“碳”索大宗之能源002:氢能为何这么“火”
来源:卓创资讯 赵渤文    发布时间:2024-03-27

【导语】氢能,作为清洁绿色的能源载体以及绿色低碳的工业原料,既是一种重要的能源、工业、生活能源及原料,同时也是跨越能源、工业、交通、生活等各领域减碳过程中重要的抓手和着力点,在未来的能源体系和材料体系中扮演着重要的“载体”、“补充”和“润滑剂”。

从国内来看,《2024年政府工作报告》中,针对氢能提出了:“积极培育新兴产业和未来产业、加快前沿新兴氢能、新材料、创新药等产业发展”;《2024年能源工作指导意见》进一步提出要:“深入探索火电掺烧氢”、“有序推进氢能技术创新与产业发展,稳步开展氢能试点示范,重点发展可再生能源制氢,拓展氢能应用场景”,同时在推进中阿清洁能源合作中也提到了“加强在氢能领域的务实合作”。国外来看,一方面多国制定了氢能发展战略,另一方面紧锣密鼓的通过财政支持等手段快速布局氢能产业。结合国内外认知变化和政策调整来看,氢能“火”自然有其道理。

一、国际视角:更加宏伟的目标和更宽的发展路径

氢能,已经在较长时间内被多个国家所关注和发展。尤其是近几年,在全球政经环境变化较大的背景下,各国对于能源的认知正在改变,应对能源供需变化的紧迫感也在加强,许多国家和地区在氢能方面也陆续调整了氢能发展战略,提高了氢能发展目标、扩展了氢能发展路径。具体的动作可以参考日本、美国以及欧洲的部分调整。

首先是日本,作为氢能应用的老牌国家,日本经济产业省在2017年发布了全球首个氢能国家战略——《氢能基本战略》,提出了建设氢能社会的宏伟目标。2023年6月,日本经济产业省正式发布《氢能基本战略》(修订版),在维持近期氢能发展目标基础上,大幅提高了中长期目标,由之前的500万-1000万吨调整为2040年的1200万吨(含氨)和2050年的2000万吨(含氨),并积极开拓海外市场,谋划构建全球性氢能市场。

美国,先是在2020年10月,发布《氢能源计划》,提出本土远期氢能需求将达4100万吨;随后在2021年6月发布的氢能计划中提出十年内将清洁氢成本降至1美元/公斤的目标;近年来看,2023年6月,美国能源部正式发布《美国国家清洁氢能战略和路线图》,分别提出了近、中、远期氢能发展目标,即2030年、2040年、2050年清洁氢需求将分别达到1000万吨、2000万吨和5000万吨,工业、交通、电力、合成燃料等具体领域目标也有所提及。

最后是欧洲,2024年2月20日,德国经济部表示,德国将在2027-2036年间拨出高达35.3亿欧元(约合274亿元人民币)的公共资金来采购绿色氢及其衍生品。德国正在寻求扩大对氢作为未来能源的依赖,以减少钢铁和化工等无法电气化的高污染工业部门的温室气体排放,并减少对进口化石燃料的依赖。随后的2月26日有相关能源组织表示,欧盟委员会已拨款3.7亿欧元(约28.9亿元人民币),用于在意大利普利亚地区建立绿色氢谷。该项目计划引进260兆瓦的太阳能光伏发电能力和160兆瓦的电解能力,旨在为包括炼钢工艺在内的各种工业用途生产绿色氢气。欧盟正在快速布局对氢能的推广和使用。同时,欧盟的氢谷计划中,氢气来源是太阳能发电-电解水制氢,走的是当前各国普遍选择的氢电耦合路线;而氢能的应用场景,主要选择了用于工业生产,作为清洁高效的工业原料进行推广。

总体来看,氢能的发展已经在各国的能源体系中占据重要比例,对氢能的“生产-储存-运输-使用”全产业链条的布局也在紧锣密鼓的展开。在国际局势的变化中,保证自身的能源安全不出问题,或将是未来较长时间内各国在能源端要考虑的重要命题,而氢能(尤其是绿氢)将成为重要的保障手段之一。

