“雙碳”目標(biāo)下氫能發(fā)展體系構(gòu)建和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新布局展望

何鈺江, 劉會(huì)燈, 王皓宇, 周 倩, 張施令, 黃 偉, 任仲也, 羅穎冰, 方斯頓

(1. 國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司市區(qū)供電分公司,重慶 400015; 2. 國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司,重慶 400015; 3. 重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院,重慶 400044)

1 引言

全球工業(yè)的加速導(dǎo)致化石燃料消耗與碳排放增加,目前以風(fēng)能、太陽(yáng)能為代表的可再生能源應(yīng)用前景廣闊,但因其隨機(jī)波動(dòng)性強(qiáng)以及地處偏遠(yuǎn)地區(qū)等因素,使得潔凈、高效便捷的能源載體研究成為可再生能源利用的關(guān)鍵。

氫具有較強(qiáng)的化學(xué)活性,可作為較好的清潔能源載體,氫能為氫氣中所具有的能量,能適應(yīng)各類場(chǎng)景下的貯運(yùn)要求[1]。氫能在中國(guó)交通、工業(yè)、能源等領(lǐng)域具有著不錯(cuò)的應(yīng)用前景,其作為再生能源載體的良好補(bǔ)充,可以滿足幾乎所有能源的需求[2]。2016年,國(guó)家發(fā)改委將清潔氫能制備與應(yīng)用科技創(chuàng)新列為重點(diǎn)工作計(jì)劃[3],將典型氫能為代表的新能源汽車作為載體,發(fā)掘能源交通-清潔能源融合發(fā)展模式。在工業(yè)制造領(lǐng)域,我國(guó)煉鋼、石油化工、水泥等產(chǎn)品已達(dá)到世界領(lǐng)先水平,氫氣作為工業(yè)制備過(guò)程中的副產(chǎn)品可就地實(shí)現(xiàn)燃料消納。未來(lái),隨著節(jié)能減排力度加大,氫能與電力系統(tǒng)、能源交通、工業(yè)領(lǐng)域的聯(lián)系將更為緊密。據(jù)專業(yè)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè),至2030年中國(guó)對(duì)氫能需求缺口總量達(dá)到3 500×104t。到2050年,氫能將在中國(guó)能源比例中達(dá)到10%,達(dá)到6 000×104t,減少二氧化碳排放量為7×108t[4]。

目前,全球格外重視氫能發(fā)展[5],一些發(fā)達(dá)國(guó)家已將其上升至國(guó)家戰(zhàn)略層次,持續(xù)增加氫儲(chǔ)能、碳捕獲封存等清潔能源科技的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化扶持力度。截至2021年,全球共有30多個(gè)國(guó)家確定了其氫能發(fā)展路線[6],為此提供了大量的氫能發(fā)展資金。2020年11月,美國(guó)能源部發(fā)布的《氫能計(jì)劃發(fā)展規(guī)劃》[7]確定了研究先進(jìn)的氫能轉(zhuǎn)化技術(shù)用于攻破研發(fā)與市場(chǎng)壁壘,達(dá)到技術(shù)落地應(yīng)用的目的。歐盟根深蒂固的環(huán)保意識(shí)推進(jìn)了其氫能產(chǎn)業(yè)的布局,其氫燃料電池專項(xiàng)計(jì)劃在2014～2020年間投入了約6.65億歐元[8]。在2020年,歐盟發(fā)布的《歐洲工業(yè)戰(zhàn)略》確定多元化布局和建立氫能產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟,推進(jìn)清潔燃料制備平臺(tái)建設(shè)[9]。

我國(guó)在氫能研究上雖起步較晚,但近年來(lái)逐漸重視并開(kāi)始布局氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展,不斷加大對(duì)氫能關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和市場(chǎng)化應(yīng)用的激勵(lì),部分地區(qū)也開(kāi)始鼓勵(lì)發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)。2019年,氫能首次寫入《政府工作報(bào)告》,氫能領(lǐng)域迎來(lái)發(fā)展良機(jī)。2020年6月,氫能發(fā)展先后被列入了《2020年國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展計(jì)劃》、《2020年能源工作指導(dǎo)意見(jiàn)》。到2050年,氫能逐步成為一種新型產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。由此可見(jiàn),“碳達(dá)峰”、“碳中和”的目標(biāo)將推進(jìn)能源結(jié)構(gòu)變革和新能源高速發(fā)展,傳統(tǒng)非化石能源占比將不斷減少,清潔能源的發(fā)展與應(yīng)用將顯著提升。但目前仍面臨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過(guò)少、制備成本較高以及規(guī)范技術(shù)不足等問(wèn)題。①目前氫能的制備和存儲(chǔ)、運(yùn)輸成本過(guò)高,導(dǎo)致氫能終端成本居高不下,市場(chǎng)化范圍難以擴(kuò)展。另外,輸氫管道等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和維護(hù)往往需要長(zhǎng)期且昂貴的投入,使得氫能產(chǎn)業(yè)技術(shù)的廣泛應(yīng)用得到限制。②氫需要較高的安全性保障。氫氣的爆炸性很強(qiáng),在其生產(chǎn)和儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)中,常面臨著易燃爆炸和泄露的風(fēng)險(xiǎn)。③目前傳統(tǒng)化石燃料尚未枯竭,工業(yè)制備仍以石油、煤炭為主導(dǎo),使得氫能所占市場(chǎng)份額較少,且缺乏商業(yè)驅(qū)動(dòng)力和配套的政策法規(guī),限制了研發(fā)技術(shù)的發(fā)展。

因此,研究安全可靠的氫能生產(chǎn)、運(yùn)輸及利用技術(shù),可一定程度上替代傳統(tǒng)化石能源枯竭導(dǎo)致的能源緊張問(wèn)題,合理利用氫能可實(shí)現(xiàn)整個(gè)能源工業(yè)系統(tǒng)的深度脫碳,從源頭、媒介和利用多渠道減少碳參與,最大限度碳減排,有力推進(jìn)雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

2 氫能

2.1 氫能概述

氫氣具有較強(qiáng)的化學(xué)活性,質(zhì)量較輕,易與氧結(jié)合生成無(wú)污染的水分子,是一種清潔能源和良好的能源載體,具有儲(chǔ)存富足、清潔低碳、能效高等優(yōu)勢(shì)。氫在地球地殼元素豐度中排名第九,約占0.76%,如圖1所示。在地球上,氫含量豐富,大量存在于水、石油、天然氣等物質(zhì)中,資源儲(chǔ)備充足,開(kāi)發(fā)前景明朗。

