俄羅斯氫能源開發(fā)現(xiàn)狀及未來發(fā)展

楊明清 楊一鵬

（1.中國(guó)石化石油工程技術(shù)服務(wù)有限公司；2.四川大學(xué)匹茲堡學(xué)院）

氫是宇宙中分布最廣泛的物質(zhì)，構(gòu)成了宇宙質(zhì)量的75%。氫燃燒熱值高，是汽油的3倍、酒精的3.9倍、焦炭的4.5倍。氫燃燒的產(chǎn)物是水，是世界上最清潔的能源[1]。為實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”、“碳中和”目標(biāo)，歐美、日韓、澳大利亞、俄羅斯等國(guó)家紛紛出臺(tái)鼓勵(lì)氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策，一些國(guó)家將其上升到了國(guó)家戰(zhàn)略高度。俄羅斯是能源生產(chǎn)、消費(fèi)、出口大國(guó)，俄羅斯專家一直致力于尋找清潔能源，保持其世界能源領(lǐng)域中的霸主地位[2]。我國(guó)能源消費(fèi)以化石能源為主，碳排放較高，石油、天然氣進(jìn)口依存度較大，急需尋求低碳高效能源，綠氫能源有望成為實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”、“碳中和”戰(zhàn)略的重要組成部分[3]。2019年我國(guó)政府工作報(bào)告首次明確“推進(jìn)加氫等設(shè)施建設(shè)”；2020年我國(guó)提出了“2030碳達(dá)峰”及“2060碳中和”的目標(biāo)，將氫能源發(fā)展列入“十四五”規(guī)劃，并制定了《中國(guó)氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書》；2020年9月，北京市發(fā)布了《氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2020—2025年）》，提出2025年推廣1萬輛氫燃料電池汽車的目標(biāo)；2025、2030年我國(guó)將分別建成300、1 500座加氫站，10年間年復(fù)合增速達(dá)31.1%，到2050年加氫站數(shù)量將達(dá)1萬座，行業(yè)產(chǎn)值達(dá)12億元。2021年，中石化宣布“十四五”期間將建立1 000座加氫站。氫能源發(fā)展展現(xiàn)出強(qiáng)勁勢(shì)頭。

1 俄羅斯氫能源開發(fā)歷程

20世紀(jì)30年代，莫斯科高等技術(shù)學(xué)校進(jìn)行了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)加氫對(duì)汽油的影響研究，1941年，由于衛(wèi)國(guó)戰(zhàn)爭(zhēng)，研究被迫停止，該研究并沒有取得明顯效果。1961年，前蘇聯(lián)宇航員加加林環(huán)繞地球飛行，他所駕駛的宇宙飛船加入了氫燃料，證明氫能源作為動(dòng)力的可能性。20世紀(jì)70年代，由于石油危機(jī)，加之氫能源對(duì)環(huán)境污染較小，前蘇聯(lián)科學(xué)家認(rèn)識(shí)到氫能源的重要性，重新開始進(jìn)行相關(guān)科學(xué)研究。20世紀(jì)80年代至2000年，俄羅斯加大了科研投入，在“暴風(fēng)雪”號(hào)航天飛機(jī)、“S184-U34”潛艇動(dòng)力裝置、“圖155”飛機(jī)等嘗試使用氫能源，進(jìn)行了一定的技術(shù)儲(chǔ)備，促進(jìn)了氫能源研發(fā)，但沒有大規(guī)模應(yīng)用氫技術(shù)[4]。2003年，俄羅斯成立了非營(yíng)利性的全國(guó)氫能源協(xié)會(huì)，其宗旨為促進(jìn)氫能源發(fā)展，在該協(xié)會(huì)的組織下，2006年，進(jìn)行了氫能源汽車測(cè)試，這是俄羅斯首次進(jìn)行氫能源汽車測(cè)試。2019年11月，在圣彼得堡進(jìn)行了氫能源電車測(cè)試。2015年，俄羅斯簽署了《聯(lián)合國(guó)框架公約》，承諾在未來10年內(nèi)碳排放量減半，正式與國(guó)際接軌。2020年5月，在莫斯科建造了俄羅斯首座加氫站。2020年6月，俄羅斯氫能源總產(chǎn)量約500×104t/a，主要來源于石油加工中的甲醇生產(chǎn)，同時(shí)，核電廠制氫開始研發(fā)。2020年6月，俄羅斯聯(lián)邦政府總理米舒斯京批準(zhǔn)了“2035年俄羅斯聯(lián)邦能源戰(zhàn)略”，該戰(zhàn)略對(duì)氫能源進(jìn)行了單獨(dú)論述，氫能源進(jìn)入快速發(fā)展階段，為此，俄羅斯天然氣工業(yè)公司、俄羅斯原子能公司、諾瓦泰克公司、高校及科研機(jī)構(gòu)等加強(qiáng)了氫能源研發(fā)工作。2020年12月30日，俄羅斯總統(tǒng)普京在與總理米舒斯京舉行的視頻會(huì)議上，提出三年內(nèi)建立市內(nèi)氫能源公共汽車，三年后陸續(xù)建立氫能源火車。

