氢能和燃料电池产业爆发前夜,如何突破瓶颈?

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氢能和燃料电池技术正加速改变着世界能源格局。

“全球能源转型、汽车转型共同聚焦于低碳化、绿色化,氢能是实现这两大领域转型的重要支撑。”中国电动汽车百人会副理事长兼秘书长张永伟15日在2020氢能产业发展创新峰会上表示,“当前全球主要汽车公司基本上都制定了发展燃料电池汽车的时间表和路线图。越来越多的国家把氢能作为更重要的未来替代性能源,制定氢能源、氢产业、氢经济、氢社会发展的时间表和路线图。我们离氢的全面应用越来越近。”

百人会副理事长兼秘书长张永伟

随着氢能的安全使用问题及燃料电池的技术和成本瓶颈已逐步取得突破,氢能产业发展开始进入示范运营阶段,并开展商业化探索。此次与会的专家学者一致认为,发展氢能和燃料电池产业是我国应对能源安全、实现可持续发展的必要途径和重要历史机遇。

氢能发展迎来大好时机

在政府的系列产业政策支持下,我国氢能产业正在进入快速发展期。

2019年3月,氢能源首次写入《政府工作报告》,明确将推动加氢等设施建设。

2020年4月,国家能源局发布《中华人民共和国能源法(征求意见稿)》,氢能被列入能源范畴。

6月,氢能先后被写入《2020年国民经济和社会发展计划》、《2020年能源工作指导意见》。

9月,财政部、工信部、科技部等五部委联合发布《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》,目标利用4年时间,打造国内氢能产业链,让整个产业链趋于完整,将燃料电池汽车购置补贴政策调整为燃料电池汽车示范应用支持政策,以形成布局合理、各有侧重、协同推进的燃料电池汽车发展新模式。

10月,国务院常务会议通过了《新能源汽车产业发展规划》,明确指出要加强充换电、加氢等基础设施建设,加快形成快充为主的高速公路和城乡公共充电网络。完善氢燃料电池汽车的能源补给基础设施建设,促进氢燃料电池汽车发展。

由此可见,政策正在为氢能和燃料电池产业的加速发展带来强力支撑。

国家电投集团氢能科技发展有限公司总经理张银广

国家电投集团氢能科技发展有限公司总经理张银广预测,我国氢能产业发展拐点将出现在2025年,2025-2035年将成为国内氢能产业的高速发展期,2035年之后将会进入规模化应用的阶段。

今年9月22日,中国在第七十五届联合国大会提出,将提高应对气候变化国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳(CO2)排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。在工信部原部长、中国工业经济联合会会长李毅中看来,发展氢能要置于实现2030年前CO2排量达峰和2060年碳中和的大目标之中,响应《巴黎协定》我国政府的承诺目标。

工信部原部长、中国工业经济联合会会长李毅中

“能源的供应侧中可再生能源不能低于80%,能源的需求侧电动化率不低于80%,才有可能实现2060年碳中和的目标。”北京清华工业开发研究院副院长朱德权表示,2025年,可再生能源生产成本将全面低于化石能源,具有经济性。生产侧的经济性和需求侧的经济性也决定了氢能源汽车进入了可持续发展阶段,也就是进入了高速增长的时刻。”

北京清华工业开发研究院副院长朱德权

百人会常务副秘书长刘小诗在发布《中国氢能产业发展报告2020》时预判,从长期愿景来看,到2050年,预计氢能会占终端能源消费比例达10%,氢燃料电池汽车保有量3000万辆,氢气需求量6000万吨,进入氢能社会。

百人会常务副秘书长刘小诗

“绿氢”方向,合理布局

在氢能产业链中,制氢是源头。李毅中在会上提出,“灰氢不可取、蓝氢方可用、废氢可回收、绿氢是方向”,落实氢源首先要有一个合理务实的规划设计和标准,明确方向,防止盲目。

氢能受到了全球主要国家的重视,多数发达国家都发布了氢能愿景和发展规划。我国相关省市、企业和机构也积极行动,纷纷出台发展氢能的方案,提出的远景各有特色。但是,“对氢源研究还不够,难以形成全国性的整体概念”,李毅中呼吁需要调研编制规划指导,抓试点示范,不要一下子铺开。” 他透露,五部委已经在制定这项规划。

他建议,相关部门组织、调研,根据氢气的不同应用场景和市场需求,从能源总体规划的视角提出阶段性布局和工艺路线的指导意见,并制定标准规范。此外,还应抓紧进行二氧化碳捕集、封存和利用的产业化研发。这是灰氢变成蓝氢、由不可取变成可取的关键,这个难题没有解决之前,不宜新建化石能源制氢工厂。 