圖1 地殼元素豐度排行

氫的單位能量質(zhì)量密度約為汽油、柴油、天然氣的2.7倍[10],通過(guò)不同的狀態(tài)存在,可以匹配不同場(chǎng)景下的儲(chǔ)運(yùn)需求。氫能主要通過(guò)電解水或化石燃料分解等方法來(lái)制取,不會(huì)產(chǎn)生CO2、SO2、噪音、煙塵等污染物。氫能優(yōu)勢(shì)和主要用途為[11]:①豐富、清潔、高效的二次能源。②理想、高兼容的能源互聯(lián)媒介。③多元化應(yīng)用的儲(chǔ)能介質(zhì)。④廣闊與低碳的節(jié)能用途。

2.2 重慶自然資源稟賦

重慶位于長(zhǎng)江與嘉陵江的交匯處,自然資源稟賦獨(dú)特,擁有富厚的水能、天然氣以及煤礦資源,背靠資源富集的大西南地區(qū),詳細(xì)情況如下:

(1)水能資源。重慶水流眾多,有長(zhǎng)江、蓉江、烏江、芙酋水、嘉陵江等水流,其中長(zhǎng)江干流區(qū)水源最為豐富,重慶水資源量多年均值為567.8億m3,多年平均入境水量為3 837億m3,出境水量為4 386億m3,理論年發(fā)電量2 011.67億kW·h[12]。

(2)風(fēng)能資源。重慶屬于風(fēng)能資源IV類地區(qū),風(fēng)能資源總儲(chǔ)量約為2 360萬(wàn)kW,主要集中在渝東北和渝東南高山地區(qū)。重慶年平均風(fēng)速1.6 m/s,風(fēng)儲(chǔ)量為2 250萬(wàn)kW,全市風(fēng)能資源主要集中在巫溪、奉節(jié)、南川等地區(qū),占境內(nèi)面積的7%[13]。

(3)太陽(yáng)能資源。重慶地勢(shì)山高,陽(yáng)光充足,為太陽(yáng)能資源第IV等級(jí)地區(qū),年平均日照小時(shí)數(shù)約為1 100 h,年均總輻射量3 200～3 900 MJ/m2[14]。渝東南、渝東北局部山區(qū)日照,適宜發(fā)展光伏項(xiàng)目。

(4)煤炭資源。重慶煤炭資源的消耗量逐年上升。在中遠(yuǎn)期全市電力負(fù)荷和用電量較快增長(zhǎng)的情況下,重慶自建燃煤電廠電煤保障存在較大問(wèn)題,中遠(yuǎn)期只能通過(guò)新增外電送入的方式滿足重慶增長(zhǎng)的電力負(fù)荷需求[15],因此發(fā)展本土新能源為滿足日益增長(zhǎng)的電力負(fù)荷需求提供了有效的解決方式。

(5)天然氣(頁(yè)巖氣)資源。重慶天然氣儲(chǔ)備充足,已探明儲(chǔ)量約為6 355億m3,可采儲(chǔ)量3 858億m3,剩余可采儲(chǔ)量2 473億m3。頁(yè)巖氣資源較豐富,分布面積廣,預(yù)計(jì)可采資源量達(dá)2萬(wàn)m3,位列全國(guó)第3[16]。

綜合來(lái)說(shuō),重慶自然資源稟賦為氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了有利的先天條件,尤其是水能資源、風(fēng)能資源、太陽(yáng)能資源這類可再生資源的大量分布為重慶氫能發(fā)展體系構(gòu)建和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新布局提供了有利支撐,為推進(jìn)重慶雙碳目標(biāo)發(fā)展提供了主要力量。

2.3 應(yīng)用前景

在重慶建立與發(fā)展完善的氫能供應(yīng)鏈具有長(zhǎng)期應(yīng)用遠(yuǎn)景。圍繞新能源基地建設(shè)制氫廠和氫能電廠,將風(fēng)光氫打捆上網(wǎng),既能解決新能源波動(dòng)性大的問(wèn)題,又能解決新能源消納問(wèn)題。合理利用重慶的水運(yùn)條件,電力傳輸和水運(yùn)傳輸并重,可以延遲電力線路投資,并且可以協(xié)助水運(yùn)交通系統(tǒng)脫碳,對(duì)重慶實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)更有利。

3 氫能發(fā)展與應(yīng)用

3.1 發(fā)展難點(diǎn)

隨著氫能戰(zhàn)略的發(fā)展,氫能的發(fā)展與應(yīng)用在國(guó)內(nèi)難免遇到阻礙,主要總結(jié)如下:

(1)商業(yè)驅(qū)動(dòng)力不足。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)燃料電池制備原材料多為進(jìn)口,成本高、氫能技術(shù)鏈條尚存較大缺口、核心技術(shù)亟待突破成為阻礙氫能源發(fā)展的主要原因。其次,由于技術(shù)產(chǎn)品及商業(yè)模式的考核驗(yàn)證不足、標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)滯后,同樣阻礙著我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此亟待進(jìn)一步加強(qiáng)科技創(chuàng)新與測(cè)試評(píng)價(jià)及商業(yè)化驗(yàn)證結(jié)合,抓緊完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)環(huán)境,增加氫能產(chǎn)業(yè)補(bǔ)貼。

(2)配套政策法規(guī)不完善。我國(guó)氫能發(fā)展處于初期,配套政策法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)不足。從公共政策角度看,中國(guó)在發(fā)展氫能的決策方面可能存在兩個(gè)問(wèn)題:一是當(dāng)前氫能發(fā)展未達(dá)到國(guó)家戰(zhàn)略高度,尚未在國(guó)家層面制定具體的氫能戰(zhàn)略;二是政策研究和制訂較晚,在有關(guān)氫能發(fā)展的政策體系中,現(xiàn)有政策的層級(jí)較低,技術(shù)性較強(qiáng),系統(tǒng)性偏弱,相關(guān)政策內(nèi)容散落在涉及能源、新能源汽車等多個(gè)領(lǐng)域的政策法規(guī)中,存在技術(shù)路線、目標(biāo)、任務(wù)、措施等不明確或關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)的問(wèn)題。進(jìn)入本世紀(jì)以來(lái),從2002年至2020年11月,世界上多個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家都制定了國(guó)家層面的氫能發(fā)展戰(zhàn)略,而中國(guó)的氫能戰(zhàn)略發(fā)展較晚。在政策驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展特色很濃的中國(guó),氫能戰(zhàn)略上的滯后,必然影響政策體系的研究和推進(jìn)。因此,對(duì)于目前面臨巨大能源挑戰(zhàn)的中國(guó)來(lái)說(shuō),大力發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)、構(gòu)建氫能社會(huì)就更為重要。