2 俄羅斯氫能源開發(fā)現(xiàn)狀

2.1 制定發(fā)展規(guī)劃

2020年10月12 日，根據(jù)《巴黎氣候協(xié)定》，俄羅斯聯(lián)邦政府通過了《2024年俄羅斯聯(lián)邦發(fā)展氫能源計(jì)劃書》，主要包括8部分內(nèi)容：制定氫能源發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，該部分已于2021年3月完成；制定國(guó)家層面氫能源發(fā)展支持政策；建立氫能源產(chǎn)能；確定氫能源試點(diǎn)項(xiàng)目，建立相關(guān)實(shí)驗(yàn)室；促進(jìn)氫能源高端技術(shù)發(fā)展；完善氫能源國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及制度；培養(yǎng)氫能源領(lǐng)域人才；開展氫能源國(guó)際合作[5]。

2.2 確定試點(diǎn)公司

2.2.1 俄羅斯天然氣工業(yè)公司

俄羅斯天然氣工業(yè)公司（俄氣公司）是俄羅斯最大的天然氣生產(chǎn)企業(yè)，2013年，俄氣公司計(jì)劃每年生產(chǎn)36×104t氫氣。2020年初，俄氣公司提出了氫氣輸送戰(zhàn)略，充分利用“西伯利亞力量”“土耳其流”“藍(lán)流”“北溪-2”等輸氣管道進(jìn)行氫氣輸送。2020年12月，俄氣公司宣布成立子公司“氫氣工業(yè)”，專門進(jìn)行氫能源研發(fā)，基本思路為甲烷熱解方式生產(chǎn)氫氣。為了降低制氫成本，俄氣公司計(jì)劃在德國(guó)北部建立氫氣生產(chǎn)廠，一方面可以充分運(yùn)用德國(guó)的氫能源生產(chǎn)技術(shù)，另一方面可以充分運(yùn)用“北溪”和“北溪-2”輸送的天然氣。俄氣公司計(jì)劃將工廠建在“北溪”和“北溪-2”天然氣管道出口附近，利用管道輸送的天然氣，將生產(chǎn)的氫氣及天然氣在德國(guó)進(jìn)行應(yīng)用或反向輸送回俄羅斯。2021年初，位于薩馬拉和烏法的俄氣子公司“俄氣天然氣運(yùn)輸公司”正在實(shí)施兩個(gè)創(chuàng)新項(xiàng)目，研究甲烷生產(chǎn)氫氣并進(jìn)行輸送。研究表明，天然氣節(jié)約5%，CO2排放減少30%，NOx排放減少4.5倍，CO排放減少5倍。下一步，該公司將研發(fā)無碳?xì)錃馍a(chǎn)技術(shù)。此外該公司正在與德國(guó)和奧地利公司聯(lián)合攻關(guān)，研究甲烷與氫氣混合物在儲(chǔ)氣庫(kù)中的安全貯存[6]。

