“綠氫”制備需突破三大瓶頸

／工業(yè)和信息化部賽迪研究院 崔志廣 李歡 趙衛(wèi)東 ／

“綠氫”將是解決可再生能源轉型中大規(guī)模、長周期能源存儲與多元化終端利用的主要方式之一?！熬G氫”是推動全球能源結構轉型，應對氣候變化的重要能源載體，具有實現二氧化碳深度減排氣候目標的潛力。

氫能作為一種綠色低碳、來源豐富、應用廣泛的二次能源，在全球低碳發(fā)展背景下，正逐步成為能源轉型的重要載體。我國已將氫能列為未來能源體系的重要組成部分，視為戰(zhàn)略性新興產業(yè)和未來產業(yè)重點發(fā)展方向。目前我國氫氣年產量約3300萬噸，主要為化石能源制氫，制備過程碳排放量大，利用風能、太陽能等可再生能源電解制氫的“綠氫”1僅約占1%。為促進能源轉型以及工業(yè)、交通、建筑等領域深度脫碳，實現碳達峰碳中和目標，亟待發(fā)展“綠氫”產業(yè)，破解“綠氫”制備成本高、產用氫空間分布不匹配、裝備規(guī)?；笃款i。

一、發(fā)展“綠氫”的意義

（一）“綠氫”是實現能源轉型的主要載體

氫氣具有可儲存、能量密度大、使用過程零污染、零碳排的特點，是可再生能源的主要載體之一，兼有動力和儲能的性能，同時作為無碳工業(yè)原料，具有不可替代性。“綠氫”將是解決可再生能源轉型中大規(guī)模、長周期能源存儲與多元化終端利用的主要方式之一。“綠氫”是推動全球能源結構轉型，應對氣候變化的重要能源載體，具有實現二氧化碳深度減排氣候目標的潛力。

（二）“綠氫”是工業(yè)深度脫碳的重要支撐

工業(yè)是產生碳排放的主要領域，鋼鐵、水泥、合成氨、乙烯等工業(yè)因生產工藝消耗化石能源、原料特性，難以直接應用可再生能源或電氣化技術進行深度脫碳?！熬G氫”可以作為原料或燃料，取代以化石原料、燃料為基礎的生產工藝，促進重點行業(yè)深度脫碳。

（三）“綠氫”是交通建筑領域脫碳的重要選擇

交通運輸和建筑領域目前以化石能源消費為主，“綠氫”可以作為交通運輸和建筑供熱領域深度脫碳的方式，在需要高能源密度電池（如重型商用車），氫燃料電池比普通電池更具競爭優(yōu)勢。同時在天然氣中摻加綠色低碳氫，有助于家庭燃氣具以及供熱領域深度脫碳。

二、“綠氫”制備面臨的三大瓶頸

（一）瓶頸一——成本高

“綠氫”制備成本主要分為設備成本、能源成本等，其中設備折舊成本約占總成本的40%~50%。一是制氫關鍵設備成本高，比如目前適用于可再生能源的質子交換膜生產工藝，由于質子交換膜和鉑電極催化劑等關鍵組件成本較高，導致PEM電解槽制造成本較高。二是制氫設備利用率低，采用光伏、風能等可再生能源發(fā)電制取氫氣，受可再生能源發(fā)電時間短影響，制氫設備電解槽等利用率低，增加了設備折舊成本占比，間接增加了制氫成本。三是可再生能源發(fā)電時間占比小，可再生能源發(fā)電受自然條件限制，發(fā)電波動性大。比如2021年全國光伏發(fā)電利用小時數為1163小時，利用小時最高的內蒙古為1558小時，利用率為17.78%。全國風力發(fā)電利用小時數為2246小時，利用小時數為2836小時，利用率為32.37%。在不考慮電解設備檢修的情況下，直接利用光伏發(fā)電電解水制氫設備利用率不到1/5，直接風力發(fā)電電解水制氫設備的利用率最高也不到1/3。

