全球氫能產(chǎn)業(yè)處于快速發(fā)展前期,預(yù)計(jì)隨著技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)資本的持續(xù)投入,未來(lái)10~20年全球氫能產(chǎn)業(yè)將迎來(lái)快速發(fā)展的重大機(jī)遇期。
●氫能發(fā)展?jié)摿υ佾@國(guó)際關(guān)注●
20世紀(jì)70年代以來(lái),受石油價(jià)格沖擊,各國(guó)開(kāi)始關(guān)注氫能研發(fā)與應(yīng)用。21世紀(jì)初以來(lái),受全球氣候變化和環(huán)境問(wèn)題影響,節(jié)能減排和能源清潔化步伐加快,氫能在能源轉(zhuǎn)型中的潛力再次獲得人們關(guān)注。氫能是理想的清潔二次能源,用可再生能源制氫,用儲(chǔ)氫材料儲(chǔ)氫,用氫燃料電池發(fā)電,將構(gòu)成“凈零排放”可持續(xù)利用的氫能系統(tǒng),成為可再生能源之外實(shí)現(xiàn)“深度脫碳”的重要路徑。
氫能發(fā)展?jié)摿υ絹?lái)越被國(guó)際認(rèn)可,歐美日韓等地區(qū)和國(guó)家積極制定支持氫能投資政策。截至目前,占世界GDP70%的18個(gè)國(guó)家制定了氫能發(fā)展戰(zhàn)略,全球直接支持氫能源部署的政策總計(jì)約50項(xiàng)。美國(guó)自2010年以來(lái),每年對(duì)氫能和燃料電池的資助達(dá)1億~2.8億美元。歐洲燃料電池和氫能聯(lián)合組織于2019年2月發(fā)布《歐洲氫能路線(xiàn)圖:歐洲能源轉(zhuǎn)型的可持續(xù)發(fā)展路徑》研究報(bào)告,提出了歐盟面向2030年、2050年的氫能發(fā)展路線(xiàn)圖;歐盟委員會(huì)于2020年3月10日宣布成立“清潔氫能聯(lián)盟”;日本將“氫能社會(huì)”納入國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略,2014年以來(lái)先后制定《第四次能源基本計(jì)劃》《氫能基本戰(zhàn)略》《第五次能源基本計(jì)劃》《氫能與燃料電池路線(xiàn)圖》,計(jì)劃到2025年,燃料電池汽車(chē)數(shù)量達(dá)到20萬(wàn)輛,到2030年達(dá)到80萬(wàn)輛,燃料補(bǔ)給網(wǎng)絡(luò)包括900個(gè)加氫站,是目前的9倍左右。
歐美日韓等地區(qū)和國(guó)家在積極推動(dòng)氫能發(fā)展的同時(shí),相互之間的合作意愿強(qiáng)烈,在2019年G20(大阪)峰會(huì)召開(kāi)期間,美日歐三方簽署《關(guān)于未來(lái)氫能和燃料電池技術(shù)合作的聯(lián)合聲明》,致力于未來(lái)氫能及燃料電池技術(shù)全面合作,引導(dǎo)能源體系向氫能過(guò)渡。近日,加拿大正在制定國(guó)家氫能戰(zhàn)略,以加速推進(jìn)能源產(chǎn)業(yè)清潔轉(zhuǎn)型;而德國(guó)則聯(lián)合法國(guó)、荷蘭、奧地利、比利時(shí)與盧森堡等國(guó),呼吁歐盟盡快就氫能源技術(shù)進(jìn)行立法并增加資金支持。
雖然氫能在能源轉(zhuǎn)型中的潛力再受關(guān)注,但全球制氫的最主要原料是化石能源。目前,全球氫氣年產(chǎn)量約為7000萬(wàn)噸,其中76%以天然氣為原料,剩余部分(23%)幾乎都以煤炭為原料,電解法制氫僅占1%。每年氫氣生產(chǎn)共消耗天然氣約2050億立方米(占全球天然氣總消耗量6%),煤炭1.07億噸(占全球煤炭總消耗量的2%)。盡管化石能源制氫技術(shù)相對(duì)成熟,但存在碳排放問(wèn)題,加裝碳捕捉與封存裝置(CCS)是緩解碳排放的一個(gè)措施。隨著近年來(lái)可再生能源發(fā)電成本快速下降,直接利用可再生電力電解水制氫成為關(guān)注焦點(diǎn)。
