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躁動的氫能
2019-03-14 09:03:26 來源:界面 作者: 【 】 瀏覽:1038次 評論:0

圖片來源:視覺中國

隨著能源轉型的快速推進,氫能的戰略價值進一步凸顯。

國際氫能委員會發布的《氫能源未來發展趨勢調研報告》顯示,到2050年,氫能源需求將是目前的10倍,全球能源需求的18%將來自氫能源。

“如果說中國目前的氫能發展處于2.0階段,韓國則為2.5,而日本已經達到了3.1。”有專家如此形容氫能的世界形勢。

中國作為世界第一的能源消費國,是目前氫能產能最大的國家,也是氫能分布最廣泛的國家。但在技術上,尤其是在氫能高端的裝備制造、燃料電池的基礎研究等領域,我國與日本、德國、韓國等還有較大的差距。

盡管聲勢浩大,但氫能作為一種能源產業來講仍然十分弱小,缺乏國家實質性支持以及相應的規劃。換言之,氫能雖然已經呈現出洶涌噴發之勢,但同時也呈現著美好和坎坷的兩面性。

氫能熱潮倒逼國家戰略

“學校還在放假,學生們大都還沒有回來。我年前正好去日本東京理工大學參加了第四屆氫能研討會,所以也想和你聊一聊國外對氫能發展的重視。”春節過后不久,記者在清華大學見到了清華大學核能與新能源技術研究院教授,同時也是國際氫能協會副主席的毛宗強,年過七旬的他看起來依然精力充沛。

毛宗強認為:國際上,日本在2017年12月確立了“氫能源基本戰略”,主要目標包括到2030年左右實現氫能源發電商用化,以削減碳排放并提高能源自給率;2019年1月,韓國總統文在寅在蔚山市政府大樓發布“氫能經濟發展路線圖”,計劃到2019年底,在國內普及4000輛以上氫燃料電池汽車,遠期在2025年和2040年也做了明確的要求。

而中國國家領導人與氫最為接近的時刻發生在2018年5月,國務院總理李克強在日本首相安倍晉三陪同下參觀了豐田汽車的氫燃料電池車。

近年來,氫能在全各地如雨后春筍般出現。在京津冀、長三角、珠三角、華中、西北、西南、東北,有關氫能的規劃都在密集發布,或是氫氣制取,或是氫燃料電池汽車,“氫都”、“氫谷”林立的局面已然形成。

同濟大學原汽車學院院長、中國氫能源及燃料電池產業創新戰略聯盟(下簡稱“中國氫能聯盟”)專家委員會主任余卓平告訴記者:“現在的問題是沒有國家的整體規劃。各個地方都結合自己的資源開始規劃設計,這是一個好事情,但實際上作為一個能源結構的專業階段,并不是一個地方的事情,而是國家的事情,現在迫切需要的是國家的總體規劃。”

2018年2月,國家能源集團牽頭,同濟大學、中國鋼研、中船重工、國家電網、中國一汽、東方電氣、航天科技、東風汽車、寶武鋼鐵、中國中車、三峽集團等多家央企和科研機構參與的中國氫能聯盟成立。國務院國資委主任肖亞慶,科技部部長萬鋼(時任),工信部部長苗圩,國家能源局相關負責人等紛紛出席成立大會,規格不可謂不高。

國家能源集團作為上述聯盟的牽頭方,總經理凌文親自掛帥為氫能奔走呼號。毋庸置疑,名噪一時的中國氫能聯盟的首要任務就是說服國家將氫能的國家戰略地位坐實。

余卓平告訴記者,在清潔能源行動計劃里面,只是對氫能有所提及,但是沒有全面的布局。國家能源局現在已經越來越重視氫能,國家將很快做出最終的抉擇。

電動汽車的接棒者?

2017年,科技部部長萬鋼指出:“在未來車用能源中,氫燃料與電力將并存互補,共同支撐新能源汽車產業發展。”

2018年2月,財政部發布《關于調整完善新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知》,電動汽車補貼退坡力度空前,續航里程短、能量密度低的踢出補貼隊伍。但是對于燃料電池汽車,補貼的力度并沒有改變。

事情的發展大抵如此,氫燃料電池汽車極有可能復刻電動汽車的崛起之路。

2018年,有關氫燃料電池汽車“十城千輛”計劃的聲音越來越多。“十城千輛”,即“十城千輛節能與新能源汽車示范推廣應用工程”,2009年提出,通過提供財政補貼,計劃用3年左右的時間,每年發展10個城市,每個城市推出1000輛新能源汽車開展示范運行,涉及這些大中城市的公交、出租、公務、市政、郵政等領域。

此前的“十城千輛”對于電動汽車的推廣起到了重要作用,而在氫燃料電池汽車不斷升溫的背景下,新的“十城千輛”一旦落地,也將加速氫燃料電池汽車的爆發。

近幾年來,燃料電池技術取得長足進步,特別是日本豐田在2014年推出第一代商用的燃料電池汽車——Mirai之后,本田Clarity、現代Nexo也都是量產版氫燃料電池汽車,氫燃料電池汽車引發全世界的關注。

不同于國外,國內推動燃料電池汽車的發展重點在商用車市場并非是乘用車市場。余卓平解釋稱:“以公交車為例,因為有固定的運行線路,所以一個加氫站便可以滿足一大批的車輛。但是對于乘用車,由于分散在各個角落,要求更為廣泛的加氫站。因此,初期的氫燃料電池汽車基本上以商用車為主。”

河北省張家口市是全國擁有氫燃料電池公交車數量最多的城市,數量達到74輛。而在2019年,張家口市還計劃新增170輛氫燃料電池公交車,到2020年該市將投入使用的氫燃料電池公交車、物流車、出租車預計達到1800輛。