(3)缺乏關(guān)鍵技術(shù)。以工業(yè)法生產(chǎn)氫氣,其能量轉(zhuǎn)換效率往往不高,且常伴隨著其他副產(chǎn)物,易造成污染,導(dǎo)致效率和安全性均未得到保證。

(4)使用成本高、基礎(chǔ)設(shè)施不完善。中國(guó)氫能經(jīng)濟(jì)成本偏高,前期收益較低,且基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)相對(duì)薄弱。中國(guó)終端氫燃料成本范圍大概為6.8～7.9 $/kg,而使用階段占總成本的70%以上[17]。為此,持續(xù)降低氫能成本、加大補(bǔ)貼力度是推進(jìn)其長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的前提。在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面,常受關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備生產(chǎn)水平限制。截至2020年底,中國(guó)投入的加氫站僅占全球的12.5%左右,日加氫量約200 kg,難以滿足市場(chǎng)化運(yùn)營(yíng)的需求。

(5)資源和需求的地理差異。中國(guó)中西部地區(qū)的可再生資源儲(chǔ)量豐富,是主要的能源供應(yīng)區(qū)域,而主要能源消費(fèi)區(qū)域則分布在華中、沿海地區(qū),導(dǎo)致了能源供應(yīng)區(qū)域和能源消費(fèi)區(qū)域之間的地域空間偏移,造成氫能運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)困難,儲(chǔ)運(yùn)成本增大,給中國(guó)氫能市場(chǎng)開(kāi)拓增加了困難。

3.2 氫能生產(chǎn)

氫氣生產(chǎn)位于產(chǎn)業(yè)鏈的頭部,其生產(chǎn)技術(shù)和產(chǎn)量直接影響著產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)和生產(chǎn)成本。目前,全球制氫原料以天然氣為代表的化石資源為主,電解水次之,雖然化石原料價(jià)格低廉,產(chǎn)量較高,但仍存在環(huán)境污染等問(wèn)題,全球與中國(guó)的制氫結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀見(jiàn)表1[18]。中國(guó)制氫原料仍以煤炭為主,占比約62%,展現(xiàn)了中國(guó)“富煤少油氣”的特性。

表1 制氫結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

電解水制氫技術(shù)[19]與新能源具有較好的耦合關(guān)系,是未來(lái)發(fā)展“綠氫”制備的主要基石。其制備過(guò)程方便且對(duì)環(huán)境無(wú)污染,該過(guò)程的另一個(gè)副產(chǎn)品是氧氣,目前在衛(wèi)生部門的各種用途中溢價(jià)出售,未來(lái)可以進(jìn)一步用于不斷增長(zhǎng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè),以滿足養(yǎng)魚(yú)場(chǎng)和廢水處理廠的氧氣運(yùn)轉(zhuǎn)需求。電解液體系綜合對(duì)比特點(diǎn)見(jiàn)表2[20]。

表2 電解法制氫特點(diǎn)對(duì)比

目前水電解制氫主要采用堿性電解氫方式(Alkaline Electrolysers, AE),將堿性水溶液作為電解質(zhì),其能量效率可達(dá)52%～82%,且具備完整的工業(yè)生產(chǎn)鏈,其工藝過(guò)程也已進(jìn)入成熟工業(yè)化應(yīng)用階段。

目前,質(zhì)子交換膜電解技術(shù)(Proton Exchange Membrane Electrolyzer, PEME)因其效率高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力強(qiáng)、設(shè)備集成度高等優(yōu)勢(shì)已成為發(fā)展重點(diǎn)。氫氣通過(guò)質(zhì)子交換膜電解可產(chǎn)生高達(dá)35 bar產(chǎn)量,經(jīng)干燥或脫氧,即可接近燃料電池所需的99.9%純度需求,電-氫能量轉(zhuǎn)換效率在74%～87%之間,但仍存在著設(shè)備成本高、設(shè)備壽命低等問(wèn)題。未來(lái),隨著關(guān)鍵技術(shù)的突破和預(yù)期的成本降低,PEME電解法將迅速成為主流的電解技術(shù)[21,22]。

固體氧化物電解水法以固體氧化物為電解質(zhì),通過(guò)高溫提高制氫過(guò)程的電化學(xué)性能,電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)85%以上,但目前技術(shù)不夠成熟,應(yīng)用較少。

3.3 氫能存儲(chǔ)與運(yùn)輸

在非加壓氣體狀態(tài)下,氫能夠保持相對(duì)較低的體積密度(kg/m3)。因此,常通過(guò)特定的存儲(chǔ)技術(shù)在更小的容量成本下增加氫的體積密度以提高儲(chǔ)存的經(jīng)濟(jì)性,且便于完成從生產(chǎn)點(diǎn)運(yùn)輸?shù)绞褂命c(diǎn)的這一過(guò)程。氫能儲(chǔ)運(yùn)方式主要為氣、液、固三類,具體總結(jié)如下。

(1)氣態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)?？煞譃榈蛪汉透邏簹鈶B(tài)儲(chǔ)氫。低壓氣態(tài)儲(chǔ)氫無(wú)需進(jìn)行額外的壓縮氫氣,僅用于相對(duì)空間較少且氣體密度要求低的固定存儲(chǔ)情況,導(dǎo)致氣體能量密度低。目前高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫為主流技術(shù),將氫氣以高密度形態(tài)進(jìn)行壓縮存儲(chǔ),具備單位體積密度高的優(yōu)勢(shì),但對(duì)高壓存儲(chǔ)罐材料要求較高[23]。未來(lái),高壓儲(chǔ)氫將向著更高壓化、大容積化、專用化的特性發(fā)展。

