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发达国家如何布局氢能产业
2019年4期 发行日期:2019-02-15
作者:■ 郑 莉

  氢气是一种优质的燃料,资源丰富,燃烧热量大,是化石燃料以外的一种可持续发展的清洁能源。其具有能量密度高、清洁无污染、可储运、可再生等特点,被视为未来能源转型升级的重要方向之一。近年来,氢能与燃料电池的研究受到各国关注,被视为未来世界能源体系的重要组成。
    从全球范围来看,世界主要发达国家因节约资源、保护环境的需求,都十分看重氢能的发展,目前氢能和燃料电池已在一些细分领域初步实现了商业化,大型国际石化公司也纷纷布局氢能产业,那么氢能应用发达国家的情况怎样?国际上大型的石化公司如壳牌、BP,大型的气体公司如林德、法液空在氢能方面的产业布局怎样?对中国的氢能发展又有怎样的影响和促进呢?

发达国家氢能发展与布局
    
    美国
    进入21世纪后美国大力推进在氢能领域的投入,2002年美国能源部(DOE)发布“国家氢能发展路线图”,标志着美国“氢经济”概念开始由设想阶段转入行动阶段。截至2017年初,该计划资助项目累计已经完成30项技术的商业化应用,申请580项专利,预计未来3~5年还将有60余项技术投入应用。美国有Air Products、Praxair等世界先进的气体公司,并且有技术领先的小规模电解水制氢公司,同时还掌握着液氢储气罐、储氢箱等核心技术。液氢方面,美国在液氢生产规模、液氢产量、价格方面都具有绝对优势。美国拥有世界最大的燃料电池叉车企业Plug Power,目前已有超过2万辆燃料电池叉车,进行了超过600万次加氢操作。目前北美分布的68座加氢站仅一座位于加拿大,其余全部分布在美国,加州地区集中度最高。美国燃料电池汽车液氢使用量非常的高,全年液氢市场需求量的14%都被用于燃料电池车。
    欧盟
    欧洲国家在氢能领域给予了大量的政策支持,2003年欧盟25国开展了“欧洲研究区”项目,其中包括了“欧洲氢能和燃料电池技术平台”,目标是确认燃料电池和氢能技术发展的关键性领域并进行重点攻关。欧洲Hydrogen Mobility Europe(H2ME)项目组于2015年和2016年分别启动了H2ME 1计划和H2ME 2计划,目标是在欧洲地区对氢燃料汽车的可行性及竞争性进行评价分析,两个计划共计投资1.7亿欧元,未来5年将建设49座加氢站,为用户提供1400辆氢燃料汽车。《氢能和燃料电池——我们未来的前景》规划了欧洲2050年过渡到氢经济的“三步走”发展阶段,包括研发氢能及燃料电池车技术储备为核心路线近期阶段(2000—2010年)、以研发与示范运营并行的中期阶段(2010—2020年)、燃料电池车产业商业化发展的长期阶段(2020—2050年)。
    德国
    在德国能源转型的背景下,德国在2015年成立了H2Mobility联盟:由Air Liquide、Daimler、Linde、OMV、Shell和Total六家氢能产业的龙头企业结成的H2Mobility联盟,以社会产业资本的身份通过NOW一同支持德国氢能产业发展,在全国打造氢基础设施,为燃料电池车在德国的发展提供良好环境。
    德国在氢能方面的推广应用走在欧洲前列,在燃料电池车、通信基站、家庭热电联电站、加氢站等方面都有很好的应用。目前德国政府和工业界正在大力投入加氢站的建设。德国联邦外贸与投资署称,德国将成为世界氢技术的引领者,也是第一个有基本加氢站网络的国家,到2023年,德国要达到400个加氢站的目标。加氢站将分布在德国整个高速公路的网络中,每隔90公里就会有一个加氢站;从人口密度来看,在每个大城市要建有10个加氢站。
    日本
    日本是资源短缺型国家,因此非常积极的探索石油以外的其他能源,日本政府对氢能和燃料电池的推广力度在世界范围内都是最大的。日本目前正在极力推进“氢能源社会”的建设,计划在2020年举行的东京奥运会上全面利用氢能源以满足奥运村需求。日本政府联手该国几家最大的制造企业,力推所谓的“氢能社会”。在这个构想中,从巴士、汽车,再到普通家庭所使用的能源,都将是供应充足,零排放的氢气。目前,日本政府已经联合丰田、岩谷等企业着手建设氢气加气站网络,现在已建成十余个氢气加气站。其目标是,到2020年,全日本将建成并投入运营35个氢气加气站。日本推行的《氢能与燃料电池战略路线图》详细规划:到2025年,用约10年时间普及氢能利用市场——再用5年时间建立大规模的供氢体系——在2040年建成无碳排放的氢燃料供给体系。
    韩国
    韩国在氢能和燃料电池领域有很大的野心,但是其相关技术实力较欧美日略差。以现代等汽车企业为依托,韩国政府未来五年内用于氢燃料电池以及加氢站的补贴将达到20亿欧元。目标是到2022年为15000辆燃料电池汽车和1000辆氢气公交车提供资金。最重要的是,资助计划包括310个新的氢气加气站。在固定式燃料电池方面,韩国目前的发展重点在于大型燃料电池发电站。斗山集团是推动该项目建设的主体,并将建成年产63MW规模的韩国最大燃料电池生产基地。未来韩国推行“三步走”氢能战略:在2025年前由政府通过资金补贴等扶持产业的发展、到2030年整体产业基本实现私有市场的自我驱动、2035年后开始产业的大规模商业化运营的总体规划。

