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电解水制氢产业链日渐打通氢能利用降本可期

■ 卢雯 《 中国能源报 》( 2021年01月04日   第 10 版)

 

 

  “二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”,这一减碳目标甫一发布,就迅速化身能源领域的一道“动员令”。能源电力系统的清洁、低碳发展的大方向愈发明晰,氢能作为可以衔接能源生产消费低碳化、电力系统灵活性调节、绿色交通等多个领域的“桥梁”,如何对其进行高效、经济开发及利用,无疑是实现减碳目标的“必答题”。

 

  “绿氢”经济性有望提升

 

  根据氢气制备消耗的能源形式不同,业内普遍将氢能分为“绿氢”“蓝氢”“灰氢”,但“蓝氢”“灰氢”本身仍需消耗化石能源,碳排放的问题难以得到经济、有效的解决;“绿氢”利用可再生能源电力电解水产生氢气,在三类制氢路线中最为理想,但受制于电价,现阶段成本仍高于其他两者。

 

  有业内专家直言,可再生能源制氢的经济性如何,仍需具体问题具体分析,不能一概而论。“西部地区在研究用富余的风、光发电制氢,但这种'弃电制氢'的模式目前缺乏大规模推广应用的现实条件。”该专家指出,“弃风、弃光、弃水反映出电力难以消纳,用这些电制备出的氢气,其实同样受制于消纳,即氢的生产地和消费地逆向分布的问题。如果离城市、氢能项目距离足够近,运输成本可以接受,富余可再生能源制氢的模式是可以实现的。”

 

  作为我国唯一一家水电解制氢技术研究的国家级科研院所,中国船舶集团有限公司第七一八研究所(以下简称“中船七一八所”)是国内最大的水电解制氢设备研发和生产基地,水电解制氢设备在国内市场占有率达到60%以上。中船七一八所一位工程师指出,随着可再生能源制氢成为新发展趋势,目前经济性较好的碱性水电解制氢技术正逐步向大容量发展,伴随可再生能源电价进一步降低,可再生能源电解水制取的氢气成本也有望下降。

 

  “根据测算,当电价低至0.3元/千瓦时,电解水制氢成本可低至1.5-2.0元/立方米。基本与其他技术路线相当,且工艺过程简单,无污染排放。”该工程师进一步指出:“随着可再生能源发电成本不断降低,碳排放的要求和成本越来越高,可再生能源电解水制氢成本将逐步低于传统化石燃料制氢。在氢能经济发展的中后期阶段,可再生能源制氢将成为氢能的主要来源。”

 

  氢能产业链初步构建

 

  有分析指出,未来氢能源产业链下游储运等环节一旦取得突破,氢能应用的成本会进一步降低,氢能领域全产业链市场将出现大幅增长。作为目前电解水制氢技术领域的“龙头”,中船七一八所也逐渐将业务领域从制氢向加氢站、车载氢系统、工业尾气提氢设备等领域延伸。

 

  一位业内专家表示,与国际先进水平相比,我国氢能产业链整体的技术水平仍存在一定差距,而外资企业正在通过收购、兼并及业务分拆等方式开始涉足国内氢能领域。在此背景下,各大央企、国企、上市公司等积极布局氢能产业,从资本、技术等层面共同开展氢能产业链构建。

 

  据统计,截至目前,国内已有30多个省、市、自治区等出台了明确的氢能产业发展规划和指导意见,给予氢能产业相关政策鼓励和引导。尤其在一些重点地区,例如广东、山西等10个省份已将发展氢能写入政府工作报告,山东、河北、浙江等省份陆续发布本地氢能产业发展规划。仅2020年上半年,重庆、天津、宁夏、山东、吉林白城、广东佛山、河北张家口、内蒙古乌海等地就各自制定了氢能产业规划。

 

  据了解,目前我国氢能产业已初步形成“东西南北中”五大发展区域。从燃料电池电堆、重要零部件及整车研发,到燃料电池车大规模示范和加氢网络规划,再到探索可再生能源制氢,全国多个省份、地区根据自身资源、市场等优势确定了各自的主攻方向。

 

  氢能多元利用市场前景广阔

 

  由于能源生产、消费结构的限制,氢能的利用面临很多现实挑战。除了燃料电池汽车,氢能在消费利用方面还有哪些发展空间?

 

  “现在一些地区要求新建可再生能源项目要搭配储能,氢能也有望成为解决这一问题的可选方案。”中船七一八所相关负责人指出,“制备氢气、氢气发电这两个过程结合,可以把氢作为一种储能形式,和新能源发电作为一个整体去保证电源出力曲线相对平稳。随着技术的改造升级,我们现在的制氢设备本身也可以适应电力波动,新能源出力水平的不稳定不会对设备运行造成障碍。”

 

  此外,该负责人指出,未来天然气掺氢将在氢能利用中占据很大的市场空间。

 

  他表示,在工业生产领域,如果仅仅依靠部分化工厂、医药厂来消费氢气,局限较大,企业分布范围有限,而且又涉及和风电、光伏发电等“绿氢”产地之间距离的问题。如果能将氢气掺入天然气管道一起输送,将给氢能消费利用带来极大想象空间。“目前国际上已经可以做到在天然气管道中掺入20%的氢,在此比例下天然气的各种输送、利用设施不需要做任何的调整和更换。如果天然气掺氢可以得到推广应用,不仅能对氢能消费形成巨大拉动,也能相应为降低化石能源消耗、清洁低碳发展提供助力。”

 

  该负责人也坦言,目前我国在天然气掺氢方面已经展开了一些探索,但在相关的标准制定、技术规范方面,还处在起草阶段,仍未最终落地。“在这些标准规范落地之前,这一路线还只能停留在示范工程阶段,暂不具备大面积推广的条件。但是其市场前景十分广阔,也应该成为未来政策、规划努力的一个方向。”


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