(2)液態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)。該技術(shù)主要有低溫液態(tài)和有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫兩類。前者通過(guò)壓縮氫氣并將其液化存儲(chǔ),相對(duì)于氣態(tài)儲(chǔ)氫,其單位體積密度更高,提高了約845倍,適用于體積有限的應(yīng)用場(chǎng)景,例如氫能船和火箭[24]。后者則采用有機(jī)化合物轉(zhuǎn)化技術(shù),可通過(guò)催化加氫反應(yīng)將少氫有機(jī)化合物轉(zhuǎn)化成多氫有機(jī)化合物,并將氫氣儲(chǔ)存起來(lái)[25]。常用不飽和液體有機(jī)物包括環(huán)己烷、甲基環(huán)己烷等[26],具備常溫條件穩(wěn)定存儲(chǔ)、存儲(chǔ)體積密度高等優(yōu)點(diǎn)。

(3)固態(tài)儲(chǔ)氫。通過(guò)固體材料將氫吸附存儲(chǔ),其體積密度約為氣態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)的1 000倍[27],但該方式對(duì)儲(chǔ)氫固體材料的要求較高。各類方法對(duì)比分析見(jiàn)表3。氫氣運(yùn)輸方式綜合對(duì)比見(jiàn)表4[18]。

表3 不同儲(chǔ)氫方法特點(diǎn)對(duì)比

表4 運(yùn)輸方式對(duì)比

其中,管道輸氫運(yùn)輸效率較高,適用于遠(yuǎn)距離運(yùn)輸,對(duì)新能源制氫輸氫較為友好,但易隨著工作壓力增加和化學(xué)反應(yīng)易造成管道脆化等問(wèn)題,易發(fā)生管道破裂造成氣體泄露,引發(fā)安全事故,因此需采用更堅(jiān)韌耐壓的管道材料。液氫槽車和拖車輸氫更加便捷靈活,前者適用于中遠(yuǎn)距離運(yùn)輸,后者則應(yīng)用于短距離、小規(guī)模運(yùn)輸。

3.4 氫能應(yīng)用

氫能在電力系統(tǒng)中主要以氫燃料電池的形式體現(xiàn),該電池工作時(shí)不產(chǎn)生明火,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)作穩(wěn)定、噪聲低,常作為供能載體和備用能源用于電力網(wǎng)絡(luò)、能源交通、電氣化建筑、社區(qū)、工業(yè)制造等領(lǐng)域。

(1)電力系統(tǒng)領(lǐng)域。微型燃料電池?zé)犭娐?lián)供裝置可將天然氣或城市燃?xì)庵卣茪?能量轉(zhuǎn)換效率可達(dá)40%以上,并且副產(chǎn)的熱能也可重新利用,熱利用效率也達(dá)到40%以上。該方式的優(yōu)勢(shì)在于可小規(guī)模分布式應(yīng)用,在滿足城市分區(qū)電力和熱能供應(yīng)[28]的同時(shí),能夠隨時(shí)結(jié)合新能源這類分布式、隨機(jī)性較強(qiáng)的系統(tǒng)互補(bǔ)消納使用。另外,副產(chǎn)氫氣用于燃料電池的循環(huán)發(fā)電具有較高的環(huán)保性能,在城市微網(wǎng)系統(tǒng)中具有較好的應(yīng)用前景。

(2)交通領(lǐng)域。氫燃料電池在交通領(lǐng)域應(yīng)用較多,氫燃料電池可以將氫反應(yīng)所產(chǎn)生的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能,在全球已開(kāi)始得到一定規(guī)模的商業(yè)化應(yīng)用。氫能可直接作為燃料用于全氫發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),也可作為摻雜與傳統(tǒng)燃油一起燃燒。與傳統(tǒng)燃油車相比,氫能汽車更具碳排放少、冷啟動(dòng)性能好、能量轉(zhuǎn)換效率高、熱量損失小等優(yōu)勢(shì);與純電汽車相比,能量加注更快、續(xù)航更持久。然而,氫能在船舶航運(yùn)中更適用于短航程場(chǎng)景,目前高壓氣瓶為船用氫燃料電池的載體,該方式儲(chǔ)氫密度低,若用于長(zhǎng)航程的遠(yuǎn)洋場(chǎng)景,則需配備大量的氣瓶集裝箱。因此,在交通領(lǐng)域仍存在制造成本昂貴和安全性能缺乏保障、加氫設(shè)施建設(shè)少、儲(chǔ)氫困難等缺點(diǎn)。

(3)工業(yè)應(yīng)用。氫能主要存在于鋼鐵工業(yè)、石油化工等工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景,在冶金過(guò)程、氯堿制備、乙烷裂化、丙烷裂化等過(guò)程中均有氫產(chǎn)生。據(jù)有關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè),在中國(guó)每年可回收的工業(yè)副產(chǎn)氫可達(dá)15億/m3,理論產(chǎn)氫規(guī)模發(fā)電量可達(dá)21億kW·h[29],因此氫在工業(yè)應(yīng)用中的潛力巨大,氫能在工業(yè)中主要應(yīng)用領(lǐng)域如下:

在鋼鐵工業(yè)領(lǐng)域中,氫作為制造過(guò)程的中間產(chǎn)物常就地用于其他燃料的消納。在采用傳統(tǒng)高爐制備鋼鐵過(guò)程中,常采用焦炭、煤或天然氣作為還原劑;在堿性氧氣爐制備鋼鐵中,需去除過(guò)量的一碳以產(chǎn)生品質(zhì)較高的液態(tài)鋼,用氫代替焦炭和天然氣,可以大大降低氣體污染。另外,在焦炭制備、高爐工作和堿性氧氣爐工作期間所產(chǎn)生含氫氣體,經(jīng)回收并分離處理后可得到較為純凈的氫能,用以提供額外的熱能,并減少化石燃料用量。2012年,約68%的鋼鐵制備過(guò)程中循環(huán)使用了副產(chǎn)氫。

在石油化工領(lǐng)域,傳統(tǒng)燃料精煉過(guò)程常伴隨著加氫處理、加氫裂化和脫硫等環(huán)節(jié)。隨著化工行業(yè)的發(fā)展,導(dǎo)致優(yōu)質(zhì)低硫燃料的需求逐年提升,輕質(zhì)低硫燃油的占比份額逐年降低,使得氫能需求持續(xù)增加。此外,在第二代的生物質(zhì)燃料生產(chǎn)中也需要一定程度的加氫處理。