（二）瓶頸二——空間分布不匹配

一是可再生能源與用能產業(yè)存在空間錯位，我國光伏、光熱、風電等再生能源集中在太陽能光照充裕的西北、東北等地區(qū)，而高耗能、高碳排且難以脫碳的鋼鐵、煤化工、水泥等工業(yè)以及氫燃料電池汽車交通工具，大多集中在東中部經濟發(fā)達地區(qū)，與可再生能源制氫空間分布上存在不均衡。二是可再生能源與水資源存在空間錯位，可再生能源電解水制氫原材料為水，我國水資源分布南方多、北方少，在西北、東北等可再生能源豐富的地區(qū)水資源相對缺乏。三是長距離輸送能源效率低、能耗損失大，在清潔能源逐漸占主導地位的情況下，靠特高壓和輸氣管道來輸電輸氣，工程浩大，而且時間緊張，容量不夠。

（三）瓶頸三——裝備規(guī)模化有待突破

氫能尚處于產業(yè)化初級階段，產業(yè)化仍存在諸多瓶頸，規(guī)?；形葱纬伞Ｒ皇请娊獠鄄粷M足大規(guī)模工業(yè)化需求。我國電解水制氫項目當前最大的電解功率為2.5兆瓦，產能僅約1.12噸氫氣／天，相較德國、日本等國家存在一定差距，不足以滿足工業(yè)領域的大規(guī)模用氫需求。二是實現規(guī)?；瘧藐P鍵設備還有待提升。日均生產10噸以上的氫液化技術及裝備，DN50以上液氫閥門、膨脹機、液氫泵等關鍵設備制造等還未能國產化。三是適應可再生能源波動性的技術裝備還有待完善，如風電制氫系統(tǒng)中抗風電大范圍擾動的電解槽設計技術尚處于研發(fā)階段。

三、促進“綠氫”發(fā)展的建議

（一）政府層面加大培育支持力度

一是研究制定支持可再生能源制氫的政策傾斜與激勵，降低可再生能源制氫的能源成本。二是結合清潔能源開發(fā)情況調整優(yōu)化產業(yè)布局，推動高耗能、高排放產業(yè)向西北、東北地區(qū)規(guī)?；?、有序化轉移，結合氫能在“源端”和“荷端”的發(fā)展路徑，引導各地走差異化發(fā)展道路。三是聚焦制氫關鍵核心技術，通過揭榜掛帥、首臺套重大技術裝備、稅收優(yōu)惠等方式促進從基礎研究、關鍵技術攻關、應用示范到產業(yè)化轉化的創(chuàng)新能力提升。

（二）行業(yè)層面多途徑促進制氫用氫協(xié)同發(fā)展

一是加快可再生能源電力制氫設計規(guī)范等“綠氫”制備標準制定，促進行業(yè)規(guī)范化發(fā)展。二是建設一批各具特色、優(yōu)勢互補的氫能產業(yè)集群，因地制宜地探索不同“綠氫”制備技術路線、儲運技術路線、應用場景有機結合的可行性。三是強化科技創(chuàng)新與產業(yè)化銜接，推動“綠氫”成本快速下降。四是儲備研發(fā)光解水和生物質氣化制氫等技術路線，促進我國“綠氫”核心技術全面、自主的持續(xù)發(fā)展，力爭“綠氫”技術成為繼光伏、風電之后的全球領先行業(yè)。

（三）企業(yè)層面多途徑降低可再生能源制氫成本

一是研發(fā)混合可再生能源互補系統(tǒng)，延長可再生能源供電時間，提高電解設備利用率。二是充分利用電解水制氫的副產品氧氣，促進產業(yè)上下游協(xié)同，提高項目整體經濟性。三是加大大型電解槽的研發(fā)應用，開發(fā)可替代材料及催化劑，減少電解槽關鍵材料以及貴金屬催化劑的使用。四是積極開展產業(yè)化示范，促進制氫規(guī)?；l(fā)展，帶動制氫成本下降。