打通氫能應用鏈,以碳中和為目標,以整體性的視角規劃中國新的能源體系,在適宜布局氫能的區域、產業進行相應的投資。
氫能產業是未來產業的重點發展方向。2023年以來,在政策與市場的雙重驅動下,氫能的應用領域正在不斷拓展和創新,中國石化等公司主導的大型綠氫項目落地,綠氫正逐漸替代傳統的灰氫,為鋼鐵、化工等行業的脫碳轉型提供有力支持;燃料電池汽車進入放量提速期,宇通客車等公司迎來相關業務增長。當前我國氫能源迎來發展熱潮,盡管相關產業發展晚于歐美日韓,但發展速度迅猛,在產業鏈布局方面已逐漸趕上西方國家。作為“電能替代”,氫能源應用范圍可以覆蓋交通出行、工業生產、能量轉送、電網儲能調配等領域,使氫能源行業有望成為能源轉型支柱行業。
利好政策不斷加持
產業發展離不開政策賦能,2024年伊始,國家發展改革委、商務部、市場監管總局就聯合發布《關于支持廣州南沙放寬市場準入與加強監管體制改革的意見》,提出創建廣州南沙粵港融合綠色低碳示范區,推進氫能等清潔能源利用。此前,國家發展改革委、國家能源局印發的《氫能產業發展中長期規劃(2021—2035年)》指出,氫能產業是戰略性新興產業和未來產業重點發展方向。以科技自立自強為引領,我國將加強氫能產業創新體系建設,加快突破氫能核心技術和關鍵材料瓶頸,加速產業升級壯大,實現產業鏈良性循環和創新發展。踐行創新驅動,促進氫能技術裝備取得突破,加快培育新產品、新業態、新模式,構建綠色低碳產業體系,打造產業轉型升級的新增長點,為經濟高質量發展注入新動能。《“十四五”新型儲能發展實施方案》首次將“氨”作為重要儲氫載體列入重點攻關方向,明確提出開展“氨氫儲能”示范。
氫能產業政策由國家層面“自下往上”,地方政府也紛紛發力。根據安徽省發展改革委印發的《安徽省氫能產業高質量發展三年行動計劃》,到2025年,安徽省將初步實現氫能商業化推廣應用,建成國內重要的氫能產業發展高地?!冻啥际袃灮茉唇Y構促進城市綠色低碳發展政策措施實施細則(試行)》提出對綠電制氫項目市區兩級聯動給予電費支持,并對加氫站建設運營給予最高1500萬元補助。
作為全國重要的專用車生產基地,隨州市委市政府按照“下好先手棋、搶占制高點、建設創新園、培育大產業”總體思路,明確發展氫能產業要依托新能智能專汽和零部件產業集群,以新能源商用車整車龍頭引領,提升氫能商用車產業能級,以申報國家燃料電池汽車推廣應用示范城市群為契機,加快推進氫能商用車產業化。
隨州市委統戰部副部長、市工商聯黨組書記楊明表示,隨州致力于育強鏈主企業、建好氫能產業園、加快加氫站建設、構建場景閉環,并規劃布局了占地160畝的氫能源產業園,為氫能源產業發展提供研發生產基地。同時,隨州深挖新能源制氫資源稟賦,布局綠氫制取產業鏈?!霸谏嫌沃茪洵h節,目前我國氫氣主要來自灰氫,未來利用風光發電等可再生能源電解水制氫(綠氫)將成為發展趨勢。隨州是湖北風光電資源大市,截至2023年10月,隨州新能源并網裝機容量322.81萬千瓦,占湖北新能源裝機容量的10.42%。未來將充分利用風光電資源優勢,推動國家能源集團實施制氫項目,打造華中地區綠氫產業高地?!?/p>
此外,隨州借力氫氣儲運裝備生產耦合條件,布局氫能裝備產業鏈。隨州多家企業擁有壓力容器生產能力,全市危化品罐式車生產企業20余家,年產?;饭奘杰?萬余輛,占全國60%以上,相關零部件本地配套率高,具備批量生產儲氫罐的儲備能力,儲氫瓶研發正在突破中。隨州將高起點規劃建設氫能產業園,以光伏綠氫制取、氫氣儲運、氫燃料電池、氫能商用車等項目為重點,“串珠成鏈”貫通氫能裝備完整閉環,構建氫能“制、儲、運、加、用”全產業鏈。
氫車上陣