氫能在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)總結(jié)如下:

(1)工業(yè)副產(chǎn)氫量大,在工業(yè)制備過(guò)程中能提供源源不斷的副產(chǎn)氫氣供應(yīng),可提供價(jià)格低廉、來(lái)源豐厚的氫源。

(2)工業(yè)副產(chǎn)氫氣純化利用,可以有效減少終端燃料的制取成本,具有可觀的發(fā)展遠(yuǎn)景。

未來(lái),氫可作為風(fēng)光水的就地消納能源,廣泛用于電力系統(tǒng)、能源交通、現(xiàn)代化工業(yè)等領(lǐng)域,大力推進(jìn)氫能布局,可以加速實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)。

4 重慶氫能發(fā)展路徑

4.1 重慶氫能供應(yīng)鏈分析

重慶自然資源稟賦成為打造氫能綠色全產(chǎn)業(yè)鏈綠色能源優(yōu)勢(shì),完整的氫能供應(yīng)鏈設(shè)計(jì)是重慶新能源長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的必經(jīng)之路。

重慶擁有豐富可再生資源,長(zhǎng)期以來(lái)主要集中在渝東北和渝東南部的工廠使用水力、風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電。雖然重慶最近才開(kāi)始大規(guī)模建設(shè)太陽(yáng)能和風(fēng)力發(fā)電廠,但重慶地理優(yōu)勢(shì)使其具備豐富的太陽(yáng)能潛力和風(fēng)能潛力,特別是巫山、開(kāi)州、城口、黔江等地。

新能源建設(shè)分布于渝東北和渝東南地區(qū),負(fù)荷中心則在重慶市區(qū),集中在渝西。在能源站建設(shè)中,要求采用因地制宜的準(zhǔn)則。不同城市功能組團(tuán)所處地理位置的資源稟賦、負(fù)荷特性均不一樣,從而造成了源端的差異化配置,為源側(cè)的互補(bǔ)提供了可能。因此,重慶東北和東南需要兩種不同的氫能供應(yīng)鏈方式完成對(duì)主負(fù)荷區(qū)的氫能傳輸與供應(yīng),主要方式如下:

(1)港區(qū)綜合能源建設(shè)及電氣化水運(yùn)方式

在重慶東北,以萬(wàn)州港為集散,富集周圍新能源制備氫能,在提供燃料供應(yīng)設(shè)施的港口附近建立氫能供應(yīng)鏈,以水運(yùn)船舶方式運(yùn)輸?shù)缴嫌沃貞c或下游是最經(jīng)濟(jì)可靠的方式,港區(qū)氫能建設(shè)和水運(yùn)路線如圖2所示。

圖2 港區(qū)建設(shè)及水運(yùn)航道路線

主要處理煤炭、石油和其他化石燃料的港口面臨著隨全球經(jīng)濟(jì)脫碳、未來(lái)幾十年需求減少的危機(jī)。港口附近的土地和周圍的水域均有非常好的風(fēng)力發(fā)電潛力和太陽(yáng)能發(fā)電潛力,使其有機(jī)會(huì)通過(guò)多樣化建設(shè)和活動(dòng)來(lái)吸引對(duì)外投資,并從電力燃料基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中獲益。而氫能在制備后常通過(guò)液態(tài)/氣態(tài)罐體運(yùn)輸,以避免難以察覺(jué)的泄漏和減少運(yùn)輸成本,因此加壓制冷和集裝運(yùn)輸環(huán)節(jié)是港口系統(tǒng)最具特色的條件。萬(wàn)州港地處三峽庫(kù)區(qū)的核心地帶,港口工業(yè)區(qū)周圍有大量的土地可用于綠色氫能生產(chǎn)設(shè)施和風(fēng)電、太陽(yáng)能工廠建設(shè),是建立綠色氫能供應(yīng)鏈的理想地點(diǎn)。

以萬(wàn)州港為核心,采用港區(qū)集散-船舶水運(yùn)的方式實(shí)現(xiàn)綠色氫能的制備和轉(zhuǎn)移,一方面萬(wàn)州港優(yōu)越的地理?xiàng)l件可為當(dāng)?shù)卦偕l(fā)電廠建設(shè)和大規(guī)模氫能應(yīng)用提供可持續(xù)創(chuàng)造的需求,通過(guò)加氫船舶將氫能轉(zhuǎn)移至其他港口或者城市,使得該航道線路中的所有地區(qū)均可以從這一途徑中獲益,特別是擁有高負(fù)荷需求的主城區(qū),且相較于陸地運(yùn)輸更加集中、安全、便捷。文獻(xiàn)[30]的案例證明了此觀點(diǎn),通過(guò)對(duì)南美洲北部海岸通往巴拿馬運(yùn)河的國(guó)際航線進(jìn)行規(guī)劃,可以得到一條長(zhǎng)期可靠的零碳船舶航線。在沿線的港口建立起零碳燃料設(shè)施并為過(guò)往的零碳船舶供能,周圍的經(jīng)濟(jì)將受益于當(dāng)?shù)馗劭谏a(chǎn)的零碳燃料,從而吸引對(duì)外投資和增加貿(mào)易量。

另一方面,傳統(tǒng)化石燃料船舶排放的污染氣體對(duì)人類社會(huì)和環(huán)境影響極大,化石燃料燃燒產(chǎn)生的有害排放常以顆粒物體的形式飄散于大氣中造成污染,對(duì)當(dāng)?shù)馗劭诤统鞘挟a(chǎn)生極大的影響。以萬(wàn)州港為中心,富集周圍新能源來(lái)建立港口氫站和燃料加油站,也可作為來(lái)往船只的補(bǔ)給能源站,在船舶柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中加入制備后的氫能,使得集裝式船舶和干散式船舶深度脫碳,可以有效減少化學(xué)燃料需求和溫室氣體排放,同時(shí)為低碳排放船舶提供豐富、可靠的動(dòng)力來(lái)源。港口出口的化石燃料減少,港口基礎(chǔ)設(shè)施將被替換或重新用于電力燃料的制備和運(yùn)輸,來(lái)滿足零碳船只的需求,港口周圍的經(jīng)濟(jì)也將受益于當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的綠色燃料,從而吸引外地投資和貿(mào)易量增加,最終價(jià)值將取決于未來(lái)綠色氫能和可再生發(fā)電技術(shù)的發(fā)展程度,以及氫能應(yīng)用的市場(chǎng)占比,這為港口航運(yùn)業(yè)帶來(lái)了巨大的投資潛力,創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會(huì)和促進(jìn)更廣泛的綠色氫經(jīng)濟(jì)。