當(dāng)前,越來(lái)越多的國(guó)家和機(jī)構(gòu)投入到大型可再生能源制氫的研究與項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中。近日,由歐洲氫能組織、沙漠計(jì)劃、非洲氫能伙伴計(jì)劃、烏克蘭氫能委員會(huì)等機(jī)構(gòu)聯(lián)合發(fā)布的《綠色制氫:歐洲2×4000萬(wàn)千瓦倡議》提出,在北非和歐洲地區(qū)分別建設(shè)4000萬(wàn)千瓦清潔光伏/風(fēng)電電解制氫設(shè)備和互聯(lián)互通管道設(shè)施,并預(yù)計(jì)到2025年制氫成本可降至1.62~2.16美元/千克。全球正在推進(jìn)中的可再生能源制氫項(xiàng)目規(guī)模迅速擴(kuò)大,從2019年10月份的320萬(wàn)千瓦提高到2020年3月底的820萬(wàn)千瓦,近期新增在建項(xiàng)目的單個(gè)容量都在10萬(wàn)千瓦及以上,主要分布在澳大利亞、法國(guó)、德國(guó)、葡萄牙、英國(guó)、美國(guó)、荷蘭、巴拉圭。
●面臨五大挑戰(zhàn)●
近年來(lái),氫能作為潛在新興能源,逐步進(jìn)入中央和地方政府中長(zhǎng)期規(guī)劃視野。在《中國(guó)制造2025》《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃(2016-2030年)》《新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2035年)》《“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》等多個(gè)國(guó)家規(guī)劃中,明確提出將“氫能與燃料電池”作為戰(zhàn)略重點(diǎn),《能源法(征求意見(jiàn)稿)》中首次將氫能列入能源范疇。2019年、2020年,氫能均寫(xiě)入國(guó)務(wù)院政府工作報(bào)告。在地方政府層面,僅在2019年,山東等多個(gè)省市就出臺(tái)了70多條氫能和燃料電池汽車(chē)激勵(lì)政策。
事實(shí)上,我國(guó)已經(jīng)是世界上最大的氫能生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)。全球投入運(yùn)營(yíng)的煤氣化廠達(dá)130座,其中80%位于我國(guó)。國(guó)家能源集團(tuán)擁有煤氣化爐80座,年產(chǎn)氫氣總量達(dá)800萬(wàn)噸,約占全球氫氣總產(chǎn)量的12%。2017年以來(lái),我國(guó)氫能及燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展,截至2019年年底,在建和已建的加氫站有130多座,其中61座已經(jīng)建成,投入運(yùn)營(yíng)的加氫站有52座。目前,我國(guó)已形成京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角、華中、西北、西南、東北7個(gè)氫能產(chǎn)業(yè)集群,相關(guān)的產(chǎn)業(yè)配套和商業(yè)化應(yīng)用體系也在逐漸探索和完善,在示范運(yùn)營(yíng)區(qū)域運(yùn)行的各類(lèi)汽車(chē)近4000輛,燃料電池商用車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)和商業(yè)示范應(yīng)用的規(guī)模位居國(guó)際前列。
盡管我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展已經(jīng)具備一定基礎(chǔ),但是要破解我國(guó)能源發(fā)展難題,發(fā)揮氫能在我國(guó)能源轉(zhuǎn)型中的巨大潛力,還有不少現(xiàn)實(shí)問(wèn)題和挑戰(zhàn)亟待解決。
第一是公眾認(rèn)知問(wèn)題。氫氣的化學(xué)性質(zhì)活潑,長(zhǎng)期以來(lái),我國(guó)一直將氫氣作為危化品進(jìn)行管理,應(yīng)用領(lǐng)域局限在化學(xué)品,未將氫能作為能源管理,公眾認(rèn)知水平較低。事實(shí)上,各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,氫氣的危險(xiǎn)系數(shù)低于油氣。只要具備較強(qiáng)的技術(shù)支撐和安全運(yùn)行管理能力,按照規(guī)范操作和使用,氫的安全性是可控的。
