有人說氫能是“終極能源”，還有人說氫能是“21世紀(jì)終極能源解決方案”。一直以來氫能在全球能源轉(zhuǎn)型發(fā)展中被寄予厚望，我國早在上世紀(jì)就開始關(guān)注氫能及氫燃料電池技術(shù)的應(yīng)用研究，近年來國家及省市層面更是加大了政策支持力度。
2021年，我國氫氣年產(chǎn)能約4100萬噸，年產(chǎn)量約3300萬噸，主要來自化石能源制氫(灰氫)，絕大部分直接作為化工原料用于石化、冶煉等行業(yè)。受技術(shù)成熟度不高、成本效率不足和環(huán)境約束寬松等因素制約，可再生能源制氫(綠氫)及其應(yīng)用，近年來始終呈現(xiàn)出行業(yè)熱、產(chǎn)業(yè)弱的局面，整體發(fā)展較為緩慢。
如今，國家提出碳達(dá)峰、碳中和發(fā)展戰(zhàn)略，各行業(yè)“降碳、脫碳”成為剛需，氫能有望成為一匹“黑馬”。近日，國家印發(fā)的《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》(以下簡稱《規(guī)劃》)，明確提出“適度超前部署一批氫能項目”、“實施氫能領(lǐng)域重大科技示范工程”等，將氫能又一次推上行業(yè)風(fēng)口，在此背景下，氫能怎樣借勢破局?發(fā)展前景如何?筆者嘗試解讀一二。
“氫”裝上陣 綠氫將成為各行業(yè)脫碳利器
氫來源廣泛、清潔無碳，兼具能源和原料雙重屬性，應(yīng)用場景豐富，未來在“雙碳”約束日趨增強(qiáng)的背景下，綠氫將在工業(yè)、交通等領(lǐng)域發(fā)揮更為重要的清潔替代、節(jié)能降碳作用。
工業(yè)領(lǐng)域?qū)⒓哟缶G氫的原料替代。當(dāng)前，我國氫氣主要應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域，主要是被當(dāng)作化工原料或催化劑，用在合成氨、甲醇、冶煉等領(lǐng)域，長期以來需求穩(wěn)定，且制氫幾乎都通過化石能源，灰氫占了絕對比重，具有產(chǎn)業(yè)鏈的天然粘性。
在此次《規(guī)劃》中，只字未提及灰氫或者藍(lán)氫，提到的均是“可再生能源制氫”，即綠氫?？梢灶A(yù)見，在“雙碳”背景下，能耗雙控將逐步向碳排放雙控轉(zhuǎn)變，新增工業(yè)項目的碳約束將越來越強(qiáng)，綠氫必將成為工業(yè)領(lǐng)域氫原料替代的重要途徑。
交通領(lǐng)域?qū)⒕劢沟蜏刂剌d的應(yīng)用場景。交通部門是我國能源消費(fèi)增長最快的領(lǐng)域之一。近年來，各地方氫能產(chǎn)業(yè)政策也主要聚焦在燃料電池車及其產(chǎn)業(yè)鏈方面。“十三五”期間，全國各地出臺的氫能相關(guān)政策和規(guī)劃，涉及新建加氫站數(shù)量超過1000座，燃料電池汽車規(guī)模超過25萬輛。但是，實際情況是燃料電池車的推進(jìn)卻相對緩慢，究其原因，主要是部分地區(qū)僅考慮自身能源轉(zhuǎn)型和產(chǎn)業(yè)升級壓力，未能結(jié)合當(dāng)?shù)刭Y源、市場條件、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和具體應(yīng)用場景等，一窩蜂同質(zhì)化的發(fā)展燃料電池乘用車，而目前造價高、加氫難的氫燃料電池車尚難以與快速發(fā)展的電動汽車相競爭。
筆者認(rèn)為，氫燃料電池車的比較優(yōu)勢在于低溫、遠(yuǎn)距離、高載重，未來可主要考慮在礦山重卡、軌道交通、長途水運(yùn)等領(lǐng)域的應(yīng)用，需要通過更精準(zhǔn)定位細(xì)分應(yīng)用市場，使燃料電池車既能避免與日趨完善的電動汽車在短途乘用車市場正面PK，也能促進(jìn)二者在不同應(yīng)用場景中實現(xiàn)互補(bǔ)發(fā)展，共同推進(jìn)交通領(lǐng)域快速脫碳。
