導(dǎo)語：氫能，被譽為是21世紀(jì)最具潛力的清潔能源，一直被視為全球能源向可持續(xù)發(fā)展轉(zhuǎn)型的主要路徑之一，是一種清潔、高效、安全、可持續(xù)的二次能源，可通過多種途徑獲取。而氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，也一直需要引領(lǐng)者的示范引領(lǐng)與精耕細(xì)作。日前，山西衛(wèi)視在融媒體新聞評論節(jié)目《轉(zhuǎn)型進行時》中，邀請了某能源研究會領(lǐng)導(dǎo)，同時線大同市工信局副局長劉洪文、清華大學(xué)教授、國際氫能協(xié)會副主席毛宗強，就能源領(lǐng)域的“未來之星”——氫能的現(xiàn)狀及發(fā)展進行了現(xiàn)場交流。轉(zhuǎn)化果平臺將交流內(nèi)容分兩部分整理推出，以饗廣大讀者。
“氫氦鋰鈹硼、碳氮氧氟氖……”。氫，位于元素周期表之首，氫氣，也是世界上最輕的氣體。不過，它的能量密度卻是木材的1000倍、煤的6.8倍、汽油的3.3倍，而且它還是一種零污染的高效能源，被公認(rèn)為是能源領(lǐng)域當(dāng)之無愧的“未來之星”。
一、氫能——21世紀(jì)最具潛力的清潔能源
氫能，被譽為是21世紀(jì)最具潛力的清潔能源。近年來，世界主要發(fā)達(dá)國家都把氫能源的開發(fā)利用提到了國家能源安全戰(zhàn)略的高度。
2017年，日本提出了“氫能社會”的構(gòu)想，將在2040年完成零碳?xì)淙剂瞎┙o體系建設(shè)；韓國也推出了“氫經(jīng)濟戰(zhàn)略”；在我國，氫能的開發(fā)利用在2019年全國兩會首次被寫入了《政府工作報告》中。
近期，全球范圍內(nèi)已經(jīng)宣布了131個大型氫能開發(fā)項目，全球項目總數(shù)達(dá)到359個。預(yù)計到2030年，全球氫能領(lǐng)域的投資將激增至5000億美元。國際氫能委員會預(yù)測，到2050年，全球氫能產(chǎn)業(yè)將創(chuàng)造3000萬個工作崗位，減少60億噸二氧化碳排放，創(chuàng)造2.5萬億美元的市場規(guī)模。
液態(tài)氫作為燃料可以把火箭推向太空，氫燃料電池汽車也已經(jīng)走到你我身邊。預(yù)計到2030年，中國氫燃料電池汽車的規(guī)模將達(dá)到100萬輛，這將是一個萬億級的藍(lán)海市場。預(yù)計到2050年，氫能在中國能源領(lǐng)域的占比有望達(dá)到10%。
二、氫能替代化石能源變革性和戰(zhàn)略性意義
人類已經(jīng)爆發(fā)了兩次能源革命，正在引發(fā)第三次能源革命。第一次是以蒸汽機發(fā)明引發(fā)的能源革命，煤炭成為工業(yè)基礎(chǔ)。第二次是以內(nèi)燃機發(fā)明引發(fā)的的能源革命，石油和天然氣成為工業(yè)血液。當(dāng)前，以氫能風(fēng)光能等綠色能源加快替代化石能源，正在引發(fā)的第三次能源革命。氫能資源豐富，零污染，熱值高，可再循環(huán)，可儲存，應(yīng)用場景豐富，作為連接化石能源和可再生能源的橋梁，已經(jīng)成為人類解決發(fā)展問題、能源短缺問題和環(huán)境問題的一張重要王牌。
特別是，我國是世界上少數(shù)幾個依賴化石能源的國家，能源緊缺、能源安全，是制約我們發(fā)展的一個瓶頸，在實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興中的經(jīng)濟崛起與資源、環(huán)境矛盾更加突出，尋求綠色能源更為迫切。近期的拉閘限電，深層次反映了大國復(fù)興中能源需求與能源短缺的矛盾。
