氫能不止燃料電池 大規(guī)模推廣降本增效是關(guān)鍵

:近日，河北省正式印發(fā)《推進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展實(shí)施意見》，支持張家口、保定、邯鄲開展先行先試，推動(dòng)制氫、儲(chǔ)氫、加氫站、氫能應(yīng)用等標(biāo)準(zhǔn)制定；圍繞制氫、儲(chǔ)運(yùn)、燃料電池、應(yīng)用示范和產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展、創(chuàng)新體系建設(shè)、標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)等七個(gè)方面做好相關(guān)工作，推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。國(guó)發(fā)能研院、綠能智庫(kù)資料顯示，除河北外，山西、山東、浙江、內(nèi)蒙古、吉林、海南等省份目前也已出臺(tái)省級(jí)氫能發(fā)展規(guī)劃，大多數(shù)省份都圍繞著氫燃料電池車進(jìn)行氫能全產(chǎn)業(yè)鏈布局，但汽車產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)異常激烈，在國(guó)家級(jí)政策還未出臺(tái)的情況下，燃料電池汽車前期投入大、投資風(fēng)險(xiǎn)較高，已經(jīng)引起監(jiān)管機(jī)構(gòu)的注意。

（來源：微信公眾號(hào)“能源發(fā)展與政策” ID：nyfzwww）

7月1日，在美錦能源公告投資百億布局青島氫能小鎮(zhèn)后僅三天，便收到證監(jiān)會(huì)問詢函，提出8個(gè)問題質(zhì)疑2018年凈利潤(rùn)不到20億的美錦能源是否能夠推動(dòng)已經(jīng)宣布的投資總和超過200億元的氫能項(xiàng)目順利進(jìn)行，而美錦能源在答復(fù)問詢時(shí)指出，氫能小鎮(zhèn)項(xiàng)目預(yù)計(jì)建設(shè)時(shí)間8-10年，每年投資規(guī)模有限，避免產(chǎn)能過剩。國(guó)發(fā)能研院、綠能智庫(kù)認(rèn)為，美德日韓等燃料電池發(fā)展領(lǐng)先的國(guó)家，本來在汽車產(chǎn)業(yè)上就具有領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，而我國(guó)幅員遼闊，各地產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)差異較大，發(fā)展氫能不應(yīng)一哄而上布局燃料電池車，而是應(yīng)該因地制宜，探索多樣化的應(yīng)用場(chǎng)景。

氫氣混合燃?xì)猓簹淠艽笠?guī)模應(yīng)用的最簡(jiǎn)單場(chǎng)景

事實(shí)上，在除高原外的絕大部分地區(qū)，燃?xì)夤芫W(wǎng)中混入一定體積分?jǐn)?shù)的氫氣，現(xiàn)有燃?xì)庠O(shè)備是可以正常運(yùn)行的。作為歐盟認(rèn)證的一部分，1996年頒布的《燃?xì)馄骶咧噶睿℅AD）》就規(guī)定，所有家用燃?xì)馄骶叨夹枰?jīng)過23%的氫氣測(cè)試，既在保證安全的前提下，使用至多含有23%體積分?jǐn)?shù)氫氣的混合燃?xì)獠⒉恍枰鼡Q特定的設(shè)備。作為燃?xì)馄骶咧圃旒俺隹诖髧?guó)，我國(guó)生產(chǎn)的絕大多數(shù)相關(guān)產(chǎn)品，都滿足歐盟標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)發(fā)能研院、綠能智庫(kù)梳理相關(guān)信息發(fā)現(xiàn)，2018年，天津市科技計(jì)劃項(xiàng)目“建筑燃?xì)獍踩腔劢K端關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)品開發(fā)”(編號(hào):16YFZCSF00480)中，就有“含氫天然氣在家用天然氣燃具上的燃燒性能測(cè)試”這一項(xiàng)試驗(yàn)，結(jié)果表明：天然氣中加入氫氣后，由于熱值的降低，在12T燃具上使用時(shí)會(huì)出現(xiàn)熱工性能偏差的問題，但不會(huì)改變?nèi)季咴谀苄Х矫娴谋憩F(xiàn)，因此天然氣中加入氫氣在常規(guī)的天然氣類家用燃?xì)饩呱峡梢灾苯邮褂?，不存在明顯改變?nèi)細(xì)饩甙踩?、?jié)能和技術(shù)性能等既有狀況的現(xiàn)象；但不同氣源天然氣的華白數(shù)與熱值不同，考慮氣源的普適性，確定天然氣中摻入氫氣含量應(yīng)不大于20%。