2.2.2 俄羅斯諾瓦泰克公司

俄羅斯諾瓦泰克公司是俄羅斯重要的天然氣生產(chǎn)商，是俄氣公司的主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，該公司主要從事天然氣和LNG生產(chǎn)、運(yùn)輸和銷售。2020年9月8日召開“天然氣技術(shù)”會(huì)議，2020年10月，正式宣布進(jìn)軍氫能源產(chǎn)業(yè)，加大氫能源研發(fā)力度，增加俄羅斯氫能源產(chǎn)量，充分利用俄羅斯氫氣管道優(yōu)勢(shì)，大規(guī)模輸送氫氣，降低輸送成本，改變俄羅斯能源結(jié)構(gòu)，持續(xù)保持俄羅斯氣體能源領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。2020年12月，諾瓦泰克公司推出氫氣項(xiàng)目，計(jì)劃利用氫氣代替?zhèn)鹘y(tǒng)天然氣，用來生產(chǎn)LNG及發(fā)電，為此，與“西門子能源”公司合作，重新設(shè)計(jì)亞馬爾LNG燃?xì)廨啓C(jī)，所采用的燃料中氫氣含量將達(dá)到60%[7]。

2.2.3 俄羅斯原子能公司

2019年9 月，俄羅斯原子能公司與俄羅斯鐵路公司、運(yùn)輸控股公司簽署了一項(xiàng)協(xié)議，該協(xié)議計(jì)劃在薩哈林州建立氫能源研發(fā)基地，在氫燃料電池應(yīng)用于鐵路運(yùn)輸方面進(jìn)行合作。2019年9月，俄羅斯原子能公司下屬的海外公司與日本工商經(jīng)濟(jì)部自然資源和能源局簽署了一項(xiàng)合作協(xié)議，計(jì)劃在薩哈林島共同開發(fā)氫能源，并出口日本。2020年，俄羅斯原子能公司在俄羅斯國(guó)內(nèi)積極尋找新的合作伙伴，計(jì)劃在國(guó)內(nèi)建立兩個(gè)生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、應(yīng)用、出口一體化的氫能源基地。在薩哈林建立俄羅斯東部氫能源基地，為俄羅斯遠(yuǎn)東地區(qū)提供氫能源，并出口亞洲；在俄羅斯西部建立俄羅斯西部氫能源基地，為俄羅斯西部地區(qū)提供氫能源，并出口歐洲。2021年1月，俄羅斯原子能公司計(jì)劃在摩爾曼斯克州科拉核電廠建立核能發(fā)電制氫試點(diǎn)項(xiàng)目，計(jì)劃2～3年內(nèi)，實(shí)現(xiàn)1.5 MW電能，在5～7年內(nèi)實(shí)現(xiàn)4 MW電能，到2030年達(dá)到500 MW電能，1 MW電能可生產(chǎn)約200 m3/h氫氣，相當(dāng)于每年158 t。該項(xiàng)目成功實(shí)施將有助于解決摩爾曼斯克州能源供應(yīng)問題[8]。

2.2.4 俄羅斯科研機(jī)構(gòu)

2020年11 月，俄羅斯從事氫能源研發(fā)的高校及科研機(jī)構(gòu)聯(lián)合成立了研發(fā)團(tuán)隊(duì)，被稱為“氫谷技術(shù)”團(tuán)隊(duì)。該團(tuán)隊(duì)包括氫能源研發(fā)、制取、儲(chǔ)運(yùn)和應(yīng)用整個(gè)鏈條，計(jì)劃與俄羅斯氫能源公司密切合作，共同推動(dòng)氫能源開發(fā)。目前，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)取得初步成效，俄羅斯國(guó)立核能研究大學(xué)建立了氫氣制取及儲(chǔ)存；托木斯克理工大學(xué)在實(shí)驗(yàn)室獲得高純度碳化鎢，取代昂貴的鉑催化劑，顯著降低氫氣成本；俄羅斯石油公司的聯(lián)合研發(fā)中心研發(fā)了甲烷芳香化技術(shù)，可以從天然氣和石油氣中同時(shí)獲取氫氣和芳香烴產(chǎn)品，根據(jù)這一技術(shù)，每生產(chǎn)10×108m3天然氣或石油氣，產(chǎn)生10×108m3氫氣和50×104t芳香烴，該技術(shù)能顯著減少CO2排放量、降低能源生產(chǎn)成本、提高綜合效益[9]。

