氫能齊步走

很多人在問，氫能怎么今年忽然就火了?

事實(shí)上，全球氫能已經(jīng)歷了四輪熱潮。每輪熱潮的興起和回落，都繞不開兩個(gè)關(guān)鍵問題：一是能源成本，二是氣候治理。

1973年爆發(fā)的石油危機(jī)導(dǎo)致全球石油短缺，油價(jià)從3美元飆至13美元。備受高油價(jià)困擾的國(guó)家開始設(shè)想，能否用煤炭與核能制造氫氣以替代石油。1977年，國(guó)際能源署氫能和燃料電池技術(shù)合作計(jì)劃設(shè)立，一些國(guó)家隨即展開技術(shù)研發(fā)。但隨著石油危機(jī)解除，第一輪氫能熱退潮。

到了1992年，《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》獲得通過，這是全球多國(guó)在應(yīng)對(duì)氣候變化問題上首次達(dá)成共識(shí)，可以實(shí)現(xiàn)“零排放”的氫能技術(shù)再度被關(guān)注。此后幾年，日本以及歐洲的一些國(guó)家重金投入氫能技術(shù)研發(fā)，并有所斬獲。但是，持續(xù)低迷的油價(jià)降低了投資者的投資熱情，氫能產(chǎn)業(yè)仍未能形成規(guī)模。

2005年2月，舉世矚目的《京都議定書》正式生效，這是人類歷史上首次以法規(guī)形式限制溫室氣體排放，全球氣候治理的熱情再度被激發(fā)。歐美日加大了對(duì)氫能的研發(fā)投入，并出現(xiàn)了一批商業(yè)化氫能公司。然而，2008年金融危機(jī)等因素影響了部分國(guó)家對(duì)氣候治理的持續(xù)投資，氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展再次受阻。

直到2018年，可再生能源發(fā)電成本的顯著下降，加上全球減排進(jìn)程提速，氫能產(chǎn)業(yè)得以重整行裝、集結(jié)出發(fā)。

誰(shuí)在走?

從數(shù)量看，參與本輪集結(jié)的國(guó)家遠(yuǎn)超以往。

老將不會(huì)缺席。比如日本于2019年提出了《氫能與燃料電池戰(zhàn)略路線圖》，目標(biāo)是“2025年實(shí)現(xiàn)氫能交通和民用市場(chǎng)的推廣和普及，2030年實(shí)現(xiàn)氫能大規(guī)模供給”;法國(guó)將氫能作為疫情后重振經(jīng)濟(jì)的重要抓手，明確“2023年前建造100座氫充電站，達(dá)成5000輛商用氫能小客車”等目標(biāo)。

除了上述國(guó)家，德國(guó)嘗試在全國(guó)加快氫能網(wǎng)絡(luò)布局;荷蘭希望憑借風(fēng)能、物流等條件展開綠氫生產(chǎn);英國(guó)除了要提高氫產(chǎn)量，還將開建一個(gè)完全由氫供熱的城鎮(zhèn)。

根據(jù)中國(guó)氫能聯(lián)盟專家委員會(huì)主任余卓平的統(tǒng)計(jì)，貢獻(xiàn)全球GDP約52%的27個(gè)國(guó)家中，有16個(gè)已經(jīng)制定了全面的國(guó)家氫能戰(zhàn)略，還有11個(gè)國(guó)家正在制定國(guó)家氫能戰(zhàn)略。

盤點(diǎn)這些國(guó)家的氫能戰(zhàn)略，會(huì)發(fā)現(xiàn)這些國(guó)家首要任務(wù)相當(dāng)一致：脫碳。

加拿大燃料電池企業(yè)巴拉德動(dòng)力系統(tǒng)首席執(zhí)行官麥楷文指出，脫碳、零碳已成為全球共識(shí)，有70多個(gè)國(guó)家將氫視為實(shí)現(xiàn)脫碳的一條最關(guān)鍵的技術(shù)路徑。

除了脫碳，戰(zhàn)略還指向一個(gè)潛在方向：爭(zhēng)奪未來能源行業(yè)的新風(fēng)口。

能源一直與資源有著緊密的聯(lián)系——石油時(shí)代，掌握油藏者為王;光伏時(shí)代，擁硅者為王。但氫能是一個(gè)例外。由于空氣含有大量氫元素，只要通過技術(shù)手段將其獲取轉(zhuǎn)化，我們就能擁有這種零排放、能量密度高的能源，就能站上新風(fēng)口。

然而，氫能尚處在商業(yè)化初期，要想在新風(fēng)口站穩(wěn)，不僅需要技術(shù)，而且要有可供試錯(cuò)的市場(chǎng)。和其他國(guó)家相比，中國(guó)在上述兩方面都有優(yōu)勢(shì)。

澳大利亞技術(shù)科學(xué)與工程院院士、新南威爾士大學(xué)中國(guó)尖端技術(shù)產(chǎn)業(yè)研究院院長(zhǎng)甄崇禮指出：“中國(guó)絕對(duì)有希望在很短的時(shí)間內(nèi)做到世界領(lǐng)先，因?yàn)橹袊?guó)跟很多別的國(guó)家不一樣……不但有應(yīng)用場(chǎng)景，(中國(guó))企業(yè)也有應(yīng)用新科技的熱情。”

往哪走?

