“棄能”變“氫能” 助力可再生能源資源富集區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展

在日前閉幕的SNEC(2020)國際儲能和氫能及燃料電池工程技術(shù)大會暨展覽會上，中國工程院院士、中國可再生能源學(xué)會理事長譚天偉指出，我們目前正處于氫能發(fā)展的風(fēng)口，氫能的平穩(wěn)健康發(fā)展，將在能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、提高可再生能源使用效率、節(jié)能減排方面，發(fā)揮越來越重要的作用。

氫能被視為“21世紀(jì)的終極能源”，其開發(fā)與利用已成為新一輪世界能源變革的重要方向，在全球日益受到關(guān)注。其中，被稱作“綠氫”的可再生能源制氫，由于制備過程實(shí)現(xiàn)了“零碳排放”，符合世界發(fā)展潮流，也得到業(yè)界廣泛的認(rèn)可。通過技術(shù)研發(fā)促進(jìn)“綠氫”成本的下降，并推動(dòng)全產(chǎn)業(yè)鏈的突破，是全球氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展的共同愿景。

綠色氫能前景廣闊

“目前，氫能已經(jīng)從研究開始進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用階段，”據(jù)譚天偉介紹，氫能發(fā)展已受到全球主要國家的高度重視，日本、韓國、歐盟已先后制定了國家氫能戰(zhàn)略，一方面，對氫能及燃料電池的研發(fā)給予特別的經(jīng)費(fèi)支持;另一方面，也為氫能的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和燃料電池汽車的商業(yè)化應(yīng)用提供了多種政策支持。

譚天偉指出，我國一直大力支持氫能發(fā)展，在“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中，就把氫能作為能源科技創(chuàng)新的重要方向，今年，《中華人民共和國能源法》明確將氫能列入能源體系。在國家政策引導(dǎo)下，國內(nèi)多省市加快了氫能產(chǎn)業(yè)布局步伐，截至2019年12月，已有16個(gè)省市，33個(gè)城市發(fā)布了氫能燃料電池產(chǎn)業(yè)相關(guān)規(guī)劃或政策。

“我國可再生能源電解水制綠氫潛力巨大。”國家有色金屬新能源材料與制品工程技術(shù)研究中心主任蔣利軍表示，近年來，實(shí)行電力交易制和配額制后，由于波動(dòng)性造成的“棄電”得到了有效控制，但與此同時(shí)，由于輸電能力限制所造成可再生能源資源得不到有效開發(fā)的“棄能”現(xiàn)象更應(yīng)得到關(guān)注。他表示，通過高效電解水制氫和氫的低成本儲運(yùn)，可以打通另一條有效開發(fā)可再生能源的途徑，變“棄能”為“氫能”，推動(dòng)可再生能源資源富集地區(qū)的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

綠氫是實(shí)現(xiàn)高比例可再生能源的重要支撐，也是實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)輸、發(fā)電、建筑等領(lǐng)域高度深度脫碳的最佳選擇。“通過提供一種長期的能源存儲方法，氫可以實(shí)現(xiàn)可再生電能在能源系統(tǒng)的大規(guī)模集成。”聯(lián)合國開發(fā)計(jì)劃署能源環(huán)境項(xiàng)目主任張衛(wèi)東指出，氫能在能源轉(zhuǎn)型中扮演的角色，能夠?qū)崿F(xiàn)能源體系從骨干到終端應(yīng)用的脫碳。

尤其是交通運(yùn)輸領(lǐng)域的“去碳化”，氫能發(fā)揮的作用更為明顯。在張衛(wèi)東看來，當(dāng)前全球的交通運(yùn)輸行業(yè)幾乎完全依賴于化石燃料，并貢獻(xiàn)了20%以上的二氧化碳排放，而氫動(dòng)力車輛以其高性能和快充便利性，將能夠補(bǔ)充動(dòng)力電池汽車缺陷，并實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)輸行業(yè)的廣泛脫碳。

對于氫能參與交通領(lǐng)域的變革，中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽明高近日指出，面向汽車應(yīng)用的氫能戰(zhàn)略應(yīng)聚焦綠氫。他表示，燃料電池汽車合理性取決于氫能，氫能的合理性取決于可再生能源轉(zhuǎn)型中大規(guī)模能量儲存與多元化利用需求，主攻綠氫既突出重點(diǎn)又簡化問題，10%的可再生能源棄電可以滿足2025年燃料電池車用氫需求，50%的棄電可以滿足2035年燃料電池汽車用氫需求。

綠氫成本下降可期

發(fā)展可再生能源制氫，是解決可再生能源發(fā)展瓶頸的重要方向，通過“氫儲能”的開發(fā)，可以有效應(yīng)對太陽能光伏、風(fēng)能發(fā)電的間歇性和消納問題，與此同時(shí)，我國可再生能源資源十分豐富，可以為氫能制備提供了充足的能量來源。隨著可再生能源發(fā)電成本的大幅度降低，“綠氫”將逐漸成為主流。

