石化企業(yè)如何搭上氫能的“順風(fēng)車”

張景新 王興艷 張兵

1 前沿

石化產(chǎn)業(yè)是關(guān)系國家經(jīng)濟(jì)命脈和安全的支柱型產(chǎn)業(yè)，在促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展中具有重要地位和作用。近年來石化行業(yè)產(chǎn)能過剩、環(huán)境污染等問題已經(jīng)影響到人們的生活，《國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》明確提出，“十四五”期間我國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)“綠色”和“低碳化”發(fā)展的總基調(diào)。在“碳達(dá)峰”“碳中和”背景下，氫能作為一種清潔、高效、無污染的可再生能源，在石化企業(yè)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型中扮演重要角色，發(fā)展氫能為石化企業(yè)轉(zhuǎn)型升級提供了新思路。那么傳統(tǒng)石化企業(yè)如何搭上氫能“順風(fēng)車”？

2 石化行業(yè)面臨的形勢

油氣能源供給受外部環(huán)境影響大。我國“富煤、貧油、少氣” 的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了國內(nèi)油氣產(chǎn)量難以滿足國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，對國外資源存在嚴(yán)重依賴性?！?020年國內(nèi)外油氣行業(yè)發(fā)展報(bào)告》顯示[1]，2020年中國原油進(jìn)口量達(dá)到5.42億t，同比增長7.3%，原油進(jìn)口額突破1763.21億美元，對外依存度超過73.5%；同年，我國天然氣進(jìn)口量突破1億t，對外依存度高達(dá)41.8%，再一次成為全球最大的油氣進(jìn)口國，預(yù)計(jì)這一趨勢仍將繼續(xù)。根據(jù)國際石油儲備標(biāo)準(zhǔn)，我國戰(zhàn)略石油儲備較日本、美國相比仍存在較大差距，在國際環(huán)境復(fù)雜多變的背景下，外部能源供給在安全性和穩(wěn)定性方面存在潛在風(fēng)險(xiǎn)。

資源和環(huán)境約束壓力逐步增加。石化行業(yè)有超過90%的原料來自于礦產(chǎn)資源，受資源環(huán)境的約束較大，我國石油、天然氣、天然橡膠的進(jìn)口依存度常年保持在很高水平，能源消費(fèi)量和“三廢”排放量居于全國工業(yè)行業(yè)前列。國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《關(guān)于石化產(chǎn)業(yè)調(diào)結(jié)構(gòu)促轉(zhuǎn)型增效益的指導(dǎo)意見》中指出[2]，要推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局，堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動，改善發(fā)展環(huán)境，著力去產(chǎn)能、降消耗、減排放，提升產(chǎn)能利用率，為先進(jìn)產(chǎn)能置換出發(fā)展空間。另一方面， “綠水青山就是金山銀山”的科學(xué)論斷，將持續(xù)引領(lǐng)中國朝著綠色經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，綠色合成工藝、節(jié)能減排及綜合利用技術(shù)、能量回收技術(shù)、智能控制技術(shù)等將推動石化行業(yè)健康高質(zhì)量發(fā)展。

清潔、可再生能源是未來能源發(fā)展的目標(biāo)。在全球能源消費(fèi)增速放緩，可再生能源發(fā)展迅速的背景下，2010—2020年，我國能源消費(fèi)總量持續(xù)增長，2020年我國能源消費(fèi)總量達(dá)到49.8億t標(biāo)準(zhǔn)煤，同比增長2.2%，其中煤炭、原油、天然氣等消費(fèi)量分別增長0.6%、3.3%、7.2%，GDP單位能耗明顯高于世界平均水平。2011—2020年，受去產(chǎn)能政策推動，我國煤炭能源占比總能源消耗逐年下降，由2011年的70.2%下降到2020年的56.8%，形成鮮明對比的是水電、風(fēng)電、核電等清潔能源消費(fèi)占比持續(xù)提升，截至2020年，我國清潔能源消費(fèi)量占總能源消費(fèi)總量比重達(dá)到24.3%。國際能源署預(yù)測，到2030 年全球清潔能源占比將超過30%，清潔化、低碳化的可再生能源將成為全球能源發(fā)展的重要趨勢之一。