重視氫能作為異質(zhì)能源耦合劑的作用。在《規(guī)劃》中，提出開展“氫能、電能、熱能等異質(zhì)能源互聯(lián)互通示范”，“十四五”氫能作為異質(zhì)能源耦合劑的作用，將隨著其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的提升而越發(fā)顯著，例如通過氫燃料電池分布式熱電聯(lián)產(chǎn)，可實現(xiàn)氫、熱、電之間的耦合供能，有效的提高綜合能源利用效率;通過天然氣管道摻氫、燃機(jī)摻氫等方式，能夠充分利用已有的燃?xì)饣A(chǔ)設(shè)施推進(jìn)行業(yè)降碳。
在雙碳背景下，“十四五”隨著國家政策的持續(xù)支持和產(chǎn)業(yè)的迭代升級，綠氫因具備清潔無碳的原料和燃料屬性，將成為工業(yè)、交通等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)碳減排的利器。
不負(fù)風(fēng)光不負(fù)“氫” 氫能將助力可再生能源快速發(fā)展
氫在工業(yè)、交通等領(lǐng)域?qū)儆?ldquo;錦上添花”，而對于電力領(lǐng)域算得上是“雪中送炭”?！兑?guī)劃》中提到實施“氫能在可再生能源消納、電網(wǎng)調(diào)峰等場景示范應(yīng)用”。根據(jù)我國“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)，我國碳排放將力爭于2030年前達(dá)到峰值，屆時新能源裝機(jī)將達(dá)到12億千瓦以上，將構(gòu)建起以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。
眾所周知，風(fēng)電、光伏等新能源具有隨機(jī)性、波動性的特點(diǎn)，對電力系統(tǒng)調(diào)峰帶來較大壓力。氫能作為一種能源儲存介質(zhì)，能夠為可再生能源并網(wǎng)消納提供重要的途徑,從而支撐新型電力系統(tǒng)的建設(shè)。因此，本次《規(guī)劃》重點(diǎn)聚焦氫能在可再生能源消納和電網(wǎng)調(diào)峰方面的示范應(yīng)用。
在可再生能源消納方面，可再生能源制氫的加入為大規(guī)模風(fēng)電、光伏項目開發(fā)增添了一種新的就近消納手段，風(fēng)光制氫相當(dāng)于自帶用電負(fù)荷解決了部分新能源消納問題，同時還可將波動的新能源電力轉(zhuǎn)化為可長時間存儲的氫能，形成“風(fēng)光氫儲”一體化的新能源開發(fā)模式，拓展了項目的產(chǎn)出品和收益模式，助力新能源消納。
在電網(wǎng)調(diào)峰方面，目前電力系統(tǒng)調(diào)峰常用的方式有調(diào)峰火電、抽水蓄能和電化學(xué)儲能等，而氫能具備大規(guī)模、長周期儲能的優(yōu)勢，可以成為一種新型的調(diào)峰手段。通過可再生能源制氫和氫能發(fā)電，實現(xiàn)電-氫-電模式，可以為電網(wǎng)提供新型的靈活調(diào)節(jié)資源，滿足系統(tǒng)長、短期調(diào)峰需求。
總之，氫能作為高效低碳的二次能源，能夠幫助解決可再生能源并網(wǎng)、消納等問題，“風(fēng)光氫儲”一體化的模式也能夠催生出新的能源產(chǎn)銷者，在市場上既可買賣電，還可買賣氫。未來，氫能將是助推我國新能源規(guī)?；{、構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的重要方式。
“氫”景無限技術(shù)攻關(guān)和應(yīng)用示范雙輪驅(qū)動產(chǎn)業(yè)升級
