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在過去的一周里，氫板又回到了風(fēng)中。
受北京宣布?xì)淠墚a(chǎn)業(yè)發(fā)展實施方案的影響，氫能概念在A股市場迎來了一波價格上漲，許多上市公司“跟著氫能走高”。
據(jù)不完全統(tǒng)計，今年以來，國內(nèi)a股上市公司就氫能產(chǎn)業(yè)布局發(fā)布公告多達(dá)1.71萬份，宣布進(jìn)入局的上市公司多達(dá)183家。
為了實現(xiàn)碳中和的目標(biāo)，迫切需要開發(fā)新的生產(chǎn)工藝和技術(shù)，實現(xiàn)深度減排，實現(xiàn)“脫碳”、“固碳”甚至“碳負(fù)”。
氫是一種良好的還原劑，是大多數(shù)化學(xué)和石化產(chǎn)品的組成部分。無論是通過清潔的氫和低烴替代化石能源，實現(xiàn)交通、工業(yè)、建筑、發(fā)電等領(lǐng)域的“脫碳”，還是通過“氫化固碳”的碳捕集、封存和資源利用，實現(xiàn)碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)，或?qū)⑸镔|(zhì)制氫與碳捕集技術(shù)等結(jié)合生產(chǎn)“負(fù)烴氣”。氫在這些途徑中起著關(guān)鍵作用。
與煤、石油和天然氣相比，氫能并非自然存在于自然界，需要通過一次能源的化學(xué)加工或轉(zhuǎn)化來生產(chǎn)。與化石燃料生產(chǎn)的灰色氫氣和碳捕集存儲技術(shù)脫碳尾氣生產(chǎn)的藍(lán)色氫氣相比，可再生能源水電解生產(chǎn)的綠色氫氣可以實現(xiàn)二氧化碳零排放，是符合碳中和發(fā)展方向的選擇。
在鋼鐵工業(yè)中，氫冶金是目前重點探索的方向。2020年11月，賀鋼集團(tuán)與全球礦冶巨頭意大利特諾恩集團(tuán)簽訂合同，建設(shè)全球首個利用富氫氣工業(yè)直接還原鐵生產(chǎn)工廠，推動傳統(tǒng)“碳冶金”向“氫冶金”轉(zhuǎn)型。
在能源和化工領(lǐng)域，基于綠色氫反應(yīng)制備甲醇是高效轉(zhuǎn)化利用二氧化碳和“氫固碳”的重要途徑之一。據(jù)估計，如果按我國目前的8000萬噸甲醇產(chǎn)能計算，液態(tài)陽光甲醇相對于煤化工甲醇生產(chǎn)將減少數(shù)億噸二氧化碳。合成氨也是化工行業(yè)最大的氫消耗場景之一。挪威、美國、巴西等國家正在建設(shè)綠色氫氨工廠。在未來，使用綠色氫氣生產(chǎn)甲苯和乙烯也可以顯著減少溫室氣體的排放。
在交通運(yùn)輸領(lǐng)域，氫燃料電池系統(tǒng)具有清潔環(huán)保、航程長、加氫時間短等優(yōu)點。在未來，氫燃料電池系統(tǒng)可以作為重型卡車、難以電氣化的軌道交通、大型船舶、大型飛機(jī)等的動力，降低長途高負(fù)荷運(yùn)輸對石油和天然氣的依賴。
在建筑能耗方面，利用氫燃料燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)和燃料電池技術(shù)，實現(xiàn)民用住宅和商用建筑的熱電聯(lián)供，這也是德國、日本、韓國等國企業(yè)競相投資的研發(fā)方向。
關(guān)乎能源安全的儲能介質(zhì)
氫能被廣泛認(rèn)為是未來最有前途的二次能源，因為它是建設(shè)低碳高效的現(xiàn)代能源體系的重要儲能介質(zhì)。
可再生能源(如水、風(fēng)、太陽能)是間歇性的，導(dǎo)致長期持續(xù)穩(wěn)定的電力輸出。受電網(wǎng)吸收能力的影響，“棄風(fēng)棄光”現(xiàn)象時有發(fā)生。據(jù)國家新能源消費監(jiān)測預(yù)警中心發(fā)布的《2021年第二季度全國新能源電力消費評估與分析》顯示，今年上半年，全國風(fēng)電棄電126.4億千瓦時，風(fēng)電利用率96.4%;光伏發(fā)電33.2億千瓦時，光伏發(fā)電利用率為97.9%。其中，青海、陜西、寧夏、河南、貴州都經(jīng)歷了棄風(fēng)棄光的現(xiàn)象。今年2月，美國中南部大片地區(qū)出現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的低溫，導(dǎo)致風(fēng)力渦輪機(jī)葉片凍結(jié)，造成了本世紀(jì)的電力中斷。日益頻繁的極端天氣也對可再生能源供電的可靠性提出了更高的要求。