搶風(fēng)口，比拼的還有速度。中國(guó)能源工程集團(tuán)上海氫能研究院院長(zhǎng)范欽柏曾以氫燃料電池為例指出，彎道超車，先要找道。

氫電耦合，就是當(dāng)下多方認(rèn)可并嘗試進(jìn)入的賽道。

電力企業(yè)紛紛布局自不必說。在國(guó)內(nèi)，光伏巨頭隆基正借助自身優(yōu)勢(shì)，開發(fā)綠電制氫及氫能裝備項(xiàng)目;在國(guó)外，德國(guó)萊茵集團(tuán)準(zhǔn)備聯(lián)合化工企業(yè)建設(shè)大型海上風(fēng)電場(chǎng)，風(fēng)電場(chǎng)產(chǎn)生的兩成電力將直接用于生產(chǎn)綠氫。

非電力企業(yè)也在積極進(jìn)場(chǎng)。在國(guó)內(nèi)，中國(guó)石化表示將逐步打造“油氣氫電服”綜合加能站;在國(guó)外，挪威國(guó)油和英國(guó)公用事業(yè)公司則宣布，將聯(lián)合開發(fā)世界上第一座100%氫燃料發(fā)電廠。

氫能的應(yīng)用場(chǎng)景很多，但直到今天，只有試圖破解長(zhǎng)距離低碳運(yùn)輸問題的氫燃料電池摸到了商業(yè)化的大門。氫電耦合之所以能成為新賽道，也是因?yàn)樗型平馕磥碛绊戨娏π袠I(yè)發(fā)展的難題——面對(duì)大量接入的綠電，我們應(yīng)該怎么辦?

無論是煤炭還是石油，除了可以提供能量，其本身也是儲(chǔ)存能量的介質(zhì)。然而風(fēng)電和光伏不同，它們可以產(chǎn)生電力，卻無法儲(chǔ)存電力。

當(dāng)下，補(bǔ)齊新能源儲(chǔ)能短板的方案有兩種：抽水蓄能和電化學(xué)儲(chǔ)能。然而，兩種儲(chǔ)能僅為小時(shí)級(jí)別或日級(jí)別的，與之相比，氫能可儲(chǔ)存能量達(dá)數(shù)月之久，且期間不會(huì)發(fā)生能量衰減。

上海電力股份有限公司副總經(jīng)理夏梅興指出，在電力行業(yè)的發(fā)展過程當(dāng)中，迫切需要一個(gè)載體來實(shí)現(xiàn)電力的實(shí)時(shí)平衡和處處平衡，而氫能在這個(gè)過程當(dāng)中恰好勝任。

對(duì)于電網(wǎng)，氫能將有助于其實(shí)現(xiàn)平衡。夏梅興認(rèn)為，在能源供應(yīng)側(cè)，可以用可再生能源通過集中式和分散式來制氫、儲(chǔ)氫，消納富余的光伏水電來制氫，這樣一來，電網(wǎng)便可以實(shí)現(xiàn)平滑輸出。

對(duì)于火電，氫能可更有效地幫助其調(diào)峰。夏梅興指出，火電的啟停是需要成本的，停下來就要付出成本，所以極端情況下可能會(huì)出現(xiàn)電價(jià)為負(fù)。氫能起到調(diào)峰、調(diào)頻的作用，可使整個(gè)發(fā)電機(jī)組維持比較高的負(fù)荷率。

怎么走?

2020年11月，國(guó)際可再生能源機(jī)構(gòu)發(fā)布了首份《綠色氫能政策》報(bào)告，其中指出，將綠色氫能從一個(gè)利基市場(chǎng)參與者轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)用廣泛的能源載體，需要制定綜合的政策體系來克服最初發(fā)展的阻礙。

這里提到的阻礙，一是成本，二是技術(shù)。

對(duì)于成本，中國(guó)工程院院士彭蘇萍建議，降成本需從兩端入手，即重點(diǎn)在制氫與燃料電池制造方面進(jìn)行成本控制。

目前，制氫的成本痛點(diǎn)在于電價(jià)和電解槽。國(guó)聯(lián)證券研究顯示，綠電成本占據(jù)綠氫全生命周期成本的56%，電解槽系統(tǒng)投資成本占38%。要解決氫能成本問題，除了通過技術(shù)提升降低綠電價(jià)格，也要通過研發(fā)減少電解槽的系統(tǒng)初始投資成本。

對(duì)于技術(shù)，業(yè)界最關(guān)注的是氫電轉(zhuǎn)化中的能量損耗問題。

落基山研究所高級(jí)主管托馬斯·科赫·布蘭克曾表示：“大多數(shù)情況下，利用電力生產(chǎn)氫來發(fā)電是非常愚蠢的，因?yàn)樵谶@個(gè)循環(huán)過程中有太多的能量損失。”

損失到底有多少?目前說法不一。根據(jù)中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的研究，在綠電轉(zhuǎn)化為氫，再由氫重新轉(zhuǎn)為電能的過程中，有50%~70%的能量損失，導(dǎo)致這種轉(zhuǎn)換很不經(jīng)濟(jì)，亟需通過技術(shù)解決。

但無論怎樣推動(dòng)技術(shù)升級(jí)，我們都需切記：不求快，但求走出適合中國(guó)市場(chǎng)的路。正如中國(guó)氫能聯(lián)盟戰(zhàn)略委員會(huì)主任、中國(guó)科學(xué)院院士徐冠華所說，氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展要充分吸取風(fēng)電、光伏以及新能源汽車發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，尤其要避免低端重復(fù)開發(fā)、資源和資金浪費(fèi)等現(xiàn)象……不因氫能源的戰(zhàn)略性而一哄而起，也不因發(fā)展氫能源的長(zhǎng)期性而放棄戰(zhàn)略目標(biāo)，坐等別國(guó)成果。

消除以上阻礙，氫能才能真正實(shí)現(xiàn)齊步走。