在氫能落地和商業化模式中,氫能汽車已成為較為成熟的模式之一。在2022北京冬奧會上,示范疊加燃料電池汽車示范城市群項目更是讓氫能成為燃料電池行業焦點。其中,作為北京大興區重點引進的氫能高科技企業,英博新能源直接與車輛運營平臺合作,在北京投放了一批30輛燃料電池客車,用以承接部分北京日常防疫任務和奧運會、殘奧會的通勤保障工作。
作為“國家隊”,國家電投集團為冬奧會服務投入了200輛氫騰大巴。氫能車的核心是氫能燃料電池發動機,負責這批氫騰大巴研發工作的大國工匠、氫燃料電池自主化技術先行者、國家電投集團氫能科技發展有限公司首席技術官柴榮茂為了加快研制速度,在研制電池質子交換膜和碳紙的同時,第一時間組建發動機研制團隊,跨界機械領域,開始雙線推進。柴榮茂告訴《小康》雜志、中國小康網記者:“冬奧會創造了有史以來幾個第一:第一次逾千輛燃料電池汽車集中運行,第一次在大型國際賽會上大規模使用氫能燃料電池汽車作為主運力,第一次國產自主化技術和國際一流品牌在同一賽道競爭,第一次新能源汽車在嚴寒冬天野外場地進行長達數月(包括熱身賽)的服務。”
湖北新楚風汽車股份有限公司則憑借氫能轉型,從瀕臨破產的絕境走上行業轉型前沿,并于去年11月發布了全球首款正向研發的千公里續航氣態氫能重卡。針對燃料電池商用車整車發展需要,新楚風新增加氫站、氫燃料發動機測試臺架、焊裝機器人等設施設備,具備了氫燃料電池商用車研發、生產、驗證能力。
根據中汽協統計,2022年全年新能源汽車銷量為688.7萬輛,全年氫燃料電池汽車銷量為3367輛,約占0.049%。2023年1—11月新能源汽車銷量為830.4萬輛,氫燃料電池汽車銷量為3996輛,約占0.048%。造成這種現狀的重要原因之一便是氫燃料電池的技術成熟度還不如鋰電池,加之規模化程度不同,致使氫燃料電池成本當前高于鋰電池成本。
相比于鋰電池、鎳氫電池等其他新能源電池,氫燃料電池具有氫儲能能量密度高、零污染零排放、補給速度快、續航能力長、整車重量輕的優點。氫儲量豐富,可從海水中開發。氫氣熱值大約是石油的3倍,產物卻只有水,水可以再次分解氫。“氫燃料電池在使用壽命結束后,并不會對環境造成污染。而鋰離子電池則含有很多重金屬,如果回收不當,就會對環境造成污染。直接加氫耗時在5分鐘左右,續航一般超過500公里,鋰電池充電時間長,續航較短。在低溫環境下,鋰電池續航里程大打折扣,氫燃料電池則不受影響?!睆V州海珀特科技有限公司CMO段清泉說。相比于鋰電池、鎳氫電池等其他新能源電池,氫燃料電池具有氫儲能能量密度高、零污染零排放、補給速度快、續航能力長、整車重量輕的優點。氫儲量豐富,可從海水中開發。氫氣熱值大約是石油的3倍,產物卻只有水,水可以再次分解氫?!皻淙剂想姵卦谑褂脡勖Y束后,并不會對環境造成污染。而鋰離子電池則含有很多重金屬,如果回收不當,就會對環境造成污染。直接加氫耗時在5分鐘左右,續航一般超過500公里,鋰電池充電時間長,續航較短。在低溫環境下,鋰電池續航里程大打折扣,氫燃料電池則不受影響。”廣州海珀特科技有限公司CMO段清泉說。
由此,加之技術的進步以及燃料電池關鍵卡脖子的“八大件”(電堆、膜電極、雙極板、質子交換膜、催化劑、碳紙、空氣壓縮機、氫氣循環系統)都有補貼等政策的推動,氫燃料電池汽車將在交通運輸領域發揮更大的作用。柴茂榮建議,我國應該加快放開乘用車市場,通過規?;党杀竞图夹g迭代,提高安全性、可靠性,這是非常重要的一點?!爸挥邪殉擞密嚢l展起來,量才能上去,成本才能降下來。燃料電池汽車,乘用車是繞不開的路,因為它具備了電動車的電子化和燃油車的逆變器,等于前面是電動車,后面是燃油車,是這樣一套裝置,所以它具備燃油車的高安全性、低成本和加‘氫’速度快的優點,又有電動車的可靠性和長壽命、高環境適應性這些條件,從零下40℃到零上60℃,整個工作范圍非常廣,而且加速、啟動非常快,這就是最大的特點。”同時他指出,我國交通前景將以重卡、公交為突破口,建立“柴”改“氫”的工業示范,布局加氫站,擴大氫能的利用規模,逐步拓展到乘用車領域,而且在船舶方面要開發新用途。