(2)風(fēng)光氫能打捆,就地利用方式

在重慶東南,山高林密,且無(wú)水路,宜就地建立制氫站,用以平抑新能源波動(dòng),風(fēng)光氫打捆輸送。通過(guò)結(jié)合當(dāng)?shù)刈匀毁Y源稟賦的優(yōu)勢(shì),在新能源富集的區(qū)域建立可再生發(fā)電廠[31]與綠色氫站是最直接有效的方式。以建設(shè)綜合能源系統(tǒng)的方式,提供當(dāng)?shù)爻掷m(xù)用能需求,充分消納可再生能源,實(shí)現(xiàn)多能源設(shè)備協(xié)調(diào)運(yùn)行,提高能源利用效率。渝東南地理優(yōu)勢(shì)如圖3所示。

圖3 渝東南地理環(huán)境優(yōu)勢(shì)

偏遠(yuǎn)地區(qū)或獨(dú)立的電力系統(tǒng)嚴(yán)重依賴進(jìn)口柴油來(lái)為當(dāng)?shù)氐陌l(fā)電機(jī)組提供電力,將柴油運(yùn)輸至偏遠(yuǎn)地區(qū)的成本逐年增加,且柴油發(fā)電機(jī)碳排放大。另外,隨著渝東南地區(qū)的裝機(jī)容量逐年上升,而新能源供給與負(fù)荷需求間存在差異性,在負(fù)荷谷時(shí)段發(fā)生可再生能源浪費(fèi)的問(wèn)題逐漸增大。借鑒P2G技術(shù)建設(shè)綠色氫站,使其作為新興的消納可再生能源部分,利用電轉(zhuǎn)氫氣技術(shù)將氫能制備與可再生能源技術(shù)相結(jié)合,用于實(shí)現(xiàn)電力網(wǎng)絡(luò)與天然氣網(wǎng)絡(luò)之間的雙向耦合,這使得峰谷多余電能和氫能可以相互轉(zhuǎn)換,便于直接利用氫能或存儲(chǔ)。

發(fā)揮渝東南地區(qū)獨(dú)特的地理?xiàng)l件優(yōu)勢(shì),因地制宜建設(shè)電、氣、熱多能流耦合系統(tǒng),將具備如下優(yōu)勢(shì):

(1)高效且豐富的供能模式:多能流耦合系統(tǒng)能夠解決傳統(tǒng)供能系統(tǒng)互為獨(dú)立、無(wú)法實(shí)現(xiàn)多能協(xié)調(diào)互補(bǔ)的問(wèn)題,同時(shí)可以提高各能源轉(zhuǎn)換效率,滿足多樣化能源需求。

(2)靈活且安全的調(diào)度優(yōu)勢(shì):多能流耦合系統(tǒng)更易于能量調(diào)度策略的集中實(shí)現(xiàn),便于隨時(shí)轉(zhuǎn)化能源,實(shí)時(shí)保證持續(xù)供能需求,減少因能源切換不及時(shí)或者單一系統(tǒng)故障而造成的經(jīng)濟(jì)損失。

(3)清潔且持續(xù)的消納能力:傳統(tǒng)供能系統(tǒng)消納能力較低,而多能流耦合系統(tǒng)包含的可再生能源豐富,可以將這些能源轉(zhuǎn)換為其他多種能源形式,從而保證可持續(xù)的消納能力。

因此,在未來(lái)能源系統(tǒng)面臨的多種挑戰(zhàn)下,有必要進(jìn)一步考慮宜就地建立制氫站,將風(fēng)光氫打捆輸送,實(shí)現(xiàn)氫能的節(jié)能制備與快速應(yīng)用,并與綜合需求響應(yīng)共同參與渝東南地區(qū)的電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度,實(shí)現(xiàn)新能源就地消納。

4.2 重慶氫能發(fā)展路線

重慶氫能發(fā)展的首要目標(biāo)在于充分發(fā)揮各地區(qū)地理環(huán)境優(yōu)勢(shì),因地制宜地挖掘可再生能源與氫能供應(yīng)鏈在“源”側(cè)的互補(bǔ)特性,并通過(guò)能源在當(dāng)?shù)叵M(fèi)側(cè)的協(xié)調(diào)替代和以電網(wǎng)為核心的能源基礎(chǔ)設(shè)施共享,有助于實(shí)現(xiàn)各部分系統(tǒng)的有機(jī)協(xié)調(diào);另一方面,以綜合能源配置優(yōu)化為目標(biāo),通過(guò)在不同城市中心組團(tuán)建設(shè)多類型能源站的協(xié)同配合潛力,實(shí)現(xiàn)各種能源的最優(yōu)化傳遞。在該目標(biāo)基礎(chǔ)上,合理利用重慶的水運(yùn)條件,在電力港口處建立完整的氫能供應(yīng)鏈,使得電力傳輸和水運(yùn)傳輸并重,不僅可以延遲電力線路投資,還可以協(xié)助水運(yùn)交通系統(tǒng)脫碳;在偏遠(yuǎn)山區(qū)圍繞新能源基地建設(shè)制氫廠和氫能電廠,將風(fēng)光氫打捆上網(wǎng),既解決新能源波動(dòng)性問(wèn)題,又解決新能源消納問(wèn)題。對(duì)重慶實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)更有利。重慶主要發(fā)展路線如下:

(1)明確重慶氫能戰(zhàn)略目標(biāo),有序發(fā)布?xì)淠墚a(chǎn)業(yè)政策。首先需重視氫能在雙碳目標(biāo)下的作用,確定氫能地位,將氫能并入綜合能源管理系統(tǒng)。進(jìn)一步統(tǒng)籌和明確氫能發(fā)展的科技企業(yè)和監(jiān)管單位,完善技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn),在重慶地方政府帶領(lǐng)下,企業(yè)攜手并進(jìn)、共同推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。

