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氢能产业发展机遇
发布时间:2022-09-14 15:42:47 来源:玩球软件外围 作者:英雄联盟外围网站

  国家发展改革委、国家能源局近期联合发布了《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》(简称《规划》)。《规划》明确了氢的能源属性,从中长期和大能源的角度,明确了氢能在我国能源绿色低碳转型中的战略定位、总体要求和发展目标,为我国氢能产业长远发展描绘了宏伟蓝图。《规划》是对我国氢能产业发展的顶层设计,将成为指导我国氢能产业健康可持续发展的纲领性、指导性文件。

  从《规划》中对氢能的三大定位来看,不仅明确了氢能的能源属性,更把氢能作为实现“双碳”目标的重要载体和推动高质量发展的战略性新兴产业。

  一是把创新放在首位,并丰富了创新内涵,覆盖技术创新、产品创新、应用创新和商业模式创新。二是把安全作为发展的前提,加强对氢能全链条安全监管,坚守安全底线。三是平衡政府和市场的关系,市场是主导,企业是主体,政府积极有为。四是明确稳慎发展、示范引领,既积极引导,又避免过热过头,一哄而上,有利于氢能产业在政策引导和示范引领下有序有效发展。

  《规划》分阶段提出了2025年、2030年、2035年的实现目标。大体而言,“十四五”是市场导入期,以科技攻关和示范应用为主。“十五五”为市场发展期,商业化条件逐步形成。“十六五”为市场成熟期,进入全面商业化阶段,氢能多元化应用生态逐步发展成熟。

  《规划》部署了4个方面推动氢能产业高质量发展的重要举措。一是系统构建氢能产业创新体系。围绕以质子交换膜燃料电池技术为代表的燃料电池领域技术创新,氢能制、储、输、用全链条安全技术,特别是绿色低碳氢能制取和应用等方面加强关键核心技术研发、平台建设和人才培养。二是统筹全国氢能产业布局和氢能基础设施建设,初期以工业副产氢就地消纳和示范城市群建设,带动产业示范起步,逐步推动构建清洁化、低成本的多元制氢体系和高密度、低成本、多元化的氢能储运体系,以市场需求为导向推进加氢网络体系建设。三是有序推进氢能多元化应用,以交通领域为先行引领,逐步推动氢能在石化、冶金、水泥、电力和储能等领域的应用,探索形成商业化发展路径。四是牢固树立安全底线,建立健全氢能政策和制度保障体系,完善氢能产业标准,加强安全监管,保障氢能产业可持续发展。

  氢能产业的发展,首先要解决核心技术关键装备的自主可控和竞争力的有效提升问题。在制氢领域,我国目前以化石能源制氢为主。可再生能源制氢方面,碱性电解水制氢技术相对成熟,质子交换膜、光解水制氢技术等先进技术还有较大差距。在储运氢方面,70兆帕高压气态储氢、低温液态储氢和管道输氢、有机液体化合物储氢、金属储氢等适应大规模氢能应用的储运技术需要持续攻关。因此,《规划》把创新摆在了更加突出的位置,要求准确把握氢能产业创新发展方向,聚焦短板弱项,突破氢能制备、储存、输运、应用全链条关键核心技术攻关,推进核心零部件以及关键装备国产化。

  氢能作为一个新的能源品类,与现有的能量载体(汽油、煤油、柴油、天然气、电力、煤炭)相比,公众认识度低,对其安全的担忧一直存在。对氢能产业而言,自身具有较高的安全风险,加上现阶段我国产业相关主体在氢安全方面的专业能力和管控水平还存在很多不足,一定要把安全作为发展的基线、底线、生命线。否则,一旦发生重大事故,对整个行业将带来灾难性、颠覆性的影响。氢气在制取、储存、运输、应用等各环节对安全都有较高要求,需要加强技术攻关、材料研发、标准法规建设,通过技术提升和法规约束保障安全。因此,《规划》要求加强对氢能全链条安全监管,坚守安全底线,落实安全生产责任制,确保氢能利用安全可控。

  从大概念长周期而言,氢能的前景可期、前途光明。同时,未来也还有很多未知风险与不确定性。现阶段氢能发展还面临众多挑战,目前在技术产品、商业模式、政策制度、监督管理等方面还存在诸多问题,需要在发展中认识、实践、总结、提高。氢能的制、储、输、用各环节关键核心技术是否会有更大的突破,氢能成本能否在技术突破和产业规模的驱动下大幅降低,氢能的应用场景是否会实现多元化规模化发展,氢能在终端能源中的比重最终能占据多少,都需要在实践中去探索路径。因此,《规划》明确了稳慎应用、示范先行的原则,并在确定发展目标时坚持审慎务实的态度,三阶段三步走的安排体现了对节奏把控的高度重视。

  在战略定位中,明确氢能是未来国家能源体系的重要组成部分和用能终端实现绿色低碳转型的重要载体。在目标设定和规划部署中,强调可再生能源制氢的科技攻关,推动构建清洁化、低碳化的多元制氢体系,不断扩大氢能的绿色供应,推动在高耗能、高排放、难脱碳行业的应用,不断提升可再生能源制氢在终端能源消费中的比重。《规划》指出要探索培育“风光发电+氢储能”一体化应用新模式,打通“电—氢—电”绿色电力闭环,探索推广绿氢在电力和储能领域的多元化应用。需要说明的是,《规划》在强调氢能远期绿色低碳方向的同时,也明确在近中期优先就近利用工业副产氢等低成本氢能,满足产业化初期的供氢需求。

