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三大抓手促氢能产业稳步发展
2022年9期 发行日期:2022-05-05
作者:■ 国家发改委能源研究所 刘坚

发展形势

  作为推动能源绿色转型、保障能源安全、带动产业升级的重要途经,大力发展氢能已经成为全球共识。目前全球已有近30个国家和地区发布了氢能发展战略,其中日本早在2017年就发布《氢能基本战略》,大力推动氢燃料电池发展,并在2021年的第六版《能源战略计划》中首次提出2030年能源结构中氢/氨发电占比达到1%的发展目标。2019年韩国工业部联合其他部门发布《氢能经济发展路线图》,提出氢经济“准备期、发展期和领导期”三步走战略,目标在2030年进入氢能社会,率先成为氢经济的全球领导者。2020年欧盟委员会发布《欧洲氢能战略》,明确将氢能作为综合能源系统的重要组成部分,目标到2030年安装至少40吉瓦可再生能源电解槽,可再生能源制氢年产量达到1000万吨,氢能应用逐渐扩展到诸如钢铁冶炼、卡车、轨道交通以及海上运输等新领域。

  目前我国氢能产业仍处于发展初期,氢能核心技术水平、综合研发能力与先进国家有明显差距。为此在《“十四五”规划和2035远景目标纲要》中,氢能被列为“未来产业”之一。2021年重点研发计划启动实施“氢能技术”重点专项,提出力争到2025年实现氢能技术研发水平进入国际先进水平,关键产业链自主可控。2022年我国发布的《氢能中长期产业发展规划(2021—2035年)》明确了氢的能源属性,作为未来国家能源体系的组成部分,氢能将是实现双碳目标和推动产业转型升级的重要动力。

  展望未来,在能源生产侧,电解水制氢与风电、太阳能发电、水电等可再生能源电力结合生产绿氢,将逐步成为氢能供应的主力;在能源消费侧,绿色氢能在交通、工业、建筑等部门的应用规模也将逐步扩大,成为终端能源消费中绿色电力的重要补充。特别是随着可再生能源发电的渗透率逐步提升,氢储能将成为未来新型电力系统中不可或缺的大容量、长周期灵活性调节手段,对高比例可再生能源系统起到关键支撑作用。在碳中和阶段,氢能还有望与碳补给利用与存储技术(CCUS)结合生产各类零碳工业原料与燃料,从而实现更广维度的固碳与负碳作用。

主要问题

  近年来,我国氢能技术水平和产业能力得到明显提升,国内一些企业已经掌握了燃料电池系统研发技术,相关产品冷启动、功率密度等性能显著提升,DC/DC、空压机、氢气共轨系统等燃料电池系统零部件已基本实现国产化。但从全产业链条看,我国在电解水制氢、氢气供应等方面仍存在关键技术不成熟、成本偏高、标准体系不健全、支持政策不完善等问题。

  1、技术不成熟

  目前我国燃料电池技术还存在短板,尤其在催化剂、碳纸等核心材料方面,尽管部分技术实验数据已接近国外先进水平,但多数停留在实验室样品阶段,还未形成大批量生产技术和成熟的国产化产品,主要依赖国外进口。膜电极、双极板等燃料电池核心零部件虽具备国产化能力,但生产规模小。在电解槽方面,高灵活性碱性电解槽及固体氧化物燃料电池仍需技术突破,质子交换膜燃料电池成本仍然偏高,可再生能源制氢与绿色化工耦合技术需示范验证。此外,包括天然气掺氢及纯氢管道、低温液氢、深冷高压储氢、固体储氢等低成本、高安全氢气储运技术路线有待技术攻关。

  2、成本偏高

  目前燃料电池汽车商用车成本明显高于同级别柴油车和电动汽车。近年来纯电动换电重卡在短距离、固定线路、高频率货运重卡场景的应用取得较大进展,相对于柴油重卡已体现出明显的经济性优势和环境价值。氢燃料电池重卡在降低燃料电池系统及氢气供应成本方面仍有较大挑战。目前可再生能源制氢经济性取决于电价及电解槽成本。按照目前我国西部地区风光发电度电成本0.3元/kWh、电解槽投资1500元/kW计算,单位千克氢气制取成本超过20元,再考虑氢气储运等环节,绿氢利用成本明显高于化石能源制氢,经济性仍显不足。

  3、标准不健全

  氢气是易燃易爆气体,其利用过程的安全措施一旦失当,容易发生着火爆炸事故,因此目前我国将氢气纳入危险化学品范畴管理。近年来,美国、韩国、挪威分别在氢运输、储存、加注过程发生了氢安全事故,引发了各界对氢安全的思考。我国氢能安全技术研究基础偏弱,研究力量分散、深度不足,涉氢设备、材料和部件安全可靠性测试方法和监测认证手段缺乏。国内现有燃料电池汽车标准以借鉴、参考、翻译国外标准为主,缺乏足够实验数据和安全技术研究支撑。

措施建议

  当前我国已明确中长期氢能发展战略,氢能将成为推动我国实现“双碳”目标的重要抓手,如何应对当前氢能产业发展面临的挑战、推动氢能产业有序健康发展成为当务之急。针对当前氢能产业发展存在的问题,提出以下建议:

  聚焦核心技术研发。重点攻关低成本、高灵活、高效率电解水制氢技术,加强电解水制氢与上游波动性可再生能源发电和下游绿氢化工生产工艺的无缝衔接。加快管道、高压深冷、液氢、氨存储等大容量、长距离氢气技术研发,持续扩大绿氢在各终端部门的应用范围。推进催化剂、碳纸等燃料电池关键材料技术研发突破,降低关键材料对外依存度。评估地质储氢资源潜力,深入研究氢能长周期储能可行性和经济性。加强国际先进技术人才的引入和培养,形成具有完全自主知识产权的批量制备生产技术,打造自主化生态链,实现绿氢制储运用全链条技术完全自主化。

  构建氢能标准体系。由国家安全生产主管部门筹建氢能安全国家重点实验室,负责氢能安全标准规范制定工作。加快《加氢站技术规范》《道路危险货物运输管理规定》等现有涉氢标准规范修订工作,从通用安全要求、临氢材料、氢气密封、防爆等方面细化和完善氢能标准设计。加快研究制定可再生能源制氢及绿氢相关标准。充分考虑多种氢储运形式,积极布局管道输氢、液态储氢加氢站、液态加注加氢站相关技术标准。

  完善绿氢支持政策。健全政策协调引导体系,充分发挥政策引导激励作用。国家发改委、工信部、生态环境部、财政部等部门应共同研究制定支持绿氢产业发展的扶持政策,形成推动合力。推动地方政府在资金扶持、融资增信、贷款奖励等方面出台更有针对性的政策措施。研究可再生能源制氢参与电力系统运行的定位与市场交易模式,根据电力系统需求给予氢储能合理电价补偿。搭建绿氢碳交易结算平台,探索绿氢碳交易与全国碳市场间的衔接机制,引导银行机构积极开展绿氢信贷业务。


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