(2)以核心科技為導(dǎo)向,切實(shí)攻關(guān)重慶氫能產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)。組織成立氫能發(fā)展科技項(xiàng)目,以龍頭企業(yè)沖鋒、中小企業(yè)穩(wěn)步前進(jìn)的發(fā)展模式,推動(dòng)行業(yè)發(fā)展;另外,考慮到國(guó)內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)技術(shù)尚未成熟,建議成立重慶市氫能發(fā)展投資基金,以科技創(chuàng)新催動(dòng)氫能市場(chǎng)繁榮。

(3)逐步推動(dòng)重慶市氫能設(shè)施建設(shè)。充分發(fā)揮重慶現(xiàn)有氫燃料設(shè)施的優(yōu)勢(shì),穩(wěn)步推進(jìn)儲(chǔ)氫輸氫管道、加氫站等設(shè)施建設(shè),加強(qiáng)氫能儲(chǔ)運(yùn)安全。

重慶汽車產(chǎn)業(yè)較為先進(jìn),目前已形成較好的氫燃料電池和核心部件生產(chǎn)能力,加上在渝的國(guó)家級(jí)汽車行業(yè)質(zhì)量檢測(cè)機(jī)構(gòu)成立,已初步完善氫能車測(cè)試服務(wù)。受地勢(shì)影響,重慶大規(guī)模制氫能力有限,應(yīng)發(fā)揮現(xiàn)有汽車產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì),未來(lái)將氫能發(fā)展重點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)移至氫能交通應(yīng)用上,形成一批氫能汽車應(yīng)用場(chǎng)景。主要發(fā)展路徑規(guī)劃如下:

(1)在電源側(cè),隨著成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟(jì)圈的快速發(fā)展和負(fù)荷需求的增加,重慶的電力負(fù)荷將保持較高需求,保供形勢(shì)更加嚴(yán)峻。新型電力系統(tǒng)建設(shè)推高了重慶電網(wǎng)新能源裝機(jī)占比,但可再生資源主要集中在渝東北地區(qū),與負(fù)荷中心逆向分布,新能源發(fā)電強(qiáng)不確定性、弱可控出力特點(diǎn)的影響日益顯著。通過(guò)新能源制氫可實(shí)現(xiàn)新能源的就地消納。

(2)在電網(wǎng)側(cè),面對(duì)重慶電網(wǎng)“雙峰”特征明顯、電網(wǎng)峰谷差大、降溫負(fù)荷占比大、可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源不足的突出問(wèn)題,利用電制氫提高電網(wǎng)柔性。電解水制氫負(fù)荷在50%～100%內(nèi)可調(diào),充分發(fā)揮其運(yùn)行功率可調(diào)節(jié)范圍較大的優(yōu)勢(shì),在提升電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平方面發(fā)揮巨大作用。

(3)在負(fù)荷側(cè),結(jié)合多能耦合技術(shù)和源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)控制技術(shù),提升各類建筑綜合能效,降低建筑物碳排放水平?？紤]氫能與電氣化交通領(lǐng)域相結(jié)合,在渝東北地區(qū),以電氣化船舶為載體,將氫燃料電池打捆上船,在渝東南地區(qū),以氫燃料電池汽車為載體,強(qiáng)力推進(jìn)水陸電氣化運(yùn)輸領(lǐng)域的綠色協(xié)同發(fā)展。未來(lái)可建立加氫站和充電樁的聯(lián)合供能模式,同時(shí)為純電汽車和氫能汽車供電,拓展新興業(yè)務(wù)場(chǎng)景。

未來(lái),隨著氫能產(chǎn)業(yè)鏈中技術(shù)、成本、政策、管理等方面障礙的不斷破除,重慶新能源汽車產(chǎn)業(yè)的整體規(guī)模得以迅速增長(zhǎng),氫能汽車產(chǎn)業(yè)在未來(lái)將逐步釋放高性能、高可靠、低氫耗的潛能。

4.3 制氫成本計(jì)算

本次研究主要以基于光伏和電網(wǎng)的聯(lián)合制氫系統(tǒng)為例,進(jìn)行制氫成本(LCOH2)分析。其受到多種因素的影響,如系統(tǒng)的整體壽命、電價(jià)、系統(tǒng)投資成本和運(yùn)維成本、轉(zhuǎn)換效率等。為了對(duì)重慶市的LCOH2進(jìn)行分析,采用如下的優(yōu)化模型[32]:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

CPV≥0

(6)

CP2H≥0

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

在計(jì)算部分,以式(1)作為目標(biāo)函數(shù),式(2)～式(5)作為目標(biāo)函數(shù)中的相關(guān)變量,式(6)～式(12)作為約束條件,建立使LCOH2費(fèi)用最小的優(yōu)化模型,并利用商業(yè)軟件YALMIP進(jìn)行求解計(jì)算。計(jì)算得到2020年重慶市年汽油和柴油消費(fèi)量見(jiàn)表5、表6。

表5 計(jì)算得重慶市2020年汽油年消費(fèi)量

表6 計(jì)算得重慶市2020年柴油年消費(fèi)量

經(jīng)計(jì)算,在假設(shè)氫能100%替換化石燃料的條件下,年制氫量大約為1.9×108kg,其LCOH2為3 595.240 1元/kg;假設(shè)進(jìn)行50%能源替換時(shí),年制氫量約為9.5×107kg,其LCOH2為1 758.153 8元/kg;假設(shè)進(jìn)行10%能源替換,年制氫量大約為1.9×107kg,其LCOH2為361.072 8元/kg;假設(shè)進(jìn)行1%能源替換,年制氫量大約為1.9×106kg,其LCOH2為44.078 1元/kg?？梢?jiàn)隨著年制氫量的降低,對(duì)于設(shè)備的要求在降低,制氫成本也在降低。

當(dāng)科技進(jìn)步,電轉(zhuǎn)氫效率由原先的83%提升到95%,假設(shè)能夠?qū)崿F(xiàn)100%能源替換時(shí),其LCOH2為2 744.466 4元/kg;假設(shè)進(jìn)行50%能源替換時(shí),其LCOH2為1 372.711 7元/kg;假設(shè)進(jìn)行10%能源替換時(shí),其LCOH2為275.889 6元/kg;就進(jìn)行1%替換而言,其LCOH2為35.455 4元/kg。不同氫氣替換場(chǎng)景下轉(zhuǎn)換效率高相比于轉(zhuǎn)換效率低的制氫成本有大幅下降。

