澳大利亞“氫布局”

在環(huán)保和能源危機(jī)等多重壓力下，進(jìn)行能源系統(tǒng)變革已成為全球共識(shí)。氫能源作為一種能量密度高又沒有污染物排放的理想清潔能源，得到國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注。

目前，日本、美國(guó)、韓國(guó)、歐盟等國(guó)家和組織紛紛制定氫能發(fā)展戰(zhàn)略或路線圖，爭(zhēng)搶產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)。澳大利亞也后發(fā)直追，力爭(zhēng)在全球氫能產(chǎn)業(yè)布局中占據(jù)一席之地。

氫能戰(zhàn)略緣起

澳大利亞在地理、人口分布和能源方面有著天然優(yōu)勢(shì)，其廣袤的國(guó)土擁有豐富的煤炭、天然氣、煤層氣等化石能源資源。

澳大利亞煤炭?jī)?chǔ)量占世界總儲(chǔ)量的8.9%，是全球第四大黑煤和褐煤資源國(guó)，在一次能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)中占到80%以上。同時(shí)，澳大利亞的煤炭質(zhì)量?jī)?yōu)于很多國(guó)家，在世界能源市場(chǎng)中極具競(jìng)爭(zhēng)力，是經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(OECD)國(guó)家中僅有的3個(gè)能源凈出口國(guó)之一。

澳大利亞還是全球第11大天然氣資源國(guó)，2018年其液化天然氣(LNG)出口增長(zhǎng)23%，成為全球最大的LNG出口國(guó)。

豐富的太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?/strong>、海洋能等可再生能源也是澳大利亞的天然優(yōu)勢(shì)，尤其在太陽能方面，澳大利亞是世界上大陸國(guó)家中每平方米國(guó)土獲得太陽輻射能最多的國(guó)家。

但從澳大利亞的電力結(jié)構(gòu)看，約71%的電力來自煤炭，8%來自天然氣，可再生能源的占比極小。

對(duì)煤炭發(fā)電的嚴(yán)重依賴導(dǎo)致澳大利亞在OECD國(guó)家中單位GDP所產(chǎn)生的碳排放量位居第二，人均排放量位居第一。2016年，澳大利亞批準(zhǔn)了《巴黎協(xié)定》，承諾到2030年將溫室氣體排放量在2005年的基礎(chǔ)上減少26%~28%，但落實(shí)情況并不理想。

2018年澳大利亞向聯(lián)合國(guó)提交的國(guó)家清單報(bào)告顯示，其溫室氣體排放量已經(jīng)連續(xù)4年上升，增長(zhǎng)最快的是化石燃料的開采以及天然氣加工等能源部門帶來的排放。據(jù)國(guó)際能源署(IEA)預(yù)測(cè)，到2040年，澳大利亞的煤炭出口還將增長(zhǎng)36.7%，成為世界上最大的煤炭生產(chǎn)和出口國(guó)。

因此，澳大利亞政府面臨經(jīng)濟(jì)利益與氣候責(zé)任的雙重夾擊，內(nèi)部關(guān)系非常緊張，自由黨內(nèi)至今還有“廢除《巴黎協(xié)定》”的聲音。

2019年2月25日，澳大利亞出臺(tái)了《氣候解決方案》，旨在啟動(dòng)20億美元的投資來降低整個(gè)經(jīng)濟(jì)體的溫室氣體排放，具體計(jì)劃包括：擴(kuò)大電力市場(chǎng)和國(guó)家電池項(xiàng)目的投資，為國(guó)家提供價(jià)格合理、供給穩(wěn)定的電力;幫助普通家庭和企業(yè)提高能源效率并降低能源費(fèi)用;制定國(guó)家電動(dòng)汽車戰(zhàn)略;提高燃料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn);通過進(jìn)一步的技術(shù)變革、經(jīng)濟(jì)效率的提高和其他減排措施確保澳大利亞實(shí)現(xiàn)其2030年的減排目標(biāo)等。

從能源安全角度講，澳大利亞能源政策目標(biāo)主要有三個(gè)：一是穩(wěn)定能源供給，提高能源自足率，維護(hù)國(guó)家能源安全;二是提升能源出口增加值和自身工業(yè)化水平，降低經(jīng)濟(jì)對(duì)資源出口的依賴;三是在增長(zhǎng)經(jīng)濟(jì)和降低能源價(jià)格的同時(shí)采取行動(dòng)應(yīng)對(duì)氣候變化。

政策重點(diǎn)包括推動(dòng)液化天然氣的生產(chǎn)與出口;大力發(fā)展煤層氣產(chǎn)業(yè);加大新能源戰(zhàn)略的實(shí)施力度，包括加強(qiáng)煤炭氣化、捕獲能力以及封存二氧化碳的技術(shù)研發(fā)力度，引入替代交通燃料以減少車輛的碳排放，并在全國(guó)范圍內(nèi)開展氫能前景的相關(guān)研究，致力于使用氫和電池儲(chǔ)能技術(shù)相結(jié)合的電動(dòng)汽車最終完全取代以石油為基礎(chǔ)的汽車等。