3 氫能發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 氫能自身優(yōu)勢突出

氫能作為一種靈活儲運(yùn)的二次能源，具有資源豐富、能量密度高、無污染、可持續(xù)的特點(diǎn)，在未來社會的在發(fā)展中，將與電互補(bǔ)，解決各種能源的加工、轉(zhuǎn)化和儲運(yùn)問題（圖1），發(fā)展氫能已成為人類擺脫對化石能源的依賴、保障能源安全的永久性戰(zhàn)略選擇。

3.2 氫能可作為多元化能源系統(tǒng)中的緩沖角色

多元化能源系統(tǒng)是以建立低碳、可持續(xù)的能源供給與能源消費(fèi)體系為目標(biāo)，是未來能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的重要趨勢。氫能擁有清潔高效、儲運(yùn)靈活、應(yīng)用多樣等特點(diǎn)，可作為多元化能源系統(tǒng)中的緩沖角色，如與化石能源形成優(yōu)勢互補(bǔ)，推動低碳清潔交通、工業(yè)清潔生產(chǎn)、節(jié)能降碳等；發(fā)揮儲能作用，在電能冗余情況下調(diào)節(jié)能源系統(tǒng)，降低能源損耗；氫氣來源穩(wěn)定，可以有效的融入和改變現(xiàn)有能源系統(tǒng)，為波動性可再生能源的生產(chǎn)提供重要保障（圖2）。

3.3 氫能是未來能源戰(zhàn)略的重要組成

氫能已經(jīng)成為各國未來能源戰(zhàn)略的重要組成。如日本發(fā)布的《日本復(fù)興戰(zhàn)略》和《能源戰(zhàn)略計(jì)劃》中，均將氫能和燃料電池作為重要領(lǐng)域進(jìn)行戰(zhàn)略部署；美國政府明確開展氫能前沿技術(shù)研究，相繼提出“氫經(jīng)濟(jì)發(fā)展藍(lán)圖”“全面能源戰(zhàn)略”“美國有線能源戰(zhàn)略”等戰(zhàn)略規(guī)劃；歐盟發(fā)布的《2030氣候和能源框架》《2050低碳經(jīng)濟(jì)》也提出了發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)計(jì)劃；我國從《國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略綱要》《“十三五”國家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，到《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》等政策文件中明確提出將氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)作為重點(diǎn)戰(zhàn)略任務(wù)。隨著各地方政府相繼出臺政策文件，初步形成了沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)政策多、密度大、熱度高，江浙地區(qū)縣域城市發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)力度大的特點(diǎn)。各地氫能產(chǎn)業(yè)相關(guān)政策建表1。

4 石化企業(yè)如何接軌氫能產(chǎn)業(yè)

從煤炭到石油，再到多元化能源，石化能源始終在世界一次能源消費(fèi)中占據(jù)主體地位，石化企業(yè)在能源結(jié)構(gòu)中扮演重要角色。本文從產(chǎn)業(yè)鏈角度，就石化企業(yè)如何接軌氫能產(chǎn)業(yè)給予分析和建議。

4.1 制氫

目前，利用甲醇制氫、煤制氫、烴類蒸汽轉(zhuǎn)化法制氫、工業(yè)尾氣制氫、煉化副產(chǎn)物制氫等是制取氫氣的主要方法，約占產(chǎn)氫總量的95%左右，煤炭、石油、石化等傳統(tǒng)能源企業(yè)可借助強(qiáng)大的資源優(yōu)勢，降低制氫成本。同時，氫氣屬于易燃易爆的危險(xiǎn)化學(xué)品，在我國現(xiàn)有的危險(xiǎn)化學(xué)品管理運(yùn)營體系下，企業(yè)要經(jīng)過長周期、嚴(yán)格的安全審查和評測認(rèn)證才能獲得產(chǎn)氫資格，而石化企業(yè)擁有成熟的化學(xué)品生產(chǎn)、運(yùn)營的經(jīng)驗(yàn)和資質(zhì)，在制氫技術(shù)和裝備方面優(yōu)勢突出，可以安全、高效、規(guī)?；膶?shí)現(xiàn)氫氣的商業(yè)化生產(chǎn)。