  氢能是一种来源丰富、清洁低碳、应用广泛的二次能源,对减少二氧化碳等温室气体排放、实现碳达峰、碳中和目标具有重要意义。《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》(简称《规划》),对我国氢能产业高质量发展将产生深远影响。

  在能源供给端,明确了氢能在未来能源体系中的重要地位。“双碳”背景下,建立清洁低碳、安全高效的新一代能源体系是新一轮能源革命的核心目标。我国新一代能源系统是以电力为中心,以电网为主干和平台,各种一次、二次能源的生产、传输、交易、使用、存储和转换装置及它们的信息、通信、控制和保护装置直接或间接连接的网络化物理系统。新型电力系统技术涵盖了包括氢能与燃料电池技术在内的先进可再生能源发电及综合利用、高比例可再生能源友好并网、新一代电网、新型储能、多能互补与供需互动等技术。

  氢能具有清洁低碳的能源属性,其能量密度高,比电更容易大规模、长周期存储,且可实现电氢间的灵活转化,被定位为可再生能源规模化高效利用的重要载体,通过“风光氢储”一体化融合发展,为可再生能源规模化消纳提供了有效解决方案,可支撑新能源占比逐渐提高的新型电力系统建设;通过燃料电池热电联供等氢能利用技术的开发使用,可实现氢能—电能—热能深度融合发展。

  在能源消费端,充分发挥氢能清洁低碳的特点,推动交通、工业等用能终端和高耗能、高排放行业绿色低碳转型。交通领域占我国终端碳排放的15%左右,氢燃料电池汽车将取代部分柴油车在中重型和长途交通领域发挥深度脱碳作用,逐步建立燃料电池电动汽车与锂电池纯电动汽车的互补发展模式。

  氢气是重要的工业原料。如采用可再生能源制绿氢,将在合成氨、甲醇、炼化等行业具有极大的清洁替代应用场景。以合成氨为例,2020年全国产量约5000万吨,传统工艺生产1吨氨排放二氧化碳近2吨,若全部实施绿氢合成氨每年可减排二氧化碳近1亿吨。因此,必须从氢气生产源头上加强管控,严格限制化石能源制氢、鼓励发展可再生能源制氢。

  在产业端,《规划》将创新摆在氢能产业发展的核心位置,聚焦氢的制备、储存、输运、应用全链条,突破关键核心技术,提升装备自主可控能力,促进产业链创新链深入融合发展。在氢气制备技术方面,质子交换膜(PEM)电解水制氢技术具有启停响应快、负荷调节范围宽的优势,适合可再生能源发电的不连续性和波动性,将进入快速发展阶段。而我国PEM电解水制氢技术成本高、寿命缺乏系统验证。“十四五”期间,将集中攻关高效低成本MW级PEM电解水制氢系统,通过开展规模化的可再生能源制氢示范,实现技术的迭代进步。

  在氢气储运技术方面,我国将集中攻关突破50兆帕气态运输用氢气瓶技术,通过将国内20兆帕运输标准提高到欧美国家常见的50兆帕,单车次氢气运输量预计提高3倍,成本有望下降一半。另外,开展氢气长距离管输、低温液氢、固态储运等技术研究示范,构建多元化氢能储运体系。

  随着氢燃料电池汽车产业的发展,35兆帕储氢瓶已逐渐不能满足车辆对储氢量的需求,70兆帕氢气储运、加注成为国内燃料电池汽车产业发展必须突破的环节。在氢气加注关键技术方面,“十四五”期间我国将集中攻关研制低预冷能耗、满足国际加氢协议的70兆帕加氢机和高可靠性、低能耗的90兆帕压缩机等关键装备,建成加氢站示范工程。

  在燃料电池技术方面,我国开展了高性能、长寿命质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆重载集成、结构设计、精密制造关键技术研究,突破固体氧化物燃料电池(SOFC)系统集成优化设计技术及运行特性与负荷响应规律,开展百千瓦级及以上多场景下燃料电池固定式发电及分布式供能示范应用。

  在氢安全防控及氢气品质保障技术方面,还需要开展临氢环境下临氢材料和零部件氢泄漏检测及危险性试验研究,研发氢气燃烧事故防控与应急处置技术装备;开展工业副产氢纯化关键技术研究。

  依托龙头企业整合行业创新资源,在化工、材料、电控、机械、热工等多学科人才队伍的紧密配合下,通过上述氢能核心技术、关键材料、装备的集中突破,打造产业转型升级的新增长点,为我国经济注入新动能。

  “风光氢储”一体化模式下的电—氢业务协同发展,是能源企业氢能产业发展的理性选择。“风光发电+绿氢制备+交通/工业领域替代”构成了“风光氢储”一体化模式的核心单元,可再生能源电解水制绿氢不仅可规模化消纳不稳定性、时空不均匀性的风光电力,支撑新型电力系统建设,同时也能为炼化企业的主力用氢场景(油品加氢、合成氨、甲醇)提供绿氢,并以绿氢为基础重塑炼化业务传统产品链、服务链和价值链,逐步推动炼化企业在氢能生产端和应用端的技术进步,助力实现“双碳”目标。