能源轉(zhuǎn)型迫在眉睫  氫能如何脫穎而出

自2020年正式提出“3060”的目標(biāo)以來，能源低碳化就成為了我國能源發(fā)展的重要路線，能源轉(zhuǎn)型也迫在眉睫。而在能源轉(zhuǎn)型工作中，氫能扮演著重要角色。

 近日，北京市發(fā)改委印發(fā)了《北京市可再生能源替代行動(dòng)方案（2023-2025年）》，文件從四方面提出了氫能項(xiàng)目建設(shè)，建設(shè)目標(biāo)為到2025年，全市氫能應(yīng)用規(guī)模達(dá)到2萬噸左右。文件對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)提供政策上的指導(dǎo)和支持。

 為何氫能在能源轉(zhuǎn)型過程中能脫穎而出，需要從以下幾方面來看。

 環(huán)境因素

 當(dāng)前我國能源結(jié)構(gòu)不平衡。我國能源富煤缺油少氣現(xiàn)象突出，能源結(jié)構(gòu)“一煤獨(dú)大”，天然氣和石油依賴進(jìn)口。

由圖可見，全球范圍內(nèi)，石油和天然氣消費(fèi)的比重已經(jīng)超過50%，而我國煤炭消費(fèi)仍高達(dá)60%以上?；茉吹倪^多會(huì)增加碳排放量，引發(fā)溫室效應(yīng)，出現(xiàn)極端惡劣天氣，破壞生態(tài)平衡。有數(shù)據(jù)顯示，2021年全球地表平均溫度比19世紀(jì)的基線高出1.25℃。

 2022年，中國碳排放總量位110億噸，約占全球碳排放總量的28.87%，仍占世界第一，其中電力行業(yè)排放51億噸，占比46.37%，工業(yè)排放量42億噸，占比38.18%。建立多元化、清潔化、低碳化的能源供應(yīng)體系是我國能源轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略目標(biāo)。

 發(fā)展經(jīng)濟(jì)合理、穩(wěn)定安全、綠色低碳的能源是轉(zhuǎn)型的主要目的。但現(xiàn)實(shí)情況是能源轉(zhuǎn)型遇到重重困難，如北方供暖“煤改氣”供需脫節(jié)，可再生能源發(fā)電“上網(wǎng)難”等，更有學(xué)者將“經(jīng)濟(jì)合理、穩(wěn)定安全、綠色低碳”稱為“不可能三角”。

 在此背景下，氫能憑借零污染、高熱值、資源豐富、用途廣泛等優(yōu)點(diǎn)受到國家重視，并積極引導(dǎo)氫能發(fā)展。

 政策因素

 2021年，氫能被列入《國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2023年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》未來產(chǎn)業(yè)布局。2022年，國家發(fā)改委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021-2035）》，明確了氫氣的能源屬性，肯定了氫能的戰(zhàn)略地位，對(duì)氫能的后續(xù)發(fā)展做出指導(dǎo)，氫能行業(yè)也在政策的支持下快速發(fā)展。

 氫能發(fā)展中長期政策明確（資料來源：中央政府網(wǎng)，前瞻產(chǎn)業(yè)研究院，國信證券經(jīng)濟(jì)研究所整理）

 同時(shí)，各地方也在對(duì)氫能發(fā)展提出政策上的支持，主要分為發(fā)展規(guī)劃類、財(cái)政支持類、管理辦法類、項(xiàng)目安全類、氫能安全類與標(biāo)準(zhǔn)體系類。截至2023年1月，我國個(gè)地方發(fā)布?xì)淠苷?24項(xiàng)，氫能發(fā)展取得長足進(jìn)步。數(shù)據(jù)顯示，至2023年1月，我姑燃料電池車保有量超10000輛，已建成運(yùn)營的加氫站達(dá)358座。

 國外也大力發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)布局，截至目前，多國政府以出臺(tái)氫能及燃料電池發(fā)展戰(zhàn)略路線圖，日本、德國等國家已將氫能規(guī)劃上升至國家能源戰(zhàn)略高度。