2017年，英國(guó)基爾大學(xué)啟動(dòng)為期六年的Hydeploy項(xiàng)目，這是英國(guó)第一個(gè)向燃?xì)饩W(wǎng)絡(luò)注入氫氣的示范項(xiàng)目，同時(shí)也是是英國(guó)天然氣及電力市場(chǎng)辦公室（Ofgem）有史以來最大的天然氣創(chuàng)新項(xiàng)目，由基爾大學(xué)聯(lián)合當(dāng)?shù)靥烊粴膺\(yùn)營(yíng)商Cadent、NGN以及相關(guān)企業(yè)、機(jī)構(gòu)合作進(jìn)行。Hydeploy項(xiàng)目包括三個(gè)單獨(dú)的試驗(yàn)，將20％體積的氫氣分別混合到基爾大學(xué)的專用網(wǎng)絡(luò)中和NGN、Cadent的天然氣網(wǎng)絡(luò)中，目標(biāo)到2023年，氫氣生產(chǎn)商能夠像現(xiàn)在的生物甲烷（沼氣）供應(yīng)商一樣向天然氣網(wǎng)絡(luò)中注入氫氣。

Hydeploy項(xiàng)目示意圖：黑色管線為氫氣運(yùn)輸管道，中間交匯處為制氫廠,橙色管線用于制氫過程中的二氧化碳捕捉

經(jīng)過約18個(gè)月的前期工作，證明了當(dāng)前的燃?xì)饩W(wǎng)絡(luò)和設(shè)備能夠在不進(jìn)行大規(guī)模改造的情況下采用20%體積分?jǐn)?shù)的氫混合物后，2019年9月，基爾大學(xué)將展開第一次試驗(yàn)，氫氣會(huì)被加入到由大學(xué)運(yùn)營(yíng)的一個(gè)內(nèi)部天然氣管網(wǎng)中，向100個(gè)家庭和30個(gè)教學(xué)樓提供混合燃?xì)狻５鳛榻饘龠€原劑，氫氣具有強(qiáng)還原性，加入燃?xì)夤芫W(wǎng)中時(shí)，部分老舊金屬管網(wǎng)需要被替換為塑料等新型材料。剩下兩項(xiàng)試驗(yàn)將分別于2020年及2021年在英國(guó)東北部的NGN網(wǎng)絡(luò)及西北部的Cadent網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行，每項(xiàng)試驗(yàn)規(guī)模約為700戶家庭，屆時(shí)將同樣提供混合20%氫氣的燃?xì)狻?/p>

國(guó)發(fā)能研院、綠能智庫(kù)認(rèn)為，汽油、天然氣等化石能源添加同類物質(zhì)使用并非新興技術(shù)，例如生物甲烷（沼氣）混合天然氣、生物乙醇混合汽油，在技術(shù)上已經(jīng)非常成熟，并且極大的促進(jìn)了生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。2018年，我國(guó)進(jìn)口天然氣約9000萬噸，超過日本成為天然氣進(jìn)口第一大國(guó)，如果氫氣能夠以一定比例混入燃?xì)夤芫W(wǎng)中使用，將一定程度減少天然氣需求量，不僅有利于我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展，在減少碳排放、提高能源自給率方面，也能起到立竿見影的效果。

氫儲(chǔ)能與氫能發(fā)電：解決可再生能源消納的新思路

我國(guó)可再生能源發(fā)展全球領(lǐng)先，水、風(fēng)、光裝機(jī)量均為世界第一，但在發(fā)展過程中，由于資源分布不均造成的矛盾較為突出。目前我國(guó)的風(fēng)電、光伏發(fā)電主要分布在西北、華北、東北等“三北”地區(qū)，水電則集中在西南地區(qū)，但電力負(fù)荷重心在華東、華南地區(qū)，發(fā)電中心和用電負(fù)荷中心距離較遠(yuǎn)，大規(guī)模、長(zhǎng)距離輸電在所難免。而可再生能源發(fā)電具有一定的波動(dòng)性、隨機(jī)性，在電網(wǎng)中占比越大，越需要削峰填谷進(jìn)行調(diào)節(jié)，造成電網(wǎng)運(yùn)行效率下降等不利影響。