蔣利軍表示，目前，可再生能源制氫成本約為6美元/干克，當(dāng)這一成本降至2.6美元/千克時(shí)，就可以擁有競爭力。他預(yù)計(jì)，在5-10年內(nèi)，可再生氫平均成本可以降至約2-3美元/千克，在條件最優(yōu)地區(qū)將達(dá)到1-1.5美元/千克左右，和當(dāng)前煤制氫成本相當(dāng)。

其中，由于光伏技術(shù)的不斷提升和光伏發(fā)電成本的持續(xù)下降，光伏制氫被給予厚望。中國科學(xué)院院士、中國電力科學(xué)研究院名譽(yù)院長周孝信指出，氫和電力的關(guān)系十分緊密，通過可再生能源大規(guī)模制氫，氫能未來將成為能源系統(tǒng)中的重要組成部分。他表示，只需將光伏度電成本降到1毛錢，綠氫就可以代替煤制氫。

“太陽能光伏制氫是非常有前景的，”周孝信進(jìn)一步介紹，目前，煤制氫成本約為1元/立方米，天然氣制氫成本約2元/立方米，當(dāng)光伏電價(jià)為0.34元/kWh時(shí)，光伏制氫成本就能達(dá)到2元/立方米，與天然氣制氫持平，如果使用光伏電價(jià)達(dá)到0.1元/kWh，制氫成本甚至可以低于煤制氫。

根據(jù)IHS Markit近期的一項(xiàng)分析，十年內(nèi)，可再生能源制氫將擁有成本競爭力。該機(jī)構(gòu)指出，自2015年以來，生產(chǎn)綠氫的成本已經(jīng)下降了50%，到2025年，得益于規(guī)模擴(kuò)大和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，綠氫成本將繼續(xù)下降30%;到2030年，通過可再生能源電解水制氫，綠氫將比天然氣更具成本優(yōu)勢。

“世界氫能成本的降低，一定要看中國。”張衛(wèi)東表示，在全球可再生能源的發(fā)展歷程中，中國使光伏成本降低了90%以上，使風(fēng)能成本降低了80%以上，如今，中國氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)的興起，正在決定性地推動(dòng)著全球氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

全產(chǎn)業(yè)鏈亟需突破

近年來，我國氫能產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展，截至2019年底，國內(nèi)氫燃料電池汽車保有量達(dá)到6000余輛，累計(jì)建成加氫站已有60座，不過，到目前為止，氫能發(fā)展仍處于起步階段，亟需全產(chǎn)業(yè)鏈的突破。對此，譚天偉指出，創(chuàng)新是推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)恿?，不同學(xué)科之間的交叉，不同技術(shù)的集成，是促進(jìn)氫能盡快產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。

蔣利軍表示，經(jīng)過多年發(fā)展，我國已經(jīng)建立了以灰氫為主要?dú)湓矗愿邏簹錇橹饕\(yùn)輸載體，以燃料電池汽車為主要應(yīng)用場景的氫能產(chǎn)業(yè)鏈。這一產(chǎn)業(yè)鏈具有良好的氫氣工業(yè)基礎(chǔ)，制儲氫技術(shù)成熟度較高，且延續(xù)了純電動(dòng)汽車的政策和投資熱度。

但與此同時(shí)，產(chǎn)業(yè)鏈目前也存在著諸多問題。蔣利軍指出，灰氫依然存在著環(huán)境污染和二氧化碳排放問題，與發(fā)展氫能初衷仍有差距，應(yīng)向藍(lán)氫和綠氫方向發(fā)展;高壓氫存在著較大的安全隱患和較高的能耗;燃料電池汽車僅是氫能應(yīng)用的一部分，還應(yīng)擴(kuò)大再發(fā)電、建筑和工業(yè)上的應(yīng)用。他表示，未來要構(gòu)建以綠氫為氫源，以低壓氫為主要儲運(yùn)載體，多應(yīng)用場景的氫能產(chǎn)業(yè)鏈。

“氫能是新能源技術(shù)體系的組成部分。”歐陽明高認(rèn)為，當(dāng)前，氫燃料電池技術(shù)取得了一定程度的突破，但是氫能產(chǎn)業(yè)還沒有完全突破，未來需要全產(chǎn)業(yè)鏈走向成熟。其中，氫能儲能成本低，和儲電互補(bǔ)，且運(yùn)儲方式靈活，是集中式可再生能源大規(guī)模、長周期儲存的最佳途徑。

對此，張衛(wèi)東表示，制約氫能汽車發(fā)展的瓶頸并不是氫燃料電池，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的創(chuàng)新迫在眉睫。他指出，“氫能技術(shù)落后于燃料電池技術(shù)，因?yàn)槌杀酒?，效率偏低，需要全方位革新?rdquo;他預(yù)計(jì)，未來需要10年，才能讓新一代的高效低成本制氫、運(yùn)氫、儲氫技術(shù)實(shí)現(xiàn)完全成熟。