儲能是解決問題的唯一途徑——將可再生能源發(fā)電儲存起來，并在需要時釋放出來，從而確保可再生能源發(fā)電輸出電量持續(xù)穩(wěn)定，提高電網(wǎng)接受間歇性可再生能源的能力。氫是一種重要的二次能源，通過電解水可獲得氫，由于其自身突出的特性，被認(rèn)為是一種理想的儲能介質(zhì)。
從氫源的角度來看，風(fēng)能和光伏制氫可以在生產(chǎn)源上實現(xiàn)不碳化。同時，與鋰電池相比，氫作為儲能介質(zhì)具有能量密度高且能滿足高速、低溫等優(yōu)點，非常適合長時間存儲，解決了風(fēng)電、光伏發(fā)電時遇到的不平衡問題，季度不平衡等問題，實現(xiàn)了傳統(tǒng)電網(wǎng)無法實現(xiàn)的大規(guī)模、跨季節(jié)、跨時間、跨區(qū)域的儲能，將是促進(jìn)可再生能源消費的有力工具。
作為一個擁有巨大潛力的新的大規(guī)模儲能技術(shù),氫能源不僅是適合大規(guī)模能量存儲和長周期規(guī)定,但也可以發(fā)揮重要作用的輔助服務(wù)峰值頻率調(diào)制,高峰負(fù)荷轉(zhuǎn)移和河谷充填等多類型能源互連,微電網(wǎng)建設(shè)。
正因如此，近年來光伏、風(fēng)電領(lǐng)域的龍頭企業(yè)加大了氫能的分布，可再生能源與氫能的“聯(lián)姻”為能源綜合發(fā)展提供了新的路徑。
海上風(fēng)電作為新能源開發(fā)的重點，可就近吸納。對于青島來說，來自海洋的“氫”，也將是值得展望的未來。
產(chǎn)業(yè)現(xiàn)實依然“骨感”
據(jù)中國氫能聯(lián)盟預(yù)測，到2050年，中國的氫能需求將接近6000萬噸，可再生能源電解氫產(chǎn)量將占70%，實現(xiàn)二氧化碳減排約7億噸，氫能在中國終端能源系統(tǒng)中占10%以上，產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值將達(dá)到12萬億元。
在制氫過程中，目前主流的綠色制氫技術(shù)有堿水電解(AWE)、質(zhì)子交換膜電解(PEM)和固體氧化物電解(SOEC)。由于受到成本、成熟度、產(chǎn)業(yè)鏈匹配等諸多因素的影響，AWE在中國是主流。雖然PEM電解槽的操作更加靈活，更適應(yīng)可再生能源的波動，但國內(nèi)的PEM技術(shù)正經(jīng)歷著從實驗室研發(fā)到市場和大規(guī)模應(yīng)用的階段，與歐洲的先進(jìn)技術(shù)有很大的不同。SOEC技術(shù)最大的優(yōu)勢在于轉(zhuǎn)換效率高，可實現(xiàn)電解水制氫80%以上的能量轉(zhuǎn)換效率。然而，它需要高溫的操作環(huán)境，在材料的循環(huán)壽命、成本和工藝上都存在困難。
在可再生能源綠色制氫領(lǐng)域，占制氫能力的比例非常有限，最大的問題是成本。電解水制氫的成本的70%到80%來自電力。據(jù)估計，當(dāng)可再生能源發(fā)電成本降至0.15元/千瓦時以下時，電解水制氫可以與化工行業(yè)現(xiàn)有的生產(chǎn)供應(yīng)競爭。預(yù)計到2030年至2035年，綠色氫氣的生產(chǎn)成本將低于15元/公斤，并有望在加油站與化石燃料持平。
在儲氫環(huán)節(jié)，目前國內(nèi)儲氫方式以高壓氣態(tài)儲氫為主，成本相對較低，而加氫站主要采用長管拖車運(yùn)輸高壓氣態(tài)氫，運(yùn)輸距離短，運(yùn)輸成本高。在液氫方面，設(shè)備關(guān)鍵部件依賴進(jìn)口，與國外技術(shù)差距較大，生產(chǎn)能力嚴(yán)重不足。目前，美日兩國主要推進(jìn)液態(tài)氫儲運(yùn)的技術(shù)路線。世界上三分之一的加氫站采用液氫技術(shù)，澳大利亞對日供氫項目也采用液氫運(yùn)輸船進(jìn)行長途運(yùn)輸。
在加氫過程中，燃料電池和加氫站所需的關(guān)鍵零部件依賴進(jìn)口或成熟產(chǎn)品，沒有批量生產(chǎn)，導(dǎo)致相應(yīng)工藝成本高。以燃料電池為例，根據(jù)中國國際經(jīng)濟(jì)交流中心信息部數(shù)據(jù)，我國膜電極組件的成本在4000元/千瓦左右，與國際700元/千瓦有很大差距。我國反應(yīng)器成本為6000元/千瓦，國際指標(biāo)為1000元/千瓦。
事實上，在全球范圍內(nèi)，這項技術(shù)仍處于起步階段，但一場關(guān)于氫的全球競賽已經(jīng)開始。據(jù)統(tǒng)計，在占全球GDP約52%的27個國家中，有16個國家已經(jīng)制定了全面的國家氫能發(fā)展戰(zhàn)略，11個國家正在制定中。
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