2.3 建立加氫站

2020年5 月，俄羅斯科學(xué)院院長(zhǎng)葉戈羅夫正式宣布，在莫斯科郊區(qū)切爾諾洛夫卡建立了俄羅斯第一座加氫站，并對(duì)外開放，標(biāo)志著俄羅斯氫能源研發(fā)邁上新臺(tái)階。該加氫站每天最多可以給6輛車加氫，截至2021年1月1日，俄羅斯只有1輛氫能源汽車，為豐田米拉氫燃料汽車，該車重1 855 kg，加氫過程需要5～6 min，汽車加速到100 km/h需9.5 s，行駛100 km氫燃料費(fèi)用約250盧布。該豐田米拉汽車加氫后預(yù)計(jì)行程480 km，前提是用70 MPa將氫燃料注滿，但該加氫站加氫壓力只能達(dá)到50 MPa，因此該汽車使用效率有所降低[10]。此外，該加氫站具有實(shí)驗(yàn)室功能，承擔(dān)了氫能源方面的科研任務(wù)，如果俄羅斯的某些科研項(xiàng)目需要給氫燃料電池加氫，也由該加氫站完成。

3 俄羅斯氫能源展望及對(duì)我國(guó)的啟示

3.1 俄羅斯氫能源開發(fā)優(yōu)勢(shì)

根據(jù)俄羅斯能源部分析，俄羅斯氫能源發(fā)展具有很大優(yōu)勢(shì)?？蒲蟹矫妫砹_斯有強(qiáng)大的科研機(jī)構(gòu)，包括大學(xué)、科研院所、企業(yè)等，在氫能源生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用等方面有了一定技術(shù)儲(chǔ)備；生產(chǎn)方面，俄羅斯有豐富的油氣資源，為氫能源生產(chǎn)提供基本保障，俄羅斯還有豐富的電能、核能、風(fēng)能，為生產(chǎn)綠氫能源提供保障；運(yùn)輸方面，俄羅斯有豐富的天然氣管道，可以依托這些管道進(jìn)行氫能源運(yùn)輸，不需要大規(guī)模重復(fù)建設(shè)，為氫能源提供運(yùn)輸保障。俄羅斯科學(xué)家預(yù)測(cè)，15～30年后，俄羅斯氫能源生產(chǎn)和全球市場(chǎng)供應(yīng)將占領(lǐng)先地位。此外，俄羅斯專家對(duì)氫能源生產(chǎn)能力進(jìn)行了評(píng)估，以電解制氫方式為例，僅僅啟用備用發(fā)電機(jī)能力，俄羅斯能源部預(yù)測(cè)每年可生產(chǎn)氫能源350×104t，俄羅斯戰(zhàn)略發(fā)展中心基金會(huì)預(yù)測(cè)每年可生產(chǎn)500×104～600×104t，俄羅斯能源網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施中心預(yù)測(cè)每年可生產(chǎn)190×104～350×104t。

3.2 俄羅斯氫能源未來發(fā)展

根據(jù)歐盟2035戰(zhàn)略，俄羅斯將成為氫能源生產(chǎn)、消費(fèi)、出口領(lǐng)先的國(guó)家，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，未來15年，俄羅斯擬采取一系列關(guān)鍵措施，主要包括6方面：

1）加強(qiáng)氫能源開發(fā)全過程立法支持，包括基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，生產(chǎn)、運(yùn)輸、存儲(chǔ)、使用等環(huán)節(jié).

2）加強(qiáng)氫能源生產(chǎn)力度，建立氫能源生產(chǎn)基地，包括天然氣生產(chǎn)氫能、可再生能源生產(chǎn)氫能、核技術(shù)生產(chǎn)氫能等，提高氫能源產(chǎn)量。

3）加強(qiáng)氫能源生產(chǎn)技術(shù)研發(fā)，充分利用俄羅斯本土技術(shù)，國(guó)外先進(jìn)技術(shù)國(guó)產(chǎn)化，降低氫能源生產(chǎn)成本，包括甲烷熱解、電解等方法。

4）提高氫能源在能源消費(fèi)中的比重，重點(diǎn)攻關(guān)氫能源運(yùn)輸、氫能源電池催化劑等技術(shù)，提高氫能源轉(zhuǎn)化效率。