第二是頂層設(shè)計(jì)問(wèn)題。不論是從氫能的生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn),還是技術(shù)要求等環(huán)節(jié),目前國(guó)家對(duì)于氫能的支持僅出現(xiàn)于新能源發(fā)展等政策中,還沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的氫能政策,尚未制定專(zhuān)門(mén)的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃,也沒(méi)有出臺(tái)能夠提振市場(chǎng)預(yù)期的發(fā)展路線(xiàn)圖,上下游產(chǎn)業(yè)不協(xié)調(diào)問(wèn)題較為突出,氫能產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展將受到嚴(yán)重制約。
第三是技術(shù)裝備問(wèn)題。燃料電池等氫能裝備關(guān)鍵零部件較多、系統(tǒng)較復(fù)雜,用材特殊、制作工藝繁瑣,但我國(guó)相關(guān)核心技術(shù)和設(shè)備自主化程度不足,核心零部件和關(guān)鍵材料尚依賴(lài)進(jìn)口。氫由化學(xué)品轉(zhuǎn)為能源,在生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)、終端設(shè)施以及應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品開(kāi)發(fā)等全產(chǎn)業(yè)鏈上都需要有創(chuàng)新型技術(shù)作為長(zhǎng)期支撐和引領(lǐng)。
第四是基礎(chǔ)設(shè)施問(wèn)題。氫能基礎(chǔ)設(shè)施尤其是加氫站的建設(shè)布局,在很大程度上限制了氫能經(jīng)濟(jì)的規(guī)?;?,制約了氫能汽車(chē)的市場(chǎng)發(fā)展。截至目前,我國(guó)加氫站僅有寥寥數(shù)十座,分布到有關(guān)省市更是屈指可數(shù),加氫站建設(shè)主體眾多,缺乏國(guó)家統(tǒng)籌和政策配套措施。加氫站及相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的布局能否快速啟動(dòng),其實(shí)又取決于氫成本的下降速度以及加氫站運(yùn)營(yíng)過(guò)程中政府的補(bǔ)貼力度。
第五是發(fā)展成本問(wèn)題。氫氣需要二次制取,運(yùn)氫、儲(chǔ)氫、加氫各環(huán)節(jié)成本較高,引發(fā)人們對(duì)氫能經(jīng)濟(jì)性的質(zhì)疑?,F(xiàn)階段氫能成本高,是技術(shù)原因,更是應(yīng)用規(guī)模有限所致,國(guó)際能源署、國(guó)際氫能委員會(huì)、彭博新能源財(cái)經(jīng)等機(jī)構(gòu)的研究均表明,產(chǎn)業(yè)規(guī)模化是降低氫能成本的關(guān)鍵。當(dāng)前,可再生能源制氫成本高達(dá)3~7.5美元/千克,但隨著可再生能源成本的下降和氫氣產(chǎn)量擴(kuò)大,到2030年利用可再生能源制氫的成本可以在目前的基礎(chǔ)上下降30%。目前車(chē)用氫燃料電池的成本為230美元/千瓦,預(yù)計(jì)近期可以降到180美元/千瓦,遠(yuǎn)期下降到50~75美元/千瓦,屆時(shí)高里程氫燃料電池汽車(chē)的經(jīng)濟(jì)性將超過(guò)電動(dòng)汽車(chē)。
●需多方協(xié)同發(fā)力●
從世界范圍看,氫能發(fā)展已經(jīng)越來(lái)越受到各國(guó)政府、能源生產(chǎn)企業(yè)、裝備制造企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注。國(guó)際氫能委員會(huì)預(yù)測(cè),到2050年全球氫能占能源比重約為18%,氫能產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值將超過(guò)2.5萬(wàn)億美元。全球氫能產(chǎn)業(yè)已處于快速發(fā)展前期,預(yù)計(jì)隨著技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)資本的持續(xù)投入,未來(lái)10~20年全球氫能產(chǎn)業(yè)將迎來(lái)快速發(fā)展的重大機(jī)遇期。我國(guó)是世界第一大能源生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó),能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)均以化石能源為主,應(yīng)對(duì)氣候變化、保護(hù)生態(tài)環(huán)境面臨巨大壓力和挑戰(zhàn),氫能巨大發(fā)展?jié)摿槠平馕覈?guó)能源發(fā)展難題提供了新的可能性。鑒于氫能技術(shù)要求高、產(chǎn)業(yè)鏈復(fù)雜、投資需求大,需要政府、企業(yè)和行業(yè)組織等多方協(xié)同發(fā)力,搶占未來(lái)氫能經(jīng)濟(jì)發(fā)展先機(jī)。
