林伯强:2060实现碳中和目标,中国氢能产业迎来

中国政府日前宣布2030年碳达峰和2060年碳中和目标。全球多个国家均提出了具体的碳中和时间表,例如日本与欧盟均提出于2050年前实现碳中和。碳中和目标促使各国的能源结构向低碳化、无碳化与清洁化的方向转变。氢能能够成为应对气候变化、能源结构转型与保障能源供应安全的综合解决方案。

一方面,未来我们将面对的是一个更不稳定的极端气候;另一方面,由于风电光伏比例大规模提升,我们还将面对一个更不稳定的能源系统。因此,稳定的清洁能源对于未来的能源系统至关重要。

氢能具有多种优点

氢能具有许多独特的优点。一是氢能是优秀的储能介质,可配合可再生能源协同发展。未来电力系统中的风电、光伏占比必定会不断提高,风能、太阳能的不稳定性会导致调峰需求快速增长。储能作为风电、光伏调峰与消纳的有效途径,其重要性逐渐展现。抽水蓄能受制于地理位置,蓄电池储能又难以满足大容量储能的需求。氢能可以作为储能的新方式,将多余的可再生能源电力用于电解水制氢并储存起来,不仅可以用于电网系统调峰,还可大规模消纳风能、太阳能,成为解决弃风、弃光问题的新路径。绿氢可作为清洁能源直接利用,保障高比例可再生能源电力系统的安全稳定运行。

二是氢气的制取途径多样,氢元素在自然界中储量丰富。氢气不仅可以利用煤炭、天然气等化石燃料制取,也可以通过电解水制取,来源多样化。同时,氢元素是自然界含量非常丰富的元素,以化合物的方式广泛存在于自然界,例如:水与空气。水又是地球上存在最广泛的物质,所以从现实来看氢能的提取原料十分丰富,储量非常大。

三是消费端的清洁能源。氢气无论是直接燃烧还是燃料电池中的电化学转化,最终排放的只有水。

四是应用领域可以十分广泛。可以应用于交通、工业和建筑等多个领域,能够实现多领域的清洁化与低碳化。例如作为氢燃料电池汽车应用于交通运输领域,为工业领域直接提供清洁的化工原料或燃料,作为储能介质支持大规模可再生能源发电的调峰与消纳等。鉴于氢能的诸多潜在优点,在未来的能源系统中可能具备广阔的发展对此,陈冬柏告诉红星新闻,孩子离开江门市人民医院时就已出现休克性死亡,孩子的死,责任在江门市人民医院,后来转到江门市中心医院时,主要进行抢救。潜力、研究开发价值以及应用前景。

国外氢能产业发展现状

许多国家碳中和目标的确立与全球能源结构向低碳化、清洁化转型,为氢能带来了良好的发展预期。根据国际氢能委员会预测,到2050年氢能占全球终端能源消费比例将达到18%,而当前所占比例接近于零,并且氢能产业链的潜在市场规模将达2.5万亿美元。氢能已成为欧盟、日本以及韩国等发达国家重点发展的领域之一,且各国纷纷制定产业政策和加大资金投入,推动产业链整体技术水平的提高和配套基础设施的建设。同时,重视氢能产业链整体发展的不仅有欧洲与亚洲等主要能源进口国,俄罗斯、阿联酋、沙特和澳大利亚等重要的油气资源出口国也对氢能产生浓厚的兴趣,纷纷布局和规划本国氢能产业的发展。

德国制定顶层氢能战略推动国家深度脱碳。德国是欧盟里氢能发展较快的国家,2020年6月,德国成立了国家氢能委员会,委员会成员已由内阁任命,并推出《国家氢能战略》。目前,全球制取的氢气高度依赖于煤炭和天然气等化石能源,制氢的过程会排放二氧化碳。这份文件明确只有利用可再生能源制取的“绿氢”才是未来发展的重点,这也将是德国未来优先投资的领域。德国计划在2040年前建成10GW的可再生能源发电的制氢产能,于2030年前建成一半产能。计划利用现有的天然气基础设施,同时扩展或建立新的氢气网络基础设施,提升氢气的运输及配送能力,推动氢能成为可广泛利用的能源。同时,还希望将氢能应用于交通、工业等多个领域,可以帮助国内难以减排的部门实现深度脱碳。