如果在電轉(zhuǎn)氫效率為95%的情況下,考慮PV和P2H的單位投資成本分別由原先的3元/W、20元/W減小為1元/W、10元/W時(shí),假設(shè)進(jìn)行100%能源替換時(shí),其LCOH2為1 372.612 9元/kg;假設(shè)進(jìn)行50%能源替換時(shí),其LCOH2為686.717 4元/kg;假設(shè)進(jìn)行10%能源替換時(shí),其LCOH2為138.587 8元/kg;假設(shè)進(jìn)行1%替換時(shí),其LCOH2為21.618 5元/kg。各場(chǎng)景下制氫成本均有不同程度的下降,圖4展示了以上幾種情況下LCOH2的相關(guān)變化趨勢(shì)。

圖4 不同場(chǎng)景下的LCOH2價(jià)格變化趨勢(shì)

綜上,可得出年制氫量、電轉(zhuǎn)氫效率以及PV和P2H的單位投資成本對(duì)于決定重慶電轉(zhuǎn)氫LCOH2的價(jià)格有著重要作用。

4.4 氫能發(fā)展建議

結(jié)合我國(guó)實(shí)際國(guó)情和氫能發(fā)展情況,提出幾點(diǎn)氫能發(fā)展建議。

(1)從“碳中和”出發(fā)的政府宏觀層面

1)明確氫能地位,確定產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略。在國(guó)家級(jí)層面,制動(dòng)氫能持續(xù)發(fā)展路線,加大氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)研究投入力度,鼓勵(lì)企業(yè)科技自主創(chuàng)新。在省市級(jí)層面,確立氫能主管體系,研究具有重慶特色的氫能發(fā)展路線,明確行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)管體系,鼓勵(lì)地方政府與企業(yè)共同推進(jìn)綠色氫能發(fā)展。

2)發(fā)揮氫能優(yōu)勢(shì),構(gòu)建氫能多元化融合應(yīng)用場(chǎng)景。逐步構(gòu)建在電力系統(tǒng)、能源交通、工業(yè)制備等領(lǐng)域的多元應(yīng)用場(chǎng)景。

3)協(xié)調(diào)產(chǎn)業(yè)合作,推動(dòng)技術(shù)研發(fā)。應(yīng)遵循“需求導(dǎo)向”原則,堅(jiān)持行業(yè)科技自主創(chuàng)新,“自上而下”生產(chǎn)布局,穩(wěn)妥推進(jìn)氫能制備、儲(chǔ)運(yùn)、應(yīng)用各環(huán)節(jié)協(xié)同發(fā)展。

(2)從“綜合能源業(yè)務(wù)”出發(fā)的重慶電力公司層面

首先需確定氫能交通應(yīng)用為重慶未來(lái)氫能產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的核心方向,政府與氫能企業(yè)友好合作,從“綜合能源業(yè)務(wù)”出發(fā),推進(jìn)制氫、儲(chǔ)氫和燃料電池制備等各環(huán)節(jié)發(fā)展,集聚頭部企業(yè),促進(jìn)發(fā)展先進(jìn)產(chǎn)業(yè)集群,增強(qiáng)氫能核心裝備生產(chǎn)能力,推動(dòng)“西部氫谷”的建設(shè),打造立足重慶、服務(wù)全中國(guó)的市場(chǎng)格局。重慶企業(yè)在氫能產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)中的作用如下:

1)在重慶氫能產(chǎn)業(yè)鏈上游,明確可再生能源電解水制備綠氫為正確方向,鼓勵(lì)當(dāng)?shù)仄髽I(yè)自主研發(fā)氫能關(guān)鍵技術(shù),為推動(dòng)萬(wàn)州港區(qū)和渝東南山區(qū)綜合新能源系統(tǒng)建設(shè)提供可靠的制氫技術(shù)支撐,并為氫能船舶、氫能汽車、風(fēng)光氫站等能源系統(tǒng)提供經(jīng)濟(jì)合理、來(lái)源穩(wěn)定的氫能,逐漸降低制備成本。

2)在重慶氫能加注產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié),需穩(wěn)妥推動(dòng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。以重慶電力公司牽頭,圍繞氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),發(fā)揮加氫企業(yè)現(xiàn)有資源優(yōu)勢(shì),建設(shè)長(zhǎng)途沿線加氫站,連線已建的成都加氫站,共建“成渝氫走廊”。

3)在重慶氫能利用方面,高度重視氫能及終端設(shè)備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,使得兩江新區(qū)的氫能企業(yè)協(xié)同互補(bǔ)發(fā)展。最終完成氫能應(yīng)用產(chǎn)業(yè)在氫能供應(yīng)鏈上完成“補(bǔ)鏈成群”,全力推進(jìn)渝東北和渝東南的氫能開(kāi)發(fā)建設(shè)提供經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)建設(shè)。

5 結(jié)論

本論文以重慶氫能源發(fā)展為背景,因地制宜將氫能產(chǎn)業(yè)與港區(qū)綜合能源-交通系統(tǒng)、新能源發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合,充分發(fā)揮各區(qū)域地理環(huán)境優(yōu)勢(shì),實(shí)現(xiàn)多能協(xié)同互補(bǔ)發(fā)展,實(shí)現(xiàn)不同地區(qū)之間的多類型能源站協(xié)同構(gòu)建和考慮供需互動(dòng)的能源網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建,為全國(guó)各地氫能供應(yīng)鏈發(fā)展路徑規(guī)劃及氫電耦合運(yùn)營(yíng)模式提供更具價(jià)值的參考,并對(duì)氫能在政策激勵(lì)、路徑發(fā)展、技術(shù)突破中做出展望。

對(duì)政府而言,需明確重慶多中心組團(tuán)城市能源結(jié)構(gòu),打造各區(qū)功能互補(bǔ)、整體協(xié)同發(fā)展格局。同時(shí)給予制氫行業(yè)相關(guān)補(bǔ)貼;對(duì)電力公司而言,需建立以國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司為主體,組合新能源、化工車企等產(chǎn)業(yè)支柱的綠色發(fā)展路線。