首先,規(guī)劃先行。加快頂層設(shè)計(jì),盡快制定出臺(tái)國(guó)家氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃,明確氫能在我國(guó)能源體系中的定位,根據(jù)我國(guó)不同區(qū)域的資源、市場(chǎng)、產(chǎn)業(yè)等特點(diǎn),整體規(guī)劃氫能產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域,提出氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線(xiàn)圖,整體規(guī)劃氫能產(chǎn)生、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、利用等全環(huán)節(jié)發(fā)展路徑。綠色氫能經(jīng)濟(jì)規(guī)模亟須擴(kuò)大。總體看,在氫能市場(chǎng)發(fā)展初期,繼續(xù)發(fā)展低成本工業(yè)副產(chǎn)制氫,結(jié)合清潔能源基地建設(shè)探索開(kāi)展可再生能源電解制氫項(xiàng)目示范;發(fā)展中期,可在煤制氫基礎(chǔ)上配置碳捕捉與封存設(shè)施,推動(dòng)可再生能源電解水制氫產(chǎn)業(yè)化;發(fā)展遠(yuǎn)期,隨著我國(guó)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向可再生能源為主的多元格局,可再生能源電解水制氫將成為制氫主流方案,煤制氫配合碳捕捉與封存技術(shù)、生物制氫等技術(shù)成為有效補(bǔ)充,實(shí)現(xiàn)整體綠色規(guī)模經(jīng)濟(jì)。
其次,技術(shù)引領(lǐng)。氫能發(fā)展離不開(kāi)全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)創(chuàng)新和突破。依托大型能源企業(yè)成立國(guó)家級(jí)聯(lián)合研發(fā)和推廣應(yīng)用平臺(tái),有效整合社會(huì)資源,推動(dòng)全社會(huì)相關(guān)領(lǐng)域科研力量的廣泛參與和協(xié)同攻關(guān),聚焦核心技術(shù),加快突破薄弱環(huán)節(jié),同時(shí)也為新技術(shù)新產(chǎn)品的推廣應(yīng)用提供成熟的產(chǎn)業(yè)依托和試用平臺(tái),健全產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系。
最后,政策支持。政策主要解決氫能產(chǎn)業(yè)“雞生蛋、蛋生雞”的問(wèn)題。眾所周知,依靠強(qiáng)有力政策扶持,丹麥成為世界風(fēng)電的先行者,丹麥也據(jù)此催生了全球領(lǐng)先的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈,培育了當(dāng)今世界最大的風(fēng)機(jī)制造商和最大海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)商。我國(guó)應(yīng)借鑒對(duì)新能源發(fā)展初期的政策支持經(jīng)驗(yàn),從基礎(chǔ)研發(fā)投入、財(cái)政補(bǔ)貼、扶持重點(diǎn)企業(yè)以及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、開(kāi)展示范項(xiàng)目等方面,制定出臺(tái)支持氫能產(chǎn)業(yè)持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展的金融財(cái)稅優(yōu)惠政策,鼓勵(lì)市場(chǎng)主體積極投資和參與氫能產(chǎn)業(yè),實(shí)現(xiàn)政策支持-規(guī)模擴(kuò)大-成本降低-投資聚集的良性循環(huán)。