5）加強(qiáng)氫能源開發(fā)過程中安全管理，使氫能源成為安全、高效、清潔的能源。

6）加強(qiáng)氫能源研發(fā)國(guó)際合作，加大氫能源對(duì)外出口量，包括歐洲、亞洲等。采取這些措施后，俄羅斯氫能源比例將逐步增加，石油、天然氣、煤炭等化石能源比例將逐步減少，到2024年，計(jì)劃出口氫能源20×104t，2035年增至200×104t，俄羅斯氫能源生產(chǎn)和出口躋身世界領(lǐng)先行列，占世界氫能源市場(chǎng)10%～15%。

3.3 對(duì)我國(guó)的啟示

我國(guó)與俄羅斯護(hù)互為鄰國(guó)，中俄是很好的戰(zhàn)略聯(lián)盟關(guān)系，隨著我國(guó)“一帶一路”戰(zhàn)略的實(shí)施，中俄兩國(guó)已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域開展合作。俄羅斯在氫能源發(fā)展方面和我國(guó)具有很強(qiáng)相似性，對(duì)我國(guó)氫能源發(fā)展具有很好的啟示。

1）加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)。近幾年我國(guó)氫能源發(fā)展迅速，存在低水平重復(fù)建設(shè)的苗頭，建議加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，統(tǒng)籌考慮氫能、風(fēng)能、電能、核能等資源，做好短期及長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃，防范無序競(jìng)爭(zhēng)和產(chǎn)能過剩風(fēng)險(xiǎn)，構(gòu)建我國(guó)氫能源產(chǎn)業(yè)科學(xué)發(fā)展格局。

2）加強(qiáng)核心技術(shù)攻關(guān)。我國(guó)氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展初具規(guī)模，但在關(guān)鍵材料、核心技術(shù)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、商業(yè)化推廣模式等方面存在瓶頸，建議統(tǒng)籌考慮我國(guó)研發(fā)資源，集中優(yōu)勢(shì)研發(fā)力量，解決關(guān)鍵技術(shù)問題。

3）加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)體系制定?，F(xiàn)有原料氫的標(biāo)準(zhǔn)主要作為化工產(chǎn)品進(jìn)行管理和約束，將氫作為能源，缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，建議盡快建立氫能源標(biāo)準(zhǔn)體系，促進(jìn)氫能源產(chǎn)業(yè)規(guī)范發(fā)展。

4）加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)政策扶持。氫能源產(chǎn)業(yè)投入大、產(chǎn)出慢、技術(shù)含量高、政策依賴性強(qiáng)，建議加強(qiáng)宏觀政策扶持，降低氫能源成本，促進(jìn)氫能源產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。

5）加強(qiáng)國(guó)際合作。盡管我國(guó)氫能源產(chǎn)業(yè)取得一系列進(jìn)步，但與日本、韓國(guó)、澳大利亞等國(guó)家相比還有差距，建議與這些國(guó)家開展合作，縮小差距；俄羅斯氫能源發(fā)展對(duì)我國(guó)具有借鑒意義，建議加強(qiáng)與俄羅斯的合作，互通有無，促進(jìn)我國(guó)氫能源產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1）俄羅斯氫能源起步較早，開展了一系列基礎(chǔ)研究，并在航空航天、潛艇等方面進(jìn)行了應(yīng)用，取得了一些認(rèn)識(shí)，為世界氫能源發(fā)展做出了貢獻(xiàn)；近幾年，俄羅斯制定了氫能源發(fā)展規(guī)劃、確定了氫能源試點(diǎn)企業(yè)，氫能源快速發(fā)展；未來，俄羅斯有望成為世界氫能源生產(chǎn)出口大國(guó)。

2）我國(guó)和俄羅斯都是能源生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、油氣生產(chǎn)及運(yùn)輸、二次能源開發(fā)等方面有很大相似性，兩國(guó)都致力于氫能源發(fā)展，具有共同的目標(biāo)，在氫能源發(fā)展方面可以互相借鑒，促進(jìn)我國(guó)氫能源行業(yè)發(fā)展。

3）盡快建立中俄兩國(guó)氫能源技術(shù)交流平臺(tái)，如定期組織中俄氫能源技術(shù)交流會(huì)，中俄兩國(guó)高校、研究院所互派留學(xué)生及訪問學(xué)者等，加強(qiáng)技術(shù)交流與合作。