習(xí)近平總書記講的能源革命，“3060”碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)都是要實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型，從戰(zhàn)略上，從根本上去破解這些矛盾。風(fēng)光能等綠色能源，特別是氫能的利用，為我們找到了一條光明大道。
從應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)角度來談，涉及商業(yè)用車、港口用的卡車、物流車。氫能產(chǎn)業(yè)鏈主要涵蓋氫能源端和燃料電池端。從生產(chǎn)到下游應(yīng)用的過程，包括制氫、儲運、加氫（加氫站加氫）等核心環(huán)節(jié)。燃料電池端包括雙極板、膜電極及密封層、燃料電池系統(tǒng)集成、電堆及供氣系統(tǒng)等。這將是萬億級別的藍(lán)海，對經(jīng)濟的拉動、勞動力吸附等貢獻(xiàn)巨大。
三、2050年氫能有望在我國能源領(lǐng)域中的占比達(dá)到10%
全球氫能競賽已經(jīng)開始。在碳中和形勢下，氫能有望成為未來30年增速最快的低碳能源之一。2030年，中國氫能將達(dá)到3500萬噸，占比5%。到2050年占比達(dá)到10%，接近6000萬噸以上，可減排約7億噸二氧化碳。據(jù)了解，BP能源更加樂觀，到2050年氫能比例將超過10%，達(dá)18%，氫能產(chǎn)業(yè)全價值鏈的潛在市場規(guī)模將超過2.5萬億美元。
這一發(fā)展前景，對中國，對世界，意味著：氫能在能源轉(zhuǎn)型中會發(fā)揮更大作用，創(chuàng)造更多發(fā)展機遇。
一是氫能作為媒介，使得“萬能互鏈”，能源互補，跨能源網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)優(yōu)化，氫能發(fā)揮遠(yuǎn)距離輸送、大規(guī)模存儲和“氫－電”互換特性，有效耦合化石能源和可再生能源系統(tǒng)，構(gòu)建新的現(xiàn)代能源體系。
二是大規(guī)模儲存，解決可再生能源消納、平抑波動性和間歇性。以德國為首正嘗試風(fēng)電、太陽能電解制氫產(chǎn)業(yè)鏈，然后利用氫制甲烷“電轉(zhuǎn)氣”模式。
三是綠氫貿(mào)易改變中國能源版圖；可再生能源發(fā)展不再單一依靠電網(wǎng)，除了從電網(wǎng)輸出，還可以從“氫網(wǎng)”輸出；棄光、棄風(fēng)、棄水能，通過氫的儲能、消納“削峰填谷”。這些都會產(chǎn)生巨大的商業(yè)機會。前不久山西省能源研究會與德國政府能源機構(gòu)簽署了長期合作協(xié)議，就是要搭建清潔能源發(fā)展平臺，推動包括氫能在內(nèi)的新能源技術(shù)、設(shè)備、商務(wù)互動合作。
煤炭制氫，煤氣化制氫的成本最低。山西迎來由“煤都”向“氫都”轉(zhuǎn)變的機遇，已經(jīng)出臺的山西省“十四五”規(guī)劃中，將氫能作為山西“七大先導(dǎo)性未來產(chǎn)業(yè)”進行重點培育的決策是正確的。
