鉅大LARGE | 點擊量：617次 | 2022年09月06日
核心技術屢獲突破，多條路線并行發(fā)展，全國上下刮起"氫"風
北京2022年冬奧會即將到來，一則新能源應用新聞引人注目：冬奧會期間將在延慶賽區(qū)和張家口賽區(qū)投入700余輛氫燃料大巴車，提供交通服務保障。
這是氫能源日益廣泛應用的一個縮影。近年來，我國氫燃料電池膜電極等核心技術不斷取得突破，氫能源全產(chǎn)業(yè)鏈布局日漸清晰。這股氫能源“旋風”，將給社會帶來哪些改變？發(fā)展?jié)摿τ卸啻螅?/p>
綠氫成本不斷下降，核心技術屢屢突破
與其他新能源相比，氫能源儲量大、污染小、效率高。氫能源單位質(zhì)量所蘊含的能量約是石油的3倍、煤炭的4.5倍。氫能應用場景廣泛，氫燃料電池可應用于重載卡車、有軌電車、船舶、無人機、分布式發(fā)電等。
根據(jù)制取方式和碳排放量不同，氫能主要分為灰氫、藍氫、綠氫。其中，綠氫是通過光伏發(fā)電、風電等新能源電解水制氫，被稱為“零碳氫氣”。
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充電溫度：0~45℃
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-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
當前，作為“零碳氫氣”的綠氫正呈現(xiàn)技術逐漸成熟、成本不斷下降、市場持續(xù)發(fā)展的趨勢，國內(nèi)多家企業(yè)紛紛布局綠氫項目。
11月30日，中國石化宣布我國首個萬噸級光伏綠氫示范項目——中國石化新疆庫車綠氫示范項目正式啟動建設。這是全球在建的最大光伏綠氫生產(chǎn)項目，投產(chǎn)后年產(chǎn)綠氫可達2萬噸。
中國氫能聯(lián)盟預計，到2030年，中國氫能市場規(guī)模有望達4300萬噸，其中綠氫的占比將從2019年的1%提高到10%，市場規(guī)模將增長近30倍。
值得注意的是，近年來，我國氫能產(chǎn)業(yè)鏈上裝備國產(chǎn)化進程明顯加快，核心技術不斷突破。
11月26日，由華能清能院、華能四川公司、華能四川氫能公司、考克利爾競立聯(lián)合研制的國際首套1300Nm3/h（標準立方米/小時）堿性制氫水電解槽正式下線。
位于北京未來科學城的華能清能院是此次堿性制氫水電解槽的牽頭研制單位之一。華能清能院氫能部主任王金意告訴記者，1300Nm3/h堿性制氫水電解槽的下線，標志著我國掌握了高性能大型電解制氫設備的關鍵技術，向大規(guī)?！熬G氫”制備方向邁出了堅實一步，對氫能行業(yè)的發(fā)展具有里程碑意義。
目前，項目核心部件首臺1300Nm3/h堿性制氫電解槽已研制成功并下線，將用于工程項目現(xiàn)場生產(chǎn)“綠氫”，供應成都當?shù)厝剂想姵剀嚨认掠螝淠墚a(chǎn)業(yè)鏈應用。根據(jù)前期關鍵部件性能試驗，該設備創(chuàng)造了單槽產(chǎn)能國際最大、電流密度指標國際領先、體積產(chǎn)能比最小、能耗指標最低等諸多紀錄。
對比常規(guī)電解槽，此次下線的電解槽設備額定產(chǎn)氫量為每小時1300標準立方米，最大產(chǎn)氫量可達1500標準立方米，最高電流密度達每平方米6000安，是目前常規(guī)電解槽的2至3倍。為何能成為制氫“巨無霸”？王金意博士解釋，首先是在設備內(nèi)部構建了鎳基多元合金催化層，有效提升了工作電流密度，降低了析氫電位；同時，通過優(yōu)化內(nèi)部維度空間布局，讓熱量和物質(zhì)更高效傳遞；此外，運用整體組裝方法提升了電解槽的高壓密封性、性能均一性和運行可靠性。