國外氫能發(fā)展情況時(shí)間梳理

氫能自身優(yōu)勢

氫能為什么如此受重視，與氫能源本身的優(yōu)勢有很大關(guān)系。

 氫能不僅清潔低碳，且來源多樣，可以通過化石能源制氫、生物質(zhì)裂解制氫、工業(yè)副產(chǎn)氫等方式制氫，還可以與可再生能源發(fā)電結(jié)合，電解水制氫是全路線零碳的制氫方式。

 氫能能量密度高，氫氣熱值要是同質(zhì)量的汽油、天然氣燃料的熱值3-4倍，燃料電池的能量密度是鋰電池的130倍，另一方面明，氫能可以作為連接不同能源的橋梁，與電力系統(tǒng)互相協(xié)同，是實(shí)現(xiàn)跨能源網(wǎng)絡(luò)協(xié)同優(yōu)化的媒介。

 相比其他新能源，氫能儲(chǔ)存時(shí)間更長。氫能有氣液固三種儲(chǔ)存形式，儲(chǔ)存時(shí)間無限制，但當(dāng)前氫能儲(chǔ)存成本依然很高。

 能源轉(zhuǎn)型中的氫能應(yīng)用

 在能源轉(zhuǎn)型過程中，氫能的應(yīng)用場景豐富，除作為生產(chǎn)原料應(yīng)用與工業(yè)領(lǐng)域外，近年來在交通領(lǐng)域、電力領(lǐng)域氫能也有出色表現(xiàn)。

 交通領(lǐng)域，燃料電池汽車是推廣重點(diǎn)。當(dāng)前燃料電池汽車示范應(yīng)用主要集中在物流、客車等商用車領(lǐng)域，氫燃料電池重卡受到重視。我國氫燃料電池車呈商用車先行，乘用車后發(fā)展的特點(diǎn)。據(jù)《中國氫能發(fā)展報(bào)告2020》測算，至2030年前，燃料電池客車、物流車、重卡等車型將會(huì)取得與純電動(dòng)車型相當(dāng)?shù)娜芷诮?jīng)濟(jì)性。

2022年北京冬奧會(huì)是氫燃料電池汽車至今為止全球最大規(guī)模的示范應(yīng)用，對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)加速落地有推動(dòng)效果。

工業(yè)領(lǐng)域，氫氣在合成氨、合成甲醇、原有提煉等方面均有應(yīng)用。此外，理論上氫氣還可以在高爐煉鐵中代替焦炭。雖然全氫直接還原工藝在我國仍處于試驗(yàn)階段，但富氫高爐冶煉工藝作為過渡技術(shù)，將在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)占據(jù)氫冶金的主體地位。

 2019年1月15日，中國寶武已與中核基團(tuán)、清華大學(xué)簽訂《核能-制氫-冶金耦合技術(shù)戰(zhàn)略合作框架協(xié)議》，目標(biāo)是基本解決煉鐵燃煤限制問題，降低二氧化碳排放30%，形成寶武特有的低碳煉鐵技術(shù)。

氣基直接還原技術(shù)也引人注目，2020年12月山西中晉科技集團(tuán)宣布其氫基直接還原鐵項(xiàng)目點(diǎn)火試車，標(biāo)志著氫基直接還原鐵項(xiàng)目（CSDRI）工藝正式開始工業(yè)應(yīng)用階段。

 電力領(lǐng)域，氫儲(chǔ)能有望作為電網(wǎng)的“穩(wěn)定器”。在電力生產(chǎn)過剩時(shí)，通過電解水制氫，可以消耗不能上網(wǎng)的冗余電量，降低可再生能源發(fā)電波動(dòng)性、隨機(jī)性的影響。

 結(jié)語

 國內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)仍處于發(fā)展早期，要徹底做到能源轉(zhuǎn)型還任重道遠(yuǎn)。在整體氫能發(fā)展的戰(zhàn)略布局中，要分步發(fā)展，首先利用成本較低的化石能源制氫、副產(chǎn)氫培養(yǎng)氫能上下游產(chǎn)業(yè)鏈，后通過市場化手段和政策引導(dǎo)向多場景過渡，最后隨著成本和技術(shù)的優(yōu)化完善產(chǎn)業(yè)鏈條，替代化石能源，全面實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型。