氫能發(fā)展同時是一個系統(tǒng)問題，從制氫到運氫，每一個過程都充滿挑戰(zhàn)。氫能產(chǎn)業(yè)面臨諸多技術(shù)瓶頸和產(chǎn)業(yè)短板。從核心部件看，氫燃料電池的膜電極、高壓儲氫罐等設(shè)備主要依賴進口。從安全標(biāo)準(zhǔn)看，氫氣具有易燃易爆易泄露等特性，氫能的開發(fā)尤其是安全問題，事關(guān)氫能發(fā)展的命運，如果安全沒解決不好，對整個行業(yè)影響將是致命的，要吸取發(fā)展核能的教訓(xùn)。氫能目前所處階段類似于鋰電池在2010年的階段，尚屬于整個行業(yè)的導(dǎo)入階段，未來隨著技術(shù)的不斷突破和規(guī)?；档统杀?，將加快氫能源商業(yè)化進程。
四、“氫”啟未來 “煤都”變“氫都”
燃料電池公交已在大同市圈了粉，現(xiàn)在大同有一百多輛氫燃料電池公交運營，供給燃料的是一座集制氫加氫為一體的加氫站，這是全國目前已運行的唯一的一座。今年還要再建兩座，別看數(shù)量少，關(guān)鍵是技術(shù)含量高。在這條自動化生產(chǎn)線上，4臺機器人平均每小時能組裝4套發(fā)動機，年生產(chǎn)能力可達(dá)到1萬套，產(chǎn)值達(dá)到一個億。
目前在大同已經(jīng)形成了應(yīng)用端氫燃料電池汽車、制氫加氫一體的加氫站以及氫燃料電池汽車發(fā)動機生產(chǎn)線等氫產(chǎn)業(yè)規(guī)模化發(fā)展。從“煤都”變“氫都”，大同在這一領(lǐng)域走在了全國的前列
五、從氫能端和燃料電池兩端發(fā)力倒逼整個產(chǎn)業(yè)鏈的完善
發(fā)展氫能是大同市轉(zhuǎn)型發(fā)展的一次難得機遇，從氫燃料電池公交這一場景應(yīng)用切入，從氫能端和燃料電池兩端發(fā)力，帶動制氫、儲氫、氫燃料電池和整車制造在內(nèi)的完整產(chǎn)業(yè)鏈形成。
氫燃料電池制造，依托新研氫能和雄韜氫雄的氫燃料電池項目，引入先進技術(shù)實現(xiàn)對膜電極、質(zhì)子交換膜、催化劑、氫氣循環(huán)泵等關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備的開發(fā)，并進行示范和生產(chǎn)。
氫能源應(yīng)用領(lǐng)域——依托陜汽、中植、中車集團等在大同市的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，加快氫燃料電池整車裝備和關(guān)鍵技術(shù)突破。近期，主要進行燃料電池公交車、大巴車、機車、物流車、專用車及重卡等車輛裝備的制造和量產(chǎn)。遠(yuǎn)期，進行乘用車裝備的制造和運營示范；進行固定應(yīng)急電源、移動電源和氫燃料電池家用熱電聯(lián)供系統(tǒng)的開發(fā)、生產(chǎn)和試點建設(shè)。
啟動氫氣規(guī)?；迫?、提純、運輸工程，開展可再生能源發(fā)電-電解水制氫以及分布式甲醇制氫示范。在城區(qū)內(nèi)物流密集區(qū)域，推廣氫燃料電池物流車的應(yīng)用；打造垃圾清運、灑水車等氫燃料市政車輛的示范城市；在旅游景點開綠色氫燃料旅游用車、擺渡車等示范標(biāo)桿項目。逐步形成以可再生能源制氫發(fā)電-煤制氫為主體的氫能能源供應(yīng)體系，構(gòu)建制氫-運氫-加氫-用氫的完整產(chǎn)業(yè)鏈，完善氫燃料汽車核心裝備研發(fā)、制造、產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用各環(huán)節(jié)上的產(chǎn)業(yè)鏈，形成氫能產(chǎn)業(yè)的閉環(huán)、循環(huán)、健康發(fā)展形式。