在2018年12月召開的澳大利亞政府委員會(huì)(COAG)上，能源、礦產(chǎn)、資源和環(huán)境部長(zhǎng)們一致認(rèn)為氫能對(duì)澳大利亞的未來經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要，同意制定國(guó)家氫能戰(zhàn)略，并力爭(zhēng)到2030年成為全球氫能產(chǎn)業(yè)主要參與者。會(huì)上還成立了由澳大利亞首席科學(xué)家阿蘭·芬克爾擔(dān)任主席的COAG能源委員會(huì)氫工作組，重點(diǎn)圍繞氫出口、氫運(yùn)輸、天然氣制氫、氫氣支持電力系統(tǒng)等開展研究和部署，優(yōu)先事項(xiàng)是完成2020~2030年澳大利亞國(guó)家氫戰(zhàn)略設(shè)計(jì)，并于2019年底之前進(jìn)行審議，正式拉開澳大利亞氫能戰(zhàn)略的序幕。

出臺(tái)氫能路線圖

2018年8月，澳大利亞出臺(tái)了兩份報(bào)告——澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織(CSIRO)的發(fā)布《國(guó)家氫能發(fā)展路線圖：邁向經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的氫能產(chǎn)業(yè)》報(bào)告、阿蘭·芬克爾領(lǐng)導(dǎo)的氫戰(zhàn)略小組發(fā)布的《澳大利亞未來之氫》報(bào)告。這兩份報(bào)告為澳大利亞氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了藍(lán)圖。

首先，在氫制造的部署方面，CSIRO報(bào)告認(rèn)為，從技術(shù)成熟度看，化石原料制氫以天然氣制氫最為經(jīng)濟(jì)、合理，水裂解制氫以及太陽能電解水制氫也是提供可持續(xù)供應(yīng)氫能的有效途徑，但從制氫成本看，煤制氫成本最低，電解水制氫成本最高。

在項(xiàng)目層面，報(bào)告提出要在維多利亞州富產(chǎn)褐煤的拉特羅布山谷試驗(yàn)煤炭氣化制氫項(xiàng)目。目前，日本川崎重工已經(jīng)與澳大利亞政府合作在澳維多利亞州打造全球首個(gè)價(jià)值3.88億美元、為期4年的褐煤制氫商業(yè)試點(diǎn)項(xiàng)目，旨在將污染最嚴(yán)重的褐煤轉(zhuǎn)變成適用于氫燃料汽車以及發(fā)電和工業(yè)領(lǐng)域的清潔能源。發(fā)展目標(biāo)是在2030年代后實(shí)現(xiàn)煤制氫領(lǐng)域的商業(yè)化生產(chǎn)，使生產(chǎn)氫氣的成本降至每公斤2.14~2.74美元，并使拉特羅布山谷成為全球主要的氫產(chǎn)地。

另一個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)目是太陽能和風(fēng)能電解制氫，然后將氫氣用于悉尼天然氣能源的長(zhǎng)期儲(chǔ)能。澳大利亞可再生能源署(ARENA)已承諾向澳大利亞能源公司Jemena提供750萬澳元(1澳元約合4.79元人民幣)的資金，用于在其位于悉尼西部的工廠建造一個(gè)示范規(guī)模的500kW電解槽，還將投入2200萬澳元用于出口氫氣的研發(fā)資金，支持9個(gè)澳大利亞大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)的16個(gè)研究項(xiàng)目。

其次，良好的氫氣運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)是氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必要基礎(chǔ)條件。氫具有易燃易爆的特點(diǎn)，同時(shí)在高壓下容易使材料發(fā)生氫脆，因此氫氣的儲(chǔ)存和運(yùn)輸一直是個(gè)比較棘手的問題。

CSIRO報(bào)告認(rèn)為，考慮到儲(chǔ)存成本和空間可用性，到2025年，液化會(huì)使氫氣生產(chǎn)成本增加1.59~1.94澳元/千克，而作為替代方案的氨合成則將使氫氣生產(chǎn)成本增加1.10~1.33澳元/千克，因此氫氣壓縮應(yīng)是氫氣儲(chǔ)存的最佳選擇。

再次，在氫利用的部署方面，除了做航空器專用航空燃料外，氫能目前的主要用途有三塊：氫燃料電池、工業(yè)部門原料、電網(wǎng)和發(fā)電。

目前，燃料電池電動(dòng)汽車市場(chǎng)面臨的主要問題是成本高昂以及相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施缺乏。2018~2025年間，澳大利亞在氫燃料汽車領(lǐng)域的部署重點(diǎn)包括擴(kuò)大加氫站的適用范圍等，目標(biāo)是將加氫站的成本從目前的每站150萬~200萬美元大幅減少到2025年的50萬~100萬美元。