发展“绿氢”,降成本是关键。刘小诗指出,氢能作为一种二次能源,是推动传统化石能源清洁高效利用和支撑可再生能源大规模发展的理想媒介,我国现在传统能源结构亟待调整。长期来看,要走零碳、低碳的绿氢路线,经济性有待于进一步提升,关键在于降低电费,也就是用电成本。

在当前技术条件下,电费降到3毛钱每千瓦时,电解水的制氢成本能够降到每公斤20元以下。这样电解水之情的经济性有望提升。储运环节也存在较大降本空间,国内的液氢的生产及运输实现民用化后,储运成本将大幅下降。未来随着可再生能源电价进一步下降,制氢、规模化液氢储运等技术成熟,氢气到站价格会大幅度下降。我国再生能源氢气比较丰富,将来“绿氢”具备成本优势。

构建自主产业链

我国的能源特点是富煤、贫油、少气,每年需要大量进口石油和天然气,为实现低碳减排,提高能源安全,需大力发展可再生能源,利用风能、太阳能和水力发电,选择氢做能源载体,电解水制氢,消除可再生能源发展的天花板,为实现2030年碳排放达峰值,2060年实现碳中和保驾护航。

中国工程院士衣宝廉建议,发展沿海地区海上风电,电解水制氢,用输氢管线将所制氢气运输到加氢站供燃料电池汽车加氢用,同时建氢液化工厂,将液化氢作为能源商品应用,氢供应能力的发展会促进燃料电池,特别是燃料电池车的快速增长。

对燃料电池,首先要建立关键材料与部件的自主产业链,国内优秀的研究结果很多,但很少进行放大工艺研究,制出的样片也很少在电堆中使用和装车运行,因此要建立产品开发联盟,电催化剂、电堆关键零部件等由研发单位一起进行开发、考核及批量生产,只有通过装车运行的材料,才是可信的,才能提高市场占有率,代替进口。另外,在联合攻关时,指标要以国际最先进的产品为目标。

电堆是燃料电池的核心部件,其组装工艺是决定电堆一致性的关键,衣宝廉建议,要创新性的改进电堆组装工艺,大幅度提高电堆中单电池电压的一致性,制定关键材料与部件的国家标准,成立第三方的中立的检测机构,对关键材料与部件、电堆、电池系统和整车进行检测、验证,确保结果的可信性与可靠性。

“氢能产业正处于大规模爆发前夜,十四五时期成为产业链构建关键时期。”张银广表示,“我们和国外的差距在于技术和装备的成熟度,下一步,应通过示范城市群,构建商业模式,让自主技术和装备快速成熟起来。”

优化政策环境

我国氢能产业虽然热度很高,但仍存在很多发展瓶颈,张银广呼吁国家在政策层面去破除制约,增加政策引导。

“氢气管理还是按照化工危险品来管理,同时相关审批没有固定的机构,一定程度上制约了产业发展。”张银广建议“从环保角度、解除能源安全角度政府能给产业长期的引导政策,而不是示范期和示范城市来推广,但是政府推动的应用规模终归是有限的,氢能产业应当探索出商业化模式,从而快速发展。”

张银广判断,2020-2025年是氢能产业进步期,国内氢能发展相关技术、产品逐步成熟,产业链趋于完整,氢能应用场景以重型运输车和物流车为主,主要方向为氢能交通。在加氢基础设施建设上,希望国家能全面规划供给网络,而不是分散式由企业来牵头建设。“大西北廉价氢能如何运输,希望国家出台战略规划。与此同时,通过社会化资本,从较长的生命周期来考虑,构建大的应用场景,让产业具备商业化能力,是我们正在探索的路径。”当生产成本、购买成本下降到一定程度,多个氢能应用场景的市场空间将会梯次打开。 

刘小诗在百人会《中国氢能产业发展报告2020》中也对产业政策提出了建言:一是针对氢能标准体系不完善的现象,建立健全氢安全基础研究体系,二是针对各地发展氢能经济的规划同质化现象,鼓励基础好的地区加速建立示范运营区,鼓励模式创新,探索多能互补模式,因地制宜,避免低水平重复建设。三是针对产业链薄弱环节给予政策激励。如加大基础设施建设,出台和落实电解水制氢的电价优惠措施等。四是把握电动汽车与氢燃料电池车错位互补原则,进行有效资源配置,防止顾此失彼。

从氢的产、储、运、加、用等全产业链出发,依托地方政府、企业、科研院所、平台等多主体,逐步打造“基础设施配套完善,运营模式成熟、创新成果丰富、资金保障充足、示范效果明显、生态效应显著”的氢能产业商业生态圈。

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