫,固態(tài)儲氫目前應用較少,未來在成本和能源效率上獲得突破后,也將成為一種有效的儲氫方式。目前,國內在等離子體方法制備納米結構鎂基儲氫合金、金屬氫化物水解制氫、N-乙基咔(NEC)有機液體儲氫方面已取得原創(chuàng)性成果,應用前景可觀。
 
4.打造氫能全產業(yè)鏈綜合示范區(qū),拓展應用場景。
 
發(fā)展“海上風電+氫能”全產業(yè)鏈綜合示范項目,是以用促產,豐富氫能應用場景,激勵氫能技術進步和創(chuàng)新突破,推動產業(yè)鏈協同進步的重要舉措,也是加速氫能商業(yè)化的有效手段。
 
建議將海南省打造為“清潔能源島”,建設氫能全產業(yè)鏈綜合示范區(qū),可加快氫能項目招商引資,推動產業(yè)加速集聚,幫助氫能企業(yè)做大做強,增強創(chuàng)新動力,突破綠色氫能“卡脖子”技術和關鍵設備,拓展應用場景,加速氫能在海南省乃至全國大規(guī)模產業(yè)化、商業(yè)化進程。
 
(作者系國務院發(fā)展研究中心資源與環(huán)境政策研究所氣候政策研究室主任、研究員)
 
(責任編輯:子蕊)
文章標簽: 氫能
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