六、打造全國最大的氫能重卡示范場地
在目前全國最大的氫能重卡示范場地——美錦能源華盛化工園區(qū)，每天園區(qū)內(nèi)有100輛重卡負(fù)責(zé)煤炭和焦炭的運輸，而這些重卡不需要柴油，它們的動力源是氫燃料電池。據(jù)測算這一輛氫燃料電池重卡按一年行駛10萬公里計算，可以實現(xiàn)碳減排120噸，100輛就能減排12000噸。
目前，華盛化工配套建設(shè)的制氫工廠已經(jīng)投入使用，制氫工廠規(guī)模每小時2000立方米，成本每千克12元，配套的加氫站每千克氫氣售價不超過20元。
到今年年底將會把氫燃料重卡的數(shù)量提高到300輛，加氫站也會繼續(xù)增加。氫燃料的功率密度是傳統(tǒng)化石燃料的3倍以上，尤其是對于中重卡車來說是最理想的燃料。作為A股上市企業(yè)，目前在氫能產(chǎn)業(yè)完成全產(chǎn)業(yè)鏈布局的唯一一家企業(yè)，眼下在全國范圍內(nèi)控股投運的加氫站達(dá)到8座，“十四五”期間，美錦能源規(guī)劃建設(shè)投資上百座加氫站，投入新燃料物流車重卡商用車上萬輛。
美錦打造的全國最大的重卡示范場所，對山西對全國的重載物流運輸市場帶來的變革。山西作為全國重載物流運輸大省之一，目前境內(nèi)的重卡運輸車，柴油車比例就達(dá)到75%左右，山西75%的在營柴油車都是“柴轉(zhuǎn)氫”的潛在對象。
為此，山西在最新出臺的“十四五”規(guī)劃中，把氫能作為“七大先導(dǎo)性未來產(chǎn)業(yè)”進行重點培育，而之所以做出這樣的戰(zhàn)略抉擇離不開山西發(fā)展氫能得天獨厚的優(yōu)勢
七、煤企“氫”裝上陣實現(xiàn)規(guī)模高效低成本制氫
目前，一座年產(chǎn)600萬噸的焦化廠正在整合，每年可以產(chǎn)生22億立方米的副產(chǎn)品焦?fàn)t煤氣，架一根管道，只用一分鐘，焦?fàn)t煤氣就變成了高純度的氫氣，而且制作成本只有電解水制氫的四分之一。眼下，山西多家煤企紛紛“氫”裝上陣。兩個月前，在孝義市鵬飛集團，一個總投資近100億元的煤制氫產(chǎn)業(yè)項目開始啟動；在清徐縣美錦的煉焦?fàn)t每小時可產(chǎn)生12萬方的焦?fàn)t煤氣，相比電解水和化石燃料制氫，煤制氫成本最低。
美錦高純氫項目負(fù)責(zé)人竇鵬敏說，我們經(jīng)過初提純的3個9（99.9%）的氫氣，進入這八個吸附塔進行精提純，雜質(zhì)含量可以降到百萬分之一以下，也就是我們通常所說的5個9的高純氫（99.999%）。
美錦工業(yè)高純氫項目，目前已完成投資80億元。一期可年產(chǎn)1570噸高純氫，到項目全部投產(chǎn)后，每年可實現(xiàn)產(chǎn)值27.3億元。
項目全部投產(chǎn)后，年產(chǎn)高純氫2萬噸，可以為5600臺公交車、8000臺物流車或2200臺重卡提供運營保障，同時在省內(nèi)省外建設(shè)加氫站，實現(xiàn)制氫、加氫聯(lián)動。
陽煤化工與清華大學(xué)聯(lián)合研制出的煤制氫設(shè)備晉華爐，煤炭轉(zhuǎn)化率高達(dá)98%以上，生產(chǎn)的氫氣純度可達(dá)99.99%；在晉能控股集團，正在推進氫氣回收技術(shù)改造工程，改造完成后，每年可回收氫氣5000噸
八、氫能發(fā)展的過程充滿挑戰(zhàn)