几家国际公司的氢能产业布局
   
    壳牌
    已经开始在氢能各个领域进行布局。2016年,壳牌与川崎重工签署协议,合作开发液氢运输船。2017年2月,壳牌与丰田正式达成合作协议,在加州建造7座加氢站,并将在2024年增加至100座加氢站。两家公司将为该项目出资1140万美元,另外加州能源委员会将出资1640万美元。
    BP
    已经在世界范围内参与了众多的氢能示范项目,包括同戴姆勒·克莱斯勒和福特公司合作研究先进燃料电池技术,投资350万美元在北京中关村建成了中国第一座加氢站。BP与通用电气(GE)达成了电厂建设协议,双方将联合开发和建设氢电厂,减少温室气体二氧化碳的排放。
    道达尔
    截至2017年,道达尔已经在德国建成了10座加氢站;道达尔与林德公司和宝马公司在氢气加注技术方面也展开了合作。
    林德
    主要从事制氢、储氢和加氢站建设及运营等业务,其拥有自己的液化氢气工厂,目前已在15个国家建造了110座加氢站,并且这一数字还在继续增长中。林德公司表示,下一步,林德公司准备提高产能。未来林德公司每年将制造50座加氢站。
    法国液化空气集团
    已经在全球范围内建立了60多座加氢站。其向众多行业提供氧气、氮气、氢气和其他气体及相关服务。2018年12月底法液空宣布,与美国零售氢能的领军企业FirstElement Fuel 公司(FEF)签署了一项长期协议,预计将投资超过1.5亿美元建造液氢工厂,并将于2019年初开始建设。该工厂每天可处理近30吨氢气,这一数量可为35000辆燃料电池电动车(FCEV)提供燃料。
    普莱克斯公司
    普莱克斯向雅苒国际(Yara)与巴斯夫公司(BASF)在美国德克萨斯州弗里波特(Freeport)共同建设的世界级合成氨工厂供应氢气(H2)和氮气(N2)。根据长期协议,普莱克斯为该工厂提供约1.7亿标准立方英尺/天的H2和2000吨/天的N2。普莱克斯在全球拥有50多个H2生产设施和7个H2管道系统,其大批量生产的工业气体、气瓶产品与专业技术和服务的全套产品组合为全球多个炼油厂和化工客户提供服务。