二、国内视角:能源安全与减碳并存的重要抓手

2022年3月23日,发改委、能源局发布的《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》,对氢能的战略地位做了重要定位:“氢能是未来国家能源体系的重要组成部分”、“氢能是用能终端实现绿色低碳转型的重要载体”、“氢能产业是战略性新兴产业和未来产业重点发展方向”。

从我国近年来的政策规划中可以看出,在能源方面,“安全”和“转型”是两条并行不悖、齐头并进、相辅相成的发展脉络-——资源禀赋决定了“贫油少气”,作为长板的“富煤”无法满足全场景的能源需求且太“重”、太“高碳”,因此由化石能源转向绿色能源的原因和目的,除了减碳以外,也是保证安全的重要方式。

在能源转型的过程中,氢能扮演着重要的“替代”和“载体”的角色。

首先是替代,正如《2024年能源工作指导意见》提出的:“深入探索火电掺烧氢”,实则就是一项对氢能替代煤炭和天然气的重要尝试。

其次是载体,在我国的规划中,未来的能源体系以电力为主,而电力又以可再生能源发电为主(见图2),为了弥补在新型能源体系中可再生能源发电“不连续”、“不稳定的”的弊端,电解水制氢成为了一项重要的可选项。也正是这一选项,让大型风光基地的电力得以更好的消纳,也让能源和电力供需地区不平衡的问题得到解决。

其次是工业领域,这也是氢能应用前景最广阔的领域。可以应用的领域如钢铁(氢能炼钢)、石化化工(绿氢原料替代)、建材(玻璃等燃料替代)。

目前,各个行业都有所尝试。如炼化行业中,2023年6月30日,中国石化宣布,新疆库车绿氢示范项目顺利产氢,标志着我国首次实现万吨级绿氢炼化项目全产业链贯通。该项目制氢规模达到每年2万吨,是我国首个万吨级光伏绿氢示范项目。2024年3月,中国石油第一个规模化可再生能源制氢项目制氢装置在玉门油田投产,所制氢气纯度达99.99%,通过输氢管道、管式槽车等送至中国石油玉门油田炼化总厂等企业,实现从生产到利用的全流程贯通。再如钢铁领域中,2023年5月,我国河钢公司宣布其120万吨氢冶金示范工程实现安全顺利连续生产绿色DRI产品,氢碳比达到8:1以上,是目前含氢比例最高的气基竖炉直接还原工艺。

综上可以看到,国内视角下,氢能在能源端和工业端同时扮演着重要的角色,也担负着重要任务。结合今年的能源发展方向,氢能自然成为市场所关注的重点之一。

三、其他领域的氢能减碳:补不足而盈有余

除了能源和工业,市场中氢能的身影还有很多。需要把握一条重要的概念是“Power to X”:电力多元化转换(Power-to-X) 指的是用可再生能源电力生产低碳气体或液体燃料。Power-to-X是新能源与化工工艺路线耦合的最佳路径,而氢,就是转换到“X”之前重要的纽带和中间产品。

如2023年被人津津乐道的杭州亚运会绿色甲醇主火炬,其实就是利用焦炉气中的氢气,与从工业尾气中捕集的二氧化碳合成绿色低碳甲醇,每年可生产11万吨甲醇,直接减排二氧化碳16万吨,实现了二氧化碳的资源化利用。

再如绿氨,也是由绿氢生产的重要能源和工业原料:2024年2月,由中国船舶集团有限公司旗下上海船舶研究设计院自主研发设计的1400TEU无舱盖集装箱船,日前获得来自比利时船东CMB.TECH的订单,该船以氨作为动力,船上配备氨燃料发动机、氨燃料储罐、供给系统和加注系统。

由此来看,氢能的应用场景已经十分丰富,且仍然在不断拓展的过程中。虽然未来的能源体系以电为主,但氢能也是必不可少的“载体”、“补充”和“润滑剂”。

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