燃料電池是氫燃料電池汽車的心臟,主要由電堆部分和輔助動力系統部分兩塊組成,國內多數企業從較為容易的輔助動力系統部分入手,逐漸積累電堆技術的積累。

作為張家口市所有氫燃料電池公交車動力系統的提供商,北京億華通科技股份有限公司自2004年以來即專注于燃料電池發動機的研發與商業化應用,已經開發出全新自主40千瓦、80千瓦的國產燃料電池發動機。億華通將自己的發展模式稱之為“剝洋蔥”,從最外層的整車制造,向內部的輔助動力系統,電堆,雙極板的核心由易入難,一步步深入核心領域。

國家隊快速入場

與風電、光伏不同,氫能在最開始的階段雖然也吸引了數以千計的民企入場,圍繞氫燃料電池汽車的方方面面尋找機會,但是最引人注目的則是能源央企和國企的迅速入場。

除了上述國家能源集團,兗礦集團也發起成立了山東氫能源與燃料電池產業聯盟,山西同煤集團也拋出了5000噸/年煤制氫項目。

2017年10月,國家電投研究院與遼寧省朝陽市人民政府簽約共建氫能源產業基地,項目一期總投資11.3億元,其中便包括風電制氫應用示范及產業化項目;2018年3月,三峽集團子公司三峽資本公司與美國普頓公司在濰坊高新區技術產業開發區簽署氫能產業合作協議,就制氫、儲氫和加氫先進裝備的研發和生產達成一致意見。

伴隨著氫能發展持續發酵,這樣的消息屢見不鮮。

資料顯示,目前國內氫氣主要有四個來源,即煤氣化制氫約1000萬噸,天然氣制氫300萬噸以上,石油制氫300萬噸,工業副產氫約800萬噸,電解水制氫100萬噸。

從目前的氫氣獲取來看,大型能源國企的進入是必然的。而作為氫能發展的瓶頸環節,在基礎設施建設方面,尤其是加氫站,國家隊也已開始入場。

國家能源集團在成立氫能聯盟之時,便已將目光放到了氫能利用的各個環節,這其中就包括加氫站。2018年11月,神華如皋加氫站建成投產,該加氫站計劃安裝兩臺氫氣壓縮機,日加氫能力達到1000公斤。

而為了降低用地成本,油氫共建成為建設加氫站的重要形式,“三桶油”之一的中石化也已經越來越多地參與進來。

以國內首個實施加氫加油合建站改造的加油站——廣東佛山西樵樟坑(青龍)加油站為例。一位知情人士告訴記者:“加油加氫站從2018年2月便開始策劃,做前期的技術調研和站點確定,現在設備選型初步方案已經確定,進入報建階段。”

截至目前,中石化已經完成近10個油氫混建站的選址工作,除了上述廣東地區的項目之外,中石化在京津冀地區對于加氫站也有越來越多的部署。

“一窩蜂”造車之外的視角

目前,國內氫能發展的所有注意力幾乎都集中在汽車方面。但是,如果把氫能作為一種能源,從更大的角度來看,或許能夠更全面的發掘氫能的價值和潛力。

在國內,以可再生能源為主的能源轉型已初具規模,但是由于以風、光為主的可再生能源自身穩定性差,其大規模利用面臨巨大挑戰。針對這一問題,氫能作為一種高效的媒介,可以將可再生能源的電變得可儲存,從而促進大規模可再生能源的整合和消納。

從氫能優良的存儲性能的角度來看,氫能還是長期性的零碳季節性儲能的最佳整體解決方案。雖然蓄電池、超級電容以及壓縮空氣儲能也有助于實現電量平衡,但它們缺乏解決季節性不平衡所需的蓄電容量和蓄能周期。

相比通過長距離電力傳輸會造成能量的損失,通過管道運輸氫氣幾乎可以達到100%的效率。這種優勢使氫能在大規模和遠距離運輸可再生能源時非常具有經濟競爭力。

余卓平告訴記者:在氫氣儲運方面,目前氣態運輸在技術上相對較為成熟。短距離的氣態儲運一公斤氫氣在150公里的范圍內運輸的成本略高于2元,這個成本在整個氫氣鏈條中占比大概10%,這是可以接受的。而對于氫氣的長途運輸,如果大規模執行,不可避免地要談到氫氣的輸送管道問題。從初步的測算來看,氫氣管道運輸整個的成本在2.5元左右,總地來講也是可控的。未來加強對氫氣液態運輸方面的研究和開發也是非常重要的。

最為典型的日本,其實現自身氫能戰略的方向便是從海外獲取氫氣資源,為了降低運輸成本,也在千方百計的發展儲氫技術,比如零下253度的超低溫將氫氣冷卻液化運輸,利用基于甲苯與甲基環己烷可逆反應,以及氨、甲烷等能源載體的儲氫技術。

同樣是二氧化碳排放重要領域,工業過程中大量消耗天然氣、煤炭和石油等化石能源,產生了全球20%的二氧化碳排放,未來隨著技術進步,成本下降,氫能對于工業領域的脫碳同樣可以發揮重要作用。

事實上,日本除了聞名于世的豐田Mirai氫燃料電池汽車,還有氫燃料電池的家用熱電聯供(ENE-FARM)計劃,也就是說在提供電能的同時也提供熱能,滿足電力需求的同時將發電過程中產生的熱能加以利用向用戶供熱。

在政府補貼的大力支持下,日本從2009年開始推廣家用氫燃料電池系統的商業化應用,2017年,日本共安裝了約25萬套,成本進一步下降。

來源:能源雜志


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