鑒于氫在鋼鐵工業(yè)中既是中間產(chǎn)物同時(shí)也能作為燃料就地消納，在鋼鐵工業(yè)過程中更有效地使用氫有助于提高整體能效并減少碳排放，且富氫氣體也可用作鋼生產(chǎn)的還原劑。澳大利亞對(duì)2018~2025年氫能在工業(yè)領(lǐng)域的研究部署是將氫氣作為生產(chǎn)源植入現(xiàn)有的工廠生產(chǎn)中，2025~2030年的部署是將氫氣作為鐵礦石還原劑的替代品。

在電力方面，澳大利亞2018~2025年將把部署重點(diǎn)放在以下幾個(gè)方面：研發(fā)燃料電池，降低資金成本和提高電池堆的壽命;研發(fā)氨/氫渦輪機(jī)和可充電燃料電池;致力于將風(fēng)能、光能等可再生能源產(chǎn)生的電能通過電解水制氫的方式轉(zhuǎn)化為氫能儲(chǔ)存起來以備燃料電池使用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期的能源儲(chǔ)存。

最后，在氫出口方面，CSIRO指出，澳大利亞2030年后才可能具備褐煤制氫的商業(yè)生產(chǎn)規(guī)模。想要與其他氫氣出口國(guó)競(jìng)爭(zhēng)，澳大利亞的氫氣生產(chǎn)價(jià)格必須降至2~3澳元/千克。為此，2018~2025年間，澳大利亞應(yīng)加大研發(fā)力度，尤其是氫氣生產(chǎn)、儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)燃夹g(shù)的研發(fā)，致力于為未來出口奠定基礎(chǔ)。

前景與挑戰(zhàn)

目前氫能產(chǎn)業(yè)的全球布局已經(jīng)初步展開，長(zhǎng)期看，氫能將是全球能源系統(tǒng)的重要組成部分，而澳大利亞在氫能發(fā)展方面具有諸多優(yōu)勢(shì)。

首先，澳大利亞擁有大規(guī)模制氫的所有必要資源：風(fēng)能、太陽能、煤炭、甲烷、碳封存場(chǎng)所和專業(yè)知識(shí)等。

其次，澳大利亞擁有完善的煤炭產(chǎn)業(yè)鏈條，完善的天然氣生產(chǎn)、液化及運(yùn)輸?shù)然A(chǔ)設(shè)施和強(qiáng)大的技術(shù)和專家團(tuán)隊(duì)，并且已經(jīng)具備了一系列成熟的技術(shù)來建立經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的氫能產(chǎn)業(yè)鏈條。

此外，市場(chǎng)方面，澳大利亞完善的能源貿(mào)易關(guān)系使其在面向亞洲出口方面具有優(yōu)勢(shì)。CSIRO預(yù)計(jì)，到2030年，中國(guó)、日本、韓國(guó)和新加坡對(duì)進(jìn)口氫氣的需求將達(dá)到99億澳元，是澳擴(kuò)大氫氣出口的重要機(jī)遇。

但另一方面，氫能產(chǎn)業(yè)還處于早期發(fā)展階段，2050年前能獲得大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的前景還不明朗。

首先，目前制氫還主要依賴存量有限且會(huì)造成環(huán)境污染的化石能源，而且整個(gè)制氫過程耗能很大，制氫效率低下。

其次，現(xiàn)階段氫氣使用成本遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)化石能源使用成本，經(jīng)濟(jì)性上不占優(yōu)勢(shì)，技術(shù)突破也存在諸多挑戰(zhàn)。比如，煤制氫技術(shù)中最核心的部分是對(duì)固體煤進(jìn)行處理，使其變成氣態(tài)物質(zhì)之后再進(jìn)行制取氫的過程，投資成本偏高、污染處理困難，且全球只有極少數(shù)商業(yè)上可行的二氧化碳捕獲和封存(CCS)設(shè)施，如何將CCS技術(shù)和煤制氫進(jìn)行有效結(jié)合，目前仍在探索中。

此外，氫能發(fā)展的最大瓶頸不是氫氣的供應(yīng)，而是儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用，這方面的技術(shù)突破不是短期內(nèi)能夠完成的。

從全球能源轉(zhuǎn)型的大趨勢(shì)看，根據(jù)英國(guó)石油公司BP的預(yù)測(cè)，到2050年，天然氣、非化石能源、石油和煤炭將各占四分之一。在能源結(jié)構(gòu)中，氫能作為可再生能源的一部分，在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間只可能作為一種過渡性的儲(chǔ)能解決方案，無法作為終極能源的選擇，但其在交通運(yùn)輸和工業(yè)行業(yè)的應(yīng)用前景十分廣闊。