日本政府大力推进氢能产业链整体发展,计划构建“氢能源社会”。日本能源资源匮乏,为解决能源安全问题和推动经济绿色低碳增长,日本政府与企业非常重视氢能产业的发展。2017年12月,日本政府制定《氢能源基本战略》,规划了氢能的具体发展路径与目标,计划在全球首先建成“氢能社会”。目前,相对完整的氢能产业链体系在日本已基本形成。在氢气制取领域,目前主要依靠天然气制氢和工业副产氢,为了保障氢气供应,已建立的三大供给战略包括可再生能源制氢、国外氢气供给与区域氢气供给。在氢气储运领域,除常规的高压储运外,日本政府高度重视氢气能源载体的开发利用,重点研发投入液化氢、液体有机化合物储运氢和氨储运氢三个方向。在氢能应用领域,日本将氢能主要应用于氢燃料电池车和燃料电池热电联供,同时,日本还积极参与氢能产业国际标准的制定,已参与制定有《全球氢能和燃料电池技术规范》和《联合国氢能和燃料电池汽车规范》,形成了国内完善的标准法规体系。

主要油气资源出口国也对氢能产业产生兴趣,积极规划本国氢能产业发展。2020年11月,沙特政府提出将成为全球最大氢能出口国,其庞大的天然气储量能够生产蓝氢。并计划从2025年起在NEMO未来城生产以太阳能为基础的“绿氢”。俄罗斯表示将在全球氢能市场占据领导者地位。2020年10月俄政府批准了《2020~2024年俄罗斯氢能发展路线图》,计划在2024年前在境内建成完整的氢能产业链。阿联酋在2021年阿布扎比可持续发展周峰会上,宣布了两项氢能领域的合作,阿布扎比国家石油公司与两大主权基金成立国家氢能联盟,马斯达尔与德国西门子等公司达成“绿氢”领域合作。澳大利亚作为全球最大的液化石油气(LNG)出口国和煤炭出口国,2019年11月出台了《国家氢能战略》,制定了具体的氢能产业发展目标。澳大利亚发展氢能的重要战略目的是成为全球重要的氢能供应基地,成为氢能出口大国。其正积极与中、日、韩等国签订氢气贸易协定,打造新的能源出口产业,同时与其他国家开展技术合作,完善氢能供应链,扩大氢能供应能力,降低供应成本。

总的来说,氢能作为有发展潜力的清洁能源,既可以推动工业、交通与建筑等部门深度脱碳,又能促进国家经济绿色低碳增长,成为许多国家重点发展的领域,但是不同国家发展氢能的出发点与侧重点不同。德国重点投资“绿氢”领域,借助“绿氢”帮助国家深度脱碳。为了保障能源供应安全以及经济绿色低碳增长,日本旨在打造“氢能社会”,推动氢能成为重要的能源载体。为了减少经济增长对油气资源的依赖,实现经济可持续发展,阿联酋、沙特也开始发展氢能,寻求经济的新增长点。欧洲是俄罗斯重要的能源出口市场,欧盟能源结构低碳化转型可能倒逼俄罗斯发展氢能产业,制定国家氢能发展规划。澳大利亚考虑到自身经济转型与扩宽出口市场,推动氢能产业发展,计划成为氢能出口大国。

国内氢能发展现状

1.中国各级政府持续出台产业扶持政策,氢能产业集群已初步形成。进入21世纪后,中国政府陆续出台产业扶持政策,推动氢能产业以及燃料电池的发展。国务院2006年出台《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006~2020)》,其内容涵盖低成本化石能源制氢、可再生能源制氢、氢气存储与输配技术。“十三五”以来,政策上高度重视氢能产业发展,陆续发布《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书》《能源技术革命创新行动(2016~2030年)》《节能与新能源汽车产业发展规划(2012~2020年)》《新时代的中国能源发展》等涉及氢能发展迈向大众化还可以从B站的注册机制看出来。的顶层规划,并将“推进加氢设施建设”等内容首次写入2019年政府工作报告。

在国家政策大力支持下,地方政府和企业对氢能产业表现出极大的兴趣,相继出台产业扶持政策,规划产业整体布局,加大资金投入,支撑产业发展。目前中国已经初步建成京津冀、长三角、珠三角、华中、西南等氢能产业集群,逐步形成氢能“制、储、运、用”完整的产业链,具备规模化、商业化发展的基础,配套的行业标准与规范体系也在逐渐探索和完善。

2.国内氢能产业基为了迎接冬奥会来临,乘务员介绍,今后每趟高铁上都会有北京2022冬奥会特许商品出售,包括吉祥物玩具,以及纪念奖牌徽章等,供来自全世界的游客选购。础比较好,但产业链中多个环节存在技术成熟度不足等问题。氢能完整的产业链包括制氢、储氢、运氢与用氢四个环节。在产业链上游,制氢工业基础良好,煤制氢、天然气制氢与甲醇制氢的技术相对成熟,具备规模产业化基础,成本将店铺利润做大做强,取决于强大的产品创新能力,以及成功的营销思路。较低,制氢规模居世界首位。但是制取过程主要依赖于化石能源,仍有碳排放和其他有害气体,杂质较多需要提纯,不符合2060年碳中和目标的发展要求。

