“顶层设计”出台氢能将是未来能源体系的重要组成

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发布时间:2022-12-08 03:10:58

  【导语】氢能一种清洁的二次能源,来源丰富、绿色低碳、应用广泛,是未来能源体系构建过程中的重要替代能源,广泛应用于工业、运输等行业。中国是世界上最大的能源消费国,2021年我国碳排放总量占全球的比例约为33%,为实现“3060”目标,中国须逐步降低原油、煤炭等高碳能源的依赖,向清洁能源、可再生能源转变。在这个过程中,氢能因其清洁属性在各行各业的终端消费中优势明显,迎来发展机遇。

  2022年3月国家发改委、国家能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》(下称《规划》),《规划》对氢能及氢能产业的定位是:氢能是未来国家能源体系的重要组成部分及用能终端实现绿色低碳转型的重要载体,氢能产业是战略性新兴产业和未来产业重点发展方向。《规划》作为我国首个氢能产业的中长期规划,对氢能产业的发展做出顶层设计和积极部署,氢能在国内经济结构地位再次提高。在能源转型的关键时期,国家出台《规划》,将氢能放在未来能源体系构建的重要位置上,与氢能清洁、高效的特性密不可分。

  在“双碳”目标的背景下,能源的绿色转型已经成为了共识,叠加今年以来,地方局势紧张,能源安全问题再一次成为各国关注的重点,建立清洁、高效、安全的新能源体系成为当务之急。目前的清洁能源主要有氢能、太阳能、风能、水能、核能等,各种清洁能源各有优缺点,具体如表1所示。从中可以看出,相比其他清洁能源,氢能的生产不受地域、时间的限制,氢能的稳定性较强并且具有清洁、高效、可再生、来源广泛的优点。发展氢能不仅有利于国家的能源安全,而且可以解决能源供应的季节性、波动性问题。

  发达国家实现碳达峰普遍用时在40-70年之间,而中国设定的目标只有30年,任务紧、时间急。实现“双碳”目标,必须进行核心技术的创新。一是提升能源利用效率,降低能源使用过程中的碳排放;二是提升清洁能源的用能比例,从源头控制碳排放,建立全周期的碳减排体系。在这个能源转型的重要转折点,氢能将担任低碳转型重任。

  根据来源不同,氢能可以分为“灰氢”、“蓝氢”及“绿氢”,直接来自于化石能源的为“灰氢”,来自化石能源后经CCS技术(碳捕获和封存技术)处理的为“蓝氢”,来自可再生能源的为“绿氢”。目前约有96%的氢能来自于化石能源,通过蒸汽甲烷重整(SMR)产生,即为灰氢,这种生产氢能的方式碳排量较高。因此,越来越多人建议利用CCS技术(碳捕获和封存技术)减少“灰氢”的碳排放。但是CCS技术需要使用天然气作为动力能源,在这个过程中产生的逃逸性甲烷排放量高于“灰氢”。整体而言,“蓝氢”产生的温室气体仅比“灰氢”降低了不到20%。“绿氢”一般可以通过电解水获取,在生产“绿氢”的整个生命周期中,没有二氧化碳和污染物产生,是真正的绿色能源。

  工业和信息化部原部长、中国工业经济联合会会长李毅中提出:“灰氢不可取,蓝氢可以用,废氢可回收,绿氢是方向。”《规划》也明确提出,要加快提高可再生能源制氢转化效率和单台装置制氢规模,持续开展光解水制氢等技术的研究。从“双碳”的角度看,“绿氢”是氢能存在的基础和发展的方向。

  我国目前已是全球第一产氢国,氢气产能约为4000万吨/年,年产量约为3300万吨[①]。在氢能加注方面也获得了新突破,已累计建成加氢站超过250座,约占全球数量的40%,加氢站数量位居世界第一[②]。但整体而言,我国的氢能行业仍处于发展初期,仍有诸多障碍需要破除。+

  目前的氢能主要来源于化石能源,其所占比例高达96%,在“减碳”任务上起到的作用并不大。主要原因在于“绿氢”的生产成本远大于“灰氢”及“蓝氢”。根据测算,“灰氢”及“蓝氢”的生产成本约为1.5-2美元/kg,而“绿氢”的生产成为约为4美元/kg,是前者的两倍之多。此外,加氢站的建设成本高达800-1500万元,且大多数加氢站不具备站内制氢能力,还需要较高的运输成本。总之,高成本限制了“绿氢”的发展。在政策的推动下,尽管市场对于氢能的投资热情较高,但是受成本的限制,投资者可能倾向生产成本相对较低的“灰氢”及“蓝氢”,从而与政策的初衷背道而驰。

  我国可再生能源装机居全球第一,刨除成本因素来看,“绿氢”的规模化生产完全有可能,随着新能源在能源体系中的占比逐渐升高及技术的进步,“绿氢”的生产成本有望降低。在此之前,氢能的发展不可盲目,具有资源优势和成本优势的地区可以优先发展,在进行一定的经验积累和技术升级再进行大范围的推广。此外,专门用于制氢的高温核反应堆能在生产大量氢的同时不排放任何二氧化碳,待氢能市场形成一定规模后,可采用核反应堆大规模低成本制“绿氢”。

  氢能的应用场景较广,目前相对较新的应用场景包括氢冶金、氢燃料电池、氢燃气轮机、氢内燃机等,但目前行业的重点大多在氢燃料电池及其产业链上,对于其他领域少有涉及。实际上,在乘用车领域,氢燃料电池目前的优势并不显著,据统计,建设一座加氢站的成本约在800-1500万元[③],而一个小型充电站的建设成本仅为100-200万元。应用场景的单一限制了氢能行业的破局,使得氢能在一些真正需要脱碳的行业发展缓慢。

  目前,氢能源汽车的发展虽然受成本制约,但是其相比纯电池汽车,不受温度限制、加氢速度快、续航长,目前的氢燃料电池可在-30℃的温度下启动,并且加氢10分钟即可行驶500公里。基于以上特点,可以优先选择天气寒冷的地区发展氢能,充分发挥氢能在电池领域的优势。同时,在减碳任务较为艰巨的电力、化工行业,氢能也具有较大优势,在电力行业,氢能作为“能源载体”可以消纳丰富的可再生能源,实现分布式发电等;在化工行业,可以作为原料生产绿氨、甲醇等。氢能为化工、冶炼等行业的高质量发展提供了新的思路,鉴于氢能优点众多且应用广泛,未来在新型能源系统中,将具有较高的应用价值。

  氢能作为一种清洁高效的能源,在“双碳”政策推进的关键期备受关注。国家出台《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》,明确了氢能在我国能源体系中的重要地位,提振了氢能行业投资的信心。但目前我国氢能行业仍处发展初期,受到成本高、应用场景单一等情况的限制。未来随着政策支持力度加大及技术的革新,氢能行业有望克服发展障碍,将在我国能源体系中占据重要位置。




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