氫能作為技術(shù)密集型行業(yè)，有著一定的技術(shù)門檻。近年來，我國的氫能發(fā)展主要關(guān)注于燃料電池車相關(guān)技術(shù)，在氫能的制、輸、儲、用等全領(lǐng)域技術(shù)攻關(guān)和應(yīng)用示范存在一定的局限性。然而，我國氫能發(fā)展的核心優(yōu)勢是市場空間大、應(yīng)用場景豐富，因此本次《規(guī)劃》提出，“十四五”將聚焦氫能，而非僅限于燃料電池車的關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，以多元應(yīng)用場景和重大示范為突破口，統(tǒng)籌謀劃我國氫能發(fā)展的破局之道。
在全領(lǐng)域推進(jìn)氫能技術(shù)攻關(guān)。根據(jù)《規(guī)劃》，“十四五”期間氫能將從國家層面整體謀劃重大示范工程，日前，國家能源局已組織開展了能源領(lǐng)域(氫能)首臺(套)重大技術(shù)裝備評定工作，在電解水制氫、燃料電池、加氫等裝備進(jìn)行了全面的攻關(guān)部署。在此基礎(chǔ)上，下一步還將統(tǒng)籌組織優(yōu)質(zhì)資源合力開展重點(diǎn)技術(shù)攻關(guān)，并委托相關(guān)科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行全過程評估把控，全力推進(jìn)我國氫能行業(yè)解決技術(shù)“卡脖子”問題。
因地制宜推進(jìn)氫能應(yīng)用示范。我國具有豐富的氫能應(yīng)用場景，在“三北”、西南等可再生能源資源豐富地區(qū)，適宜利用低價可再生能源開展綠氫制備和應(yīng)用;在華北、中部及南方等受電比例高、電網(wǎng)調(diào)峰壓力大的區(qū)域，適宜充分發(fā)揮氫能的調(diào)峰、儲能作用;在京津冀、長三角、珠三角等地區(qū)，結(jié)合燃料電池汽車示范城市群建設(shè)，可重點(diǎn)推動氫燃料電池車及氫能“制儲輸用”等示范應(yīng)用;在中東部及南方等經(jīng)濟(jì)承受能力相對較強(qiáng)區(qū)域，可以優(yōu)先探索燃料電池?zé)犭娐?lián)供在商業(yè)建筑和工業(yè)園區(qū)等應(yīng)用，促進(jìn)氫電熱等異質(zhì)能源互聯(lián)互通。在“十四五”期間，應(yīng)因地制宜分地區(qū)、分批次、分重點(diǎn)的推進(jìn)氫能典型場景應(yīng)用示范。
在此次《規(guī)劃》中，提出了“力爭氫能全產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵技術(shù)取得突破，推動氫能技術(shù)發(fā)展和示范應(yīng)用。”可以看出，一方面，要求氫能在多個領(lǐng)域全鏈條布局，另一方面也提醒我國氫能產(chǎn)業(yè)總體還處于起步初期，短期內(nèi)仍應(yīng)以示范應(yīng)用為主，穩(wěn)慎推進(jìn)。下一步，需要技術(shù)攻關(guān)與工程示范相互促進(jìn)、循環(huán)迭代，在《規(guī)劃》的指導(dǎo)下，政企結(jié)合，產(chǎn)學(xué)研互動，整合各方優(yōu)勢和力量，共同推動氫能的技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)升級。
結(jié)語
雙碳已成勢，綠氫正當(dāng)時，“十四五”時期，“雙碳”目標(biāo)和《規(guī)劃》的出臺為氫能產(chǎn)業(yè)帶來重大契機(jī)，應(yīng)加快推進(jìn)氫能在能源、工業(yè)、交通等領(lǐng)域的示范應(yīng)用和技術(shù)創(chuàng)新，助推各行業(yè)降碳脫碳和轉(zhuǎn)型升級，同時也使綠氫經(jīng)濟(jì)能夠一攬風(fēng)光，借勢破局，真正構(gòu)建起一個蓬勃發(fā)展、清潔低碳的氫能產(chǎn)業(yè)。
來源：電力規(guī)劃設(shè)計總院
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