未来可行的路径是利用“可再生能源+电解水”制氢,但是目前制氢规模很小,技术不成熟,成本较高。由于中国可再生能源资源逆向分布,在解决弃风、弃光方面,未来可再生能源制氢的潜力很在自动驾驶赛道上,投资人已经交过足够多学费。大。根据《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》数据预测,到2050年可再生能源电解水制氢占总制氢量的比例可达70%。

在产业链中游,国内现阶段主要是高压气态储氢,主要适合短距离、小规模运输,并且存在着安全隐患,难以实现大规模、低成本的储运。此外,储氢的基础设施也不完备,未形成规模效应,而且现有的加氢站也普遍处于亏损状态。在产业链下游,国内氢气主要用作工业原料,较少涉及其他领域。国内氢燃料电池车商业化程度落后于电动汽车,尚处于应用示范阶段,与美国、日本等国家相比,技术水平也存在较大差距。

3.国内企业积极投资氢能产业,推动产业链整体发展。中国氢能领域相关上市公司覆盖整个产业链。国有与民营都积极加大氢能产业投资,布局氢能产业。中国石化公司设立目标,锚定“中国第一大氢能公司”,将氢能全产业链作为新能源发展的核心业务。2018年2月,国家能源集团牵头成立中国氢能源及燃料电池产业创新战略联盟,目的是推动中国氢能及燃料电池产业的协同创新、资源整合和应用推广。

相关意义和几点政策考虑

能源结构低碳化转型与2060年前实现碳中和目标,使得中国氢能产业发展迎来重要的机遇期,但是氢能实现规模化、商业化利用,仍面临着诸多挑战。鉴于国内外氢能产业发展现状,针对中国氢能产业未来发展提出以下政策考虑。

一是发展“可再生能源+电解水”制氢,提升绿氢规模。目前,中国制取氢气主要依靠化石能源生产的灰氢,绿氢规模非常小。为了实现2060年碳中和目标,可再生能源电力会逐渐替代煤电,成为中国电力供应的主体力量。但是,中国各省市仍然面临着可再生能源消纳的问题,弃风、弃光持续存在。利用可再生能源电力制氢,制取的绿氢可应用于其他部门,既能解决弃风、弃光等资源浪费问题,又能帮助难以脱碳的部门深度脱碳。目前,与化石燃料制氢相比,可再生能源制氢的成本较高,但随着相关领域的技术突破,以及风电、光伏的规模化效应显现,可再生能源制氢成本可以有很大的下降空间。

二是依托大型能源国企,积极推动氢能产业链整体成本下降。氢能产业链包括制、储、运、用等多个环节,技术上比风电光伏要求高,涉及面广且复杂,基础设施投资大且运营成本高。目前高成本是制约氢能产业商业化发展的主要原因。与民营企业相比,大型能源国企拥有相关成熟的技术与管理经验而具备优势。大型能源国企拥有成熟的油气管道建设、石油与天然气储运、加油站与加气站布局与运营方面的管理经验及技术,可应用于氢能产业链相关环节,比较快地降低产业链整体成本。在氢能储运环节,油气国企在石油储运及液化天然气储运方面经验丰富,由于液氢储运与液化天然气储运有相似之处,在氢气液化、输氢管道材料选择与管道铺设等方面具有一定基础,具备快速搭建氢能储运基础设施的能力。在加氢站方面,加氢站建设周期长、投入大,但大型油企的加油站已经遍布全国,比如中石化已在大连建成国内首个“氢电油合建站”并投入使用,利用加油与加氢、加气与加氢等合建站模式,有利于减少基础设施投资成本,降低征地和行政审批难度,能够在全国快速建成加氢站,推动国内氢能产业商业化的进程。

三是拓宽氢能在其他领域的应用场景。目前国内氢气主要作为工业原料被用于石油炼制、合成氨、甲醇等领域,其他领域的应用较少涉及、商业化程度明显滞后。与纯电动汽车相比,氢燃料电池车商业化程度明显滞后,普及率很低。所以,氢气作为清洁能源的减排潜力还未被挖掘和发挥。各级政府应积极出台政策支持氢能在其他领域的应用,国内企业也应积极探索氢能作为潜在的清洁能源在其他场景的应用,发挥氢能在工业、交通与建筑等领域的减排潜力,做好多部门、多领域深度脱碳布局。

四是加大氢能相关科技研发投入,提升关键环节的核心技术水平。中国氢能产业的部分核心关键技术与世界先进水平存在差距,一些关键零部件仍需依靠国外进口。若不重视氢能产业的自主科技创新,关键技术的“卡脖子”现象会日益严重,氢能产业整体发展也会受制于人。政府需要加大氢能产业关键技术的自主创新与技术研发的扶持,弥补国内相关领域技术水平不足的缺点。

(作者系厦门大学中国能源政策研究院院长)


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