當(dāng)期制氫方式主要有四種：化石燃料制氫、工業(yè)副產(chǎn)物制氫、電解水制氫、生物質(zhì)制氫及其他。氫能在技術(shù)和經(jīng)濟性等方面仍需進一步探索，發(fā)展氫能需要大量投資，降低氫氣生產(chǎn)成本尤為關(guān)鍵。目前，全球98%的氫氣來自灰氫，1%是綠氫，1%為藍(lán)氫。經(jīng)過數(shù)年發(fā)展，綠氫及藍(lán)氫成本逐步降低。電解槽是可再生能源制氫的基本設(shè)備，需要實現(xiàn)電解裝置的規(guī)模化生產(chǎn)。但因為可再生能源制氫，電解水制氫的方式雖是一個未來的方向，但其成本高昂，耗電量巨大，還需要進一步研發(fā)突破。只有做到“綠色氫能”，才能實現(xiàn)未來能源的可持續(xù)發(fā)展。如果氫能的大規(guī)模開發(fā)依靠煤制氫、天然氣制氫，就解決不了“綠色”的問題，同時，燃料電池也談不上清潔技術(shù)，“只有從可再生能源出發(fā)進行氫能制備，整個鏈條才屬于清潔技術(shù)?！?
山西的優(yōu)勢至少三個：資源、技術(shù)、政策。資源上，山西省是國家重要的能源基地，擁有豐富的煤炭資源。煤炭制氫，煉焦的過程中的副產(chǎn)品單會產(chǎn)生大量的氫氣，從制氫的成本來看，煤氣化制氫的成本是最低的，極具競爭力。就從大同看，大同市境內(nèi)探明煤炭儲量為312億噸，具備低成本煤制氫的天然優(yōu)勢。目前正在籌建的年產(chǎn)11萬噸煤制氫項目，每立方米制氫成本約為0.8元，比天然氣制氫和電解水制氫更具優(yōu)勢。眾多新能源領(lǐng)軍企業(yè)紛紛搶灘山西布局氫能賽道，焦?fàn)t煤氣制氫、氯堿尾氣制氫等一批重點項目相繼立項建設(shè)。僅北京首航艾啟威節(jié)能技術(shù)股份有限公司則計劃在大同市建設(shè)至少3座制氫工廠、10至20座加氫站和3至5座分布式氫能源電站，他們看中的也是這一點。技術(shù)上的優(yōu)勢，在于我們歷史上有傳統(tǒng)的煤化工技術(shù)隊伍。
政策支持是發(fā)展氫能的關(guān)鍵推動力。政策上，山西能把氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展好的優(yōu)勢還集中新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策支持方面。當(dāng)前國內(nèi)出臺氫能產(chǎn)業(yè)相關(guān)政策主要分為產(chǎn)業(yè)發(fā)展、技術(shù)研發(fā)、財政支持三個方面。產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面，需要政府統(tǒng)籌規(guī)劃氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線，分階段推進氫能技術(shù)升級和產(chǎn)業(yè)升級。技術(shù)研發(fā)方面，需要重點突破制氫、儲氫、燃料電池等關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。提高能源終端利用效率方面，需要依托氫燃料電池技術(shù)，建立分布式能源網(wǎng)絡(luò)，做到區(qū)域或城市電力、熱能和冷能的聯(lián)合供應(yīng)。財政的支持要有力度和引導(dǎo)性。如我前面說的，山西迎來由“煤都”向“氫都”轉(zhuǎn)變的機遇，已經(jīng)出臺的山西省“十四五”規(guī)劃中，將氫能作為山西“七大先導(dǎo)性未來產(chǎn)業(yè)”進行重點培育，后續(xù)借助國家能源革命排頭兵和綜合改革試驗示范區(qū)的獨特政策環(huán)境可以發(fā)力?？梢灶A(yù)見，在不遠(yuǎn)的將來，氫能會像煤炭一樣，成為山西下一張王者榮耀的名片，氫能產(chǎn)業(yè)將如雨后春筍般茁壯成長。