我国氢能现状及发展规划
     
  我国目前在氢能和燃料电池方面的发展中还存在着基础设施不完善、核心技术欠缺、法规标准滞后等方面的问题。与美日欧等高度重视氢能领域发展的国家相比,我国的氢能生产技术水平、制氢设备、输配氢能的技术和设施等均有不小差距。我国目前在建的加氢站有33座,建成的加氢站仅15座,其中10座为固定式,且大部分日加氢能力在200公斤以下,并且未按照美国机动车工程师学会(SAE)标准执行。总体来看,在制氢环节,我国缺少成品氢气检测标准;储运环节,我国管道运输标准尚未建立,长管拖车压力参照天然气等规定在20MPa内;加注环节,我国缺乏加氢站核心装备的相关标准,现行标准安全距离较大;应用方面,我国还缺少IV型瓶级70MPa相关标准。
    氢能是未来能源系统的重要组成部分,我国已经将发展氢能提升到国家战略层面,制定了一系列战略规划路线图,探索产业化发展途径。我国的《「十三五」战略性新兴产业发展规划》、《能源技术革命创新行动计划(2016~2030 年)》、《节能与新能源汽车产业发展规划(2012~2020 年)》、《中国制造 2025》等国家顶层规划都明确了氢能与燃料电池产业的战略性地位,将发展氢能和氢燃料电池技术列为重点任务。
    在2018年6月召开的“石化和化工产业转型升级绿色发展大会”上,石油和化学工业规划院能源化工处项目经理刘思明表示:“我国已经对氢能源产业发展规划了路线图:到2020年有5000辆左右的氢燃料电池示范车辆和100座左右的加氢站;到2030年实现商业化运行,加氢站达到1000座的网络化目标。就在2018年,国家能源集团牵头成立了中国氢能利用产业联盟,表明能源主力军已正式进入该领域,氢能源产业的发展热潮已经开始显现。”
    2019年开年,山东省便打响企业合作发展氢能第一炮:山东氢能源与燃料电池产业联盟正式成立。该联盟由68家省内外会员单位组成,其中理事单位37家,成员单位31家。计划将以济南为核心辐射全省,将山东省打造成“中国氢谷”。广东省在去年8月末有8座加氢站项目在佛山市联合动工。加上已建成的两座,届时,佛山将成为国内拥有加氢站数量最多的城市。
    张家口市也在借助2022年冬奥会举办东风,全面布局氢能产业。预计到2020年全市将建成加氢站21座,实现制氢每年2万吨,投入使用的氢燃料电池公交车、物流车、出租车计划达到1800辆,初步形成从氢气制备、储运、加注到氢燃料电池发动机和整车研发、生产、检测的全产业链。
    国内在燃料电池乘用车方面,投入研发的主要企业是上汽集团,已完成前后四代氢燃料电池轿车的开发。在国家创新工程支持下,上汽氢燃料电池轿车在动力性、续驶里程等性能指标方面取得了重大进步,已累计实现 81 辆示范运行,部分车辆在 2014 年参加了上汽的「新能源汽车万里行」全国巡游,历经 10000km的实际路试,通过各种地形、海拔、环境气温的综合考验。
    长城汽车董事长魏建军在WEY的两周年品牌发布会上表示:长城汽车2022年计划推出首款氢燃料电池汽车。而在2018年3月,长城成为加入国际氢能委员会的首家中国汽车企业,与奥迪、宝马、戴姆勒、通用、本田、现代等国际著名汽车巨头成为伙伴。
    另一将氢燃料电池作为重要发展方向的企业——潍柴动力,与国内外氢燃料电池企业均有建立合作关系:不仅以1.63亿美元认购全球氢燃料电池领军企业加拿大巴拉德动力系统有限公司19.9%的股份,成为该公司第一大股东,还与博世签订了战略合作框架协议,约定将共同合作开发生产氢燃料电池及相关部件。此外,潍柴动力还对国内氢燃料电池领先企业弗尔赛进行战略投资,并在氢燃料电池客车、氢燃料电池重卡等产品开发方面开展深度合作。
    电动汽车龙头企业比亚迪亦表示公司有进行氢燃料电池的研究。并且与美国混合动力公司(US Hybrid Corporation)合作研发氢燃料电池客车。
  
    中国正在对氢能进行全产链的技术创新,通过制备、储运、应用各环节的技术突破,推动氢能的发展。相信在一系列国家政策的支持下,在大力促进氢能大规模商业化应用的利好条件下,我国构建氢能产业有序高效发展指日可待!

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