4.2 儲氫

氫氣的長距離運(yùn)輸、安全儲存問題已經(jīng)成為氫能大規(guī)模利用的瓶頸。目前氫氣的儲運(yùn)主要是利用高壓儲氫和液態(tài)儲運(yùn)技術(shù)，將氫氣加注到儲氫瓶中進(jìn)行運(yùn)輸，而儲氫材料和技術(shù)裝備的高成本、高能耗、安全性等問題很難實(shí)現(xiàn)氫能的大規(guī)模儲運(yùn)。石化企業(yè)可以借助在油氣管道運(yùn)輸、天然氣儲運(yùn)等方面的基礎(chǔ)設(shè)施，優(yōu)先構(gòu)建氫氣儲運(yùn)網(wǎng)絡(luò)，提高氫氣運(yùn)輸效率和質(zhì)量；利用企業(yè)在吸附材料、功能材料、有機(jī)物等領(lǐng)域的開發(fā)經(jīng)營，探索下一代固態(tài)儲氫和化學(xué)儲氫技術(shù)；通過與下游企業(yè)合作，加強(qiáng)在碳纖維纏繞成型技術(shù)和高性能儲氫材料方面的研究，進(jìn)一步提升氫氣儲運(yùn)的安全性。

4.3 加氫站

加氫站是氫能和燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。截至2021年，我國加氫站數(shù)量增至218座，加氫站相關(guān)企業(yè)累計(jì)已突破3500家，江蘇、廣東、山東位居前3位，而我國加氫站建設(shè)運(yùn)營成本高、流程審批時間長、商業(yè)化程度低、站內(nèi)加氫能力弱等問題仍存在。一方面，石化企業(yè)可借助在加油、加氣領(lǐng)域的布局優(yōu)勢和技術(shù)優(yōu)勢，率先探索加油—加氫合建站的建設(shè)，加快氫能基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模化布局；另一方面，石化企業(yè)大多擁有“危險(xiǎn)化學(xué)品經(jīng)營許可證”“氣瓶充裝許可證”等化學(xué)品運(yùn)營資質(zhì)，可大幅縮減加氫站籌備建設(shè)周期。同時，石化企業(yè)一整套成熟的加氣、加油站管理制度和運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，在專業(yè)人才培訓(xùn)、安全管理、客戶服務(wù)等方面優(yōu)勢突出。

4.4 燃料電池系統(tǒng)和應(yīng)用

燃料電池系統(tǒng)主要由電堆、功率調(diào)節(jié)器、燃料處理器、空氣壓縮機(jī)組成，是燃料電池汽車最核心的部分，目前美國、日本、德國等國家在燃料電池技術(shù)領(lǐng)域擁有明顯的優(yōu)勢，正處于降低成本產(chǎn)業(yè)化的階段。石化企業(yè)通過聯(lián)合國內(nèi)外領(lǐng)先科研機(jī)構(gòu)、高等院校，搭建基于氫能及燃料電池領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)的科技創(chuàng)新平臺，加大在燃料電池領(lǐng)域的核心技術(shù)積累，提升燃料電池自主研發(fā)能力和核心競爭力；加大在新材料領(lǐng)域的資金投入，加強(qiáng)與電極、雙極板、質(zhì)子交換膜（PEM）等領(lǐng)域企業(yè)產(chǎn)業(yè)示范基地項(xiàng)目合作，提升燃料電池電堆及核心零部件國產(chǎn)化水平；積極參與氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)政策體系、標(biāo)準(zhǔn)體系的建設(shè)和完善，從“政產(chǎn)學(xué)研用”的角度全面推進(jìn)氫能和燃料電池技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化進(jìn)程。

5 結(jié)語

“雙循環(huán)”背景下，全球能源結(jié)構(gòu)向清潔化、低碳化方向轉(zhuǎn)型，以氫能為代表的清潔能源正迎來重要的發(fā)展機(jī)遇期，市場潛力巨大。與美國、日本等國家相比，我國氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展仍然處于快速上升期，產(chǎn)品質(zhì)量、工藝穩(wěn)定性、關(guān)鍵技術(shù)等方面亟待提升，產(chǎn)業(yè)規(guī)模效應(yīng)有待加強(qiáng)。傳統(tǒng)石化企業(yè)應(yīng)搶抓戰(zhàn)略機(jī)遇，在國家產(chǎn)業(yè)政策和市場的引導(dǎo)下，瞄準(zhǔn)產(chǎn)業(yè)前沿技術(shù)、核心技術(shù)、共性技術(shù)，加大在資金、人才方面的投入，從“制氫、儲氫、加氫、燃料電池系統(tǒng)和應(yīng)用”全產(chǎn)業(yè)鏈的角度，加快形成產(chǎn)業(yè)集群效應(yīng)，充分發(fā)揮自身優(yōu)勢，構(gòu)建石化企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)型的新路徑。

10.19599/j.issn.1008-892x.2022.02.009