九、氫能產(chǎn)業(yè)是未來產(chǎn)業(yè)重點發(fā)展的方向
在煤制氫、焦?fàn)t煤氣制氫方面山西的先天優(yōu)勢得天獨厚。截至目前，山西省新能源和可再生能源發(fā)電機組占比超過30%，新能源發(fā)電量321億千瓦時，同比增長76%；風(fēng)電裝機容量達(dá)2047萬千瓦，光伏裝機容量達(dá)1337萬千瓦，位居全國前列。這為山西開辟規(guī)模化電解水制氫新賽道創(chuàng)造了條件。
從氫的制取方式來講，最普遍和最成熟的方式是化工制氫，其具有生產(chǎn)規(guī)模大、技術(shù)成熟的特點。但這樣制取的氫氣大都含有相當(dāng)數(shù)量的碳，根據(jù)不同的碳排放量，又把氫分為灰氫（含有碳）、藍(lán)（含碳但已經(jīng)過碳捕集和回收）。目前，山西的煤制氫技術(shù)已經(jīng)很成熟，可以達(dá)到99.999%的提純。將來的綠氫（不含碳）就是我們要開辟的新賽道。綠氫是指完全由水電、風(fēng)電、光伏等可再生能源發(fā)電，通過電解水制取的氫，在生產(chǎn)過程中沒有碳產(chǎn)生，所以最符合碳減排要求。這方面已有企業(yè)在突破這方面的技術(shù)，比如潞安集團正在做。煤制氫、焦?fàn)t煤氣制氫方面還是電解水制氫，主要取決于經(jīng)濟成本和經(jīng)濟效益。
電解水成本偏高，降成本主要依賴電價。由于電費占整個水電解制氫生產(chǎn)費用的80%左右，因此水電解制氫成本的關(guān)鍵在于耗能問題。存在兩條降成本途徑：一是降低電解過程中的能耗，可通過開發(fā) PEM（質(zhì)子交換膜電解） 及 SOEC（固體氧化物電解） 技術(shù)來實現(xiàn)；二是采用低成本電力為制氫原料，關(guān)鍵在于依靠光伏和風(fēng)電的發(fā)展。以大工業(yè)電價均價0.61 元/ kW·h 計算，當(dāng)前電解水制氫的成本為3.69元/Nm3。
當(dāng)用電價格低于0.50元/kWh 時，電解水制備的氫氣成本才可與汽油相當(dāng)。光伏系統(tǒng)發(fā)電成本0.5930元/kWh，風(fēng)電度電成本約為0.3656 元/kWh，且在未來仍有一定的下降空間。在制氫過程中，通過使用CCS技術(shù)，提升氫的生產(chǎn)，降低制氫成本。
內(nèi)蒙古、山西原煤產(chǎn)量領(lǐng)先，煤價也相對偏低。當(dāng)煤炭價格為 600元時，大規(guī)模煤氣化生產(chǎn)氫氣的成本為1.1元/ Nm3。如果在煤資源豐富的地區(qū)，當(dāng)煤炭價格降低至200元/噸時，制氫氣的成本可能降低為0.34元/ Nm3。但由于現(xiàn)在煤炭價格高起 1200元/噸，下降空間有限，且煤氣化制氫企業(yè)已形成較大規(guī)模，未來煤制氫降成本空間較小。
從傳統(tǒng)制氫，到電解水制氫，技術(shù)的成熟必將抵達(dá)氫能獲取的終極目標(biāo)——綠氫。山西未雨綢繆，在這些方面，立足傳統(tǒng)優(yōu)勢而不拘泥于傳統(tǒng)，把比較優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為彎道超車換道領(lǐng)跑的勢能。
轉(zhuǎn)化果平臺咨詢電話：400-1817-969