據(jù)國(guó)發(fā)能研院、綠能智庫(kù)了解，德國(guó)在發(fā)展風(fēng)電的過程中，也遇到了發(fā)電、用電中心距離較遠(yuǎn)的問題——德國(guó)風(fēng)電裝機(jī)集中在北部地區(qū)，但用電負(fù)荷在南部。為緩解風(fēng)電消納難題，除了常規(guī)輸電外，德國(guó)將風(fēng)電轉(zhuǎn)變?yōu)闅錃猓詺鋬?chǔ)能的方式來替代部分直接輸電，2013年至今，德國(guó)已經(jīng)開發(fā)運(yùn)行了十余個(gè)氫儲(chǔ)能示范項(xiàng)目，探索氫氣制取后的多種用途，包括供應(yīng)周邊加氫站、直接燃燒發(fā)電、使用燃料電池技術(shù)發(fā)電、甚至與空氣中二氧化碳反應(yīng)制取甲烷等“電轉(zhuǎn)氣（P+G）”技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景。

在科技部近期公布的國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“可再生能源與氫能技術(shù)”2018年度項(xiàng)目公示清單中，“大規(guī)模風(fēng)/光互補(bǔ)制儲(chǔ)氫示范系統(tǒng)”赫然在列，項(xiàng)目要求風(fēng)電機(jī)組容量至少6兆瓦，光伏電站容量大于2兆瓦，表明我國(guó)已開始探索大規(guī)?？稍偕茉粗茪涞目尚行?。目前，我國(guó)首個(gè)大型風(fēng)電制氫示范項(xiàng)目——中德合作的張家口沽源風(fēng)電制氫項(xiàng)目已進(jìn)入設(shè)備調(diào)試階段，該項(xiàng)目包括10MW電解水制氫系統(tǒng)，配合200MW風(fēng)電場(chǎng)制氫，項(xiàng)目建成后可形成年制氫1752萬標(biāo)準(zhǔn)立方米的生產(chǎn)能力。發(fā)電方面，國(guó)家電網(wǎng)與明天氫能已經(jīng)宣布將在安徽省打造我國(guó)首個(gè)兆瓦級(jí)氫能源儲(chǔ)能電站，氫儲(chǔ)能將成為解決“棄風(fēng)棄光”問題的新思路。

氫能發(fā)展需打通瓶頸 降本增效才能提高競(jìng)爭(zhēng)力

數(shù)據(jù)表明，我國(guó)現(xiàn)有工業(yè)制氫產(chǎn)能達(dá)到2500萬噸，穩(wěn)居全球第一；而每年水、風(fēng)、光限電約1000億千瓦時(shí)，理論上可電解制氫200萬噸。但我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)還在發(fā)展初期，各個(gè)工業(yè)制氫產(chǎn)區(qū)的氫氣目前以就近消納為主。國(guó)發(fā)能研院、綠能智庫(kù)了解到，氫能儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)關(guān)系到氫氣能否被高效利用，是限制氫能大規(guī)模發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化的重要瓶頸，成為氫能推廣的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一。隨著各省市不斷布局氫能產(chǎn)業(yè)，國(guó)內(nèi)氫能儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)不斷突破：我國(guó)目前在35兆帕氣態(tài)氫氣儲(chǔ)存、液氫罐車運(yùn)輸及鐵路運(yùn)輸?shù)确矫婕夹g(shù)已經(jīng)較成熟，下一步除了降低目前氫氣儲(chǔ)運(yùn)成本外，將探索70兆帕氣態(tài)儲(chǔ)氫、固態(tài)儲(chǔ)氫及長(zhǎng)距離管道運(yùn)輸氫氣的可行性。

各制氫方法基本指標(biāo)比較（資料來源：國(guó)金證券研究所）

此外，氫能作為典型的二次能源，無論是通過煤制氫、甲烷重整等傳統(tǒng)方式獲得，還是利用可再生能源制氫等新興技術(shù)，成本是一個(gè)繞不開的話題。資料顯示，化石能源重整和可再生能源制氫的能量轉(zhuǎn)化率均超過70%，差異不大，但在實(shí)際應(yīng)用中，化石能源獲得成本比風(fēng)電、光伏發(fā)電低得多，導(dǎo)致最終制氫成本不到可再生能源制氫的一半?？稍偕茉粗茪淙粝脒_(dá)到目前煤炭、天然氣重整制氫的平均能效，除了降低發(fā)電成本外，還要提高風(fēng)電、光伏發(fā)電轉(zhuǎn)化效率，單個(gè)項(xiàng)目配建風(fēng)、光電站裝機(jī)量需達(dá)到數(shù)百兆瓦甚至更多，才能保證足夠的電力輸出。雖然目前成本較高，但可再生能源制氫具有無可比擬的環(huán)保優(yōu)勢(shì)，國(guó)家只要給與足夠力度扶持，將助力我國(guó)減少碳排放，達(dá)成節(jié)能減排目標(biāo)。

原標(biāo)題:特別關(guān)注 | 氫能不止燃料電池 大規(guī)模推廣降本增效是關(guān)鍵