段清泉分析稱,在面向全生命周期TVO最大化的前提下,未來相當長的時間內將堅持“宜電則電、宜氫則氫”場景原則,燃料電池和動力電池路線將會在商用車領域共存,但產值最大的公路物流,特別是高速、重載和長運距的公路干線物流是氫燃料電池絕對優勢應用場景?!霸?026年前以政策主導推動為主,2027—2030年政策和市場共同驅動,2030年后全面進入市場化驅動。保守估計在2030年,氫能車年銷量突破8萬臺,保有量突破40萬臺;樂觀估計在2030年,年銷量突破40萬臺,保有量突破100萬臺。”
氫能未來可期
雖然氫能離大規模產業化尚有一定距離,但其行業發展、尤其是系統應用方面呈現出令人振奮的趨勢。在小型交通設備的產業化應用上,廣東藍軒氫能科技有限公司近日實現了重大突破,成功研發了全球首例400w水冷型氫能兩輪車。據悉,該車單次續航突破120公里,核心系統運行壽命突破1.5萬瓦時,相關性能指標均達行業領先水平,可實現零碳排放,且比鋰電更安全環保,比風冷氫能技術更穩定持久。這項國內領先技術成果已進入量產準備。與此同時,可用于快遞等行業的藍軒水冷型氫能三輪車也已研發成功。該系列產品的技術特點與產業化前景得到柴茂榮先生的高度贊譽。
根據《氫能產業發展中長期規劃(2021—2035年)》,到2025年,我國將形成較為完善的氫能產業發展制度政策環境,產業創新能力顯著提高,基本掌握核心技術和制造工藝,初步建立較為完整的供應鏈和產業體系。氫能示范應用取得明顯成效,清潔能源制氫及氫能儲運技術取得較大進展,市場競爭力大幅提升,初步建立以工業副產氫和可再生能源制氫就近利用為主的氫能供應體系。燃料電池車輛保有量約5萬輛,部署建設一批加氫站??稍偕茉粗茪淞窟_到10萬~20萬噸/年,成為新增氫能消費的重要組成部分,實現二氧化碳減排 100萬~200萬噸/年。
到2030年,形成較為完備的氫能產業技術創新體系、清潔能源制氫及供應體系,產業布局合理有序,可再生能源制氫廣泛應用,有力支撐碳達峰目標實現。到2035年,形成氫能產業體系,構建涵蓋交通、儲能、工業等領域的多元氫能應用生態??稍偕茉粗茪湓诮K端能源消費中的比重明顯提升,對能源綠色轉型發展起到重要支撐作用。
如何才能實現這些目標?柴茂榮認為,中國氫能發展的第一步是在10年到15年內把氫的應用鏈打通,提高氫能利用的經濟性。第二步是把減碳作為目標,再用10年至15年的時間投資研發可再生電力制氫、熱解制氫、光催化制氫等綠氫制取技術,降低這些技術路線的成本。第三步是以碳中和為目標,以整體性的視角規劃中國新的能源體系,在適宜布局氫能的區域、產業進行相應的投資。“目前中國在氫能普及度上落后于日本、德國,未來衡量中國氫能是否普及的標志就是看氫能乘用車是否獲得較大的市場,原因在于氫能車續航距離遠,氫的成本將比油低?!辈衩瘶s預測,2060年前后中國的能源消費總量將比當前增加20%至30%,屆時除電力外,氫能、熱能也會是主要的能源供應來源。
段清泉分析稱,氫能實現商業化的關鍵,從上游制氫來看,隨著技術發展,綠氫成本逐步降低,有望突破氫能產業化的關鍵環節;從中游儲運氫來看,需進一步推動產業化、技術革新,降低成本;從下游氫能應用來看,應推動在交通、工業、發電等領域的應用。