除了制氫產(chǎn)量大，這位制氫“巨無霸”還更加環(huán)保和節(jié)能高效。體積上縮小三分之一、單位投資減少25%的同時，能耗低于4.2kWh/Nm3H2（千瓦時/標準立方米氫氣），顯著優(yōu)于國家大型電解槽的一級能效標準。值得一提的是，設備還將接入全國產(chǎn)化分散控制系統(tǒng)（DCS），可集成一鍵啟動、無人值守、遠程監(jiān)控、設備互聯(lián)等智能化控制技術。
多地布局氫能發(fā)展，完整產(chǎn)業(yè)鏈逐步形成
《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書2020》顯示，截至2020年底，占全球GDP總量52%的27個國家中，16個已制定全面的國家氫能戰(zhàn)略。
近年來，我國在多項產(chǎn)業(yè)政策中明確提出要支持氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2019年，氫能源首次寫入政府工作報告，明確將推動加氫等設施建設。今年10月發(fā)布的《中共中央國務院關于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》提出，統(tǒng)籌推進氫能“制儲輸用”全鏈條發(fā)展；推動加氫站建設；加強氫能生產(chǎn)、儲存、應用關鍵技術研發(fā)、示范和規(guī)模化應用。
在“碳中和、碳達峰”背景下，氫能已被全國多個省份列入發(fā)展規(guī)劃，產(chǎn)業(yè)規(guī)劃和布局逐漸加速。
今年8月，北京市經(jīng)濟和信息化局發(fā)布《北京市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展實施方案（2021-2025年）》，明確2023年前，培育5至8家具有國際影響力的氫能產(chǎn)業(yè)鏈龍頭企業(yè)，京津冀區(qū)域累計實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)業(yè)規(guī)模突破500億元，減少碳排放100萬噸。
上海規(guī)劃到2023年加氫站接近100座，形成產(chǎn)出規(guī)模約1000億元，以及推廣氫燃料電池汽車接近10000輛；廣東提出開展氫燃料電池汽車規(guī)模化推廣應用，加快推進加氫站規(guī)劃建設，在珠三角核心區(qū)、沿海經(jīng)濟帶布局建設約300座加氫站。
廣州市黃埔區(qū)發(fā)改局局長楊元師介紹，作為國家新能源綜合利用示范區(qū)的廣州黃埔區(qū)已建成加氫站7座，引進40家左右的氫能上下游企業(yè)和機構入駐，產(chǎn)業(yè)鏈條初步完善。
根據(jù)《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書2020》，當前我國氫氣產(chǎn)能約每年4100萬噸，產(chǎn)量約3342萬噸，是世界第一產(chǎn)氫國。中國氫能聯(lián)盟預計到2050年，氫能在中國終端能源體系中占比超過10%，產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值達到12萬億元。
截至2020年底，我國建成加氫站128座，氫燃料電池汽車累計保有量達7000多輛。
業(yè)內(nèi)人士稱，國內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)逐步形成完整產(chǎn)業(yè)鏈，氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)全國“遍地開花”，在京津冀、長三角、珠三角一些城市實現(xiàn)氫燃料電池汽車小范圍規(guī)?；痉稇?。
制氫四條路線齊頭并進，綠氫占比有望提升
中國是世界第一大產(chǎn)氫國，2019年全年氫氣產(chǎn)量約為2000萬噸，當前下游主要為工業(yè)原料；中國在合成氨、合成甲醇、煉焦、煉油、氯堿、輕烴利用等傳統(tǒng)石油化工行業(yè)中有成熟的經(jīng)驗。
傳統(tǒng)制氫工業(yè)中以煤、天然氣等化石能源為原料，稱為“灰氫”。制氫過程產(chǎn)生二氧化碳排放，制得氫氣中普遍含有硫、磷等雜質(zhì)，對提純及碳捕獲有較高要求。
焦爐煤氣、氯堿尾氣等工業(yè)副產(chǎn)提純制氫，能夠避免尾氣中的氫氣浪費，實現(xiàn)氫氣的高效利用，但從長遠看無法作為大規(guī)模集中化的氫能供應來源。
電解水制氫稱為“綠氫”。純度等級高，雜質(zhì)氣體少，易與可再生能源結合，被認為是未來最具發(fā)展?jié)摿Φ木G色氫能供應方式。
主要制氫技術路線：高溫裂解制氫、天然氣自熱重整制氫、天然氣部分氧化制氫、絕熱轉(zhuǎn)話制氫、天然氣水蒸氣重整制氫。
堿性電解：設備成本較低，單槽電解制氫產(chǎn)量較大；已經(jīng)實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)應用，國內(nèi)關鍵設備主要性能指標均接近國際先進水平。
質(zhì)子交換膜（PEM）電解：運行靈活性和反應效率較高，能夠以最低功率保持待機模式，與波動性和隨機性較大的風電和光伏具有良好的匹配性；國內(nèi)較國際先進水平差距較大，體現(xiàn)在技術成熟度、裝置規(guī)模、使用壽命、經(jīng)濟性等方面。
固體氧化物（SOEC）電解：電耗低于堿性和PEM電解技術，但尚未廣泛商業(yè)化，國內(nèi)僅在實驗室規(guī)模上完成驗證示范。
資源共享突破氫能產(chǎn)業(yè)瓶頸
目前，氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍存諸多掣肘。
有研科技集團首席專家蔣利軍告訴中國證券報記者，從制氫環(huán)節(jié)看，目前比較成熟的制氫方法有堿性水電解、水煤氣和重整制氫等，而PEM等新型電解水制氫方法正在加快推進?！拔覈鴫A性水電解制氫裝備在成本上具有競爭力，但能效偏低，制取1立方米氫綜合能耗為5至5.5度電，而國外可以控制在5度電以下?！?/p>
儲氫是目前氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一大瓶頸。蔣利軍認為，理想的儲氫方式要求高儲氫密度、快速吸/放氫速度，同時要求使用壽命長、安全性能好、成本低。“目前，70兆帕下的高壓儲氫技術已在燃料電池汽車中廣泛使用。高壓車載儲氫技術已能滿足燃料電池汽車行駛500公里的要求，但仍需降低成本，提高儲氫密度?！倍鴼淙剂想姵氐年P鍵材料、氫氣循環(huán)泵等設備依賴進口，存在技術壁壘，燃料電池可靠性也亟待提高。
氫能產(chǎn)業(yè)鏈長，涉及的關鍵核心技術多。中集集團總裁戰(zhàn)略顧問鄭賢玲表示，不少核心技術如燃料電池、PEM制氫、液態(tài)儲氫、碳纖維材料等與世界先進水平還存在差距。
國金證券分析師張帥認為，我國已在氫能產(chǎn)業(yè)鏈上取得不少進步。氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展是逐步推進的過程，包括“足夠量的氫”“足夠量且便宜的氫”以及“足夠量且便宜的‘綠氫’”。
蔣利軍建議，以應用為導向，以系統(tǒng)集成為主線，加快解決材料和部件的自供問題；以企業(yè)為主導，以資本為紐帶，集中國內(nèi)優(yōu)勢單位，建立協(xié)同創(chuàng)新聯(lián)盟，上下游密切結合，資源共享，快速研發(fā)；燃料電池汽車和分布式電站同步發(fā)展，分布式發(fā)電與可再生能源微電網(wǎng)密切結合。初期在示范車輛不足的情況下，加氫站宜建混合站，以油養(yǎng)氫。
“氫能核心關鍵技術已具備規(guī)?；a(chǎn)條件，原理上實現(xiàn)了閉環(huán)。未來在物聯(lián)網(wǎng)體系下，PEM制氫、可再生能源與氫的耦合可以獲得更高的綜合效率?！编嵸t玲說。新華社，未來智庫，中國證券報
