氫能：下一個(gè)風(fēng)口

2018-03-06 05:07:44楊國(guó)豐

中國(guó)石油石化 2018年2期

○ 文／楊國(guó)豐

我國(guó)氫能行業(yè)正向標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展，石油公司具有資源優(yōu)勢(shì)，但加氫站并非是最佳模式。

●●看重氫能巨大的市場(chǎng)前景，國(guó)際石油公司在發(fā)展加氫站方面都有諸多計(jì)劃?！?/p>

2017年12月，由中國(guó)綠色設(shè)計(jì)與制造產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟倡議發(fā)起的“中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”正式成立，中國(guó)節(jié)能協(xié)會(huì)、中國(guó)能源研究會(huì)、神華、國(guó)家電投等18家機(jī)構(gòu)、高校和企業(yè)成為首批響應(yīng)的成員；同時(shí)還以該聯(lián)盟的名義發(fā)布了旨在規(guī)范燃料電池汽車用氫氣品質(zhì)、測(cè)試方法與性能的《質(zhì)子交換膜燃料電池汽車用燃料氫氣》標(biāo)準(zhǔn)，也是我國(guó)首個(gè)氫燃料電池相關(guān)的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)；另外，在中國(guó)石化和中國(guó)石油的積極推動(dòng)下，國(guó)內(nèi)加氫加油站合建取得重大進(jìn)展，廣東成為試點(diǎn)地區(qū)。這些舉措表明，我國(guó)的氫能行業(yè)邁上了一個(gè)新臺(tái)階，正從原來的散兵游勇向標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展。

產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟對(duì)氫能發(fā)展意義重大

聯(lián)盟的組織形式早已被全球企業(yè)界認(rèn)可并廣泛采用，相關(guān)實(shí)例也表明其對(duì)于促進(jìn)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、促進(jìn)完整產(chǎn)業(yè)鏈的形成和提高行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力有積極作用，此次的中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟將從三個(gè)方面促進(jìn)我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

一是通過統(tǒng)籌政府、高校和企業(yè)在氫能產(chǎn)業(yè)鏈中的作用，加快我國(guó)氫能技術(shù)的創(chuàng)新與研發(fā)。與其他行業(yè)一樣，政府、企業(yè)和高校在整個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中扮演著不同的角色：政府扮演著引導(dǎo)者的角色，通過一系列的政策和規(guī)范來影響產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)和方向；以高校為代表的科研機(jī)構(gòu)則是理論與技術(shù)研發(fā)的主力，借助不斷的理論與技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)產(chǎn)業(yè)向更新的高度和廣度發(fā)展；其他企業(yè)則是技術(shù)推廣和價(jià)值創(chuàng)造者，通過將具體技術(shù)與市場(chǎng)結(jié)合來將產(chǎn)業(yè)形式具體化，并通過培育消費(fèi)群體來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)價(jià)值。在一個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中，理順以上三者間的關(guān)系使其能夠各司其職，才能有利于整個(gè)產(chǎn)業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展，而產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟恰好可以扮演這樣的角色，能有效的將國(guó)家戰(zhàn)略、創(chuàng)新動(dòng)力和市場(chǎng)需求結(jié)合起來。

二是通過制定與國(guó)際接軌的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，引導(dǎo)我國(guó)氫能行業(yè)健康發(fā)展，促進(jìn)我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)走出去。中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟在成立伊始便發(fā)布了《質(zhì)子交換膜燃料電池汽車用燃料氫氣》標(biāo)準(zhǔn)，而且在該標(biāo)準(zhǔn)的制定過程中始終與國(guó)際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)保持同步，對(duì)提高我國(guó)燃料電池用氫氣品質(zhì)具有重要的指導(dǎo)和規(guī)范意義。這從一個(gè)側(cè)面反映出，雖然我國(guó)在氫能相關(guān)技術(shù)在起步上晚于日韓等國(guó)，但我國(guó)的氫能行業(yè)從一開始就是以國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)為參照，以國(guó)際市場(chǎng)為目標(biāo)的，省去了不必要的試錯(cuò)和競(jìng)爭(zhēng)，有利于整個(gè)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，同時(shí)也對(duì)未來我國(guó)氫能技術(shù)和產(chǎn)品的走出去意義重大。

三是以“抱團(tuán)取暖”的方式培育我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力和拳頭產(chǎn)品。相對(duì)于日本、韓國(guó)和德國(guó)等在氫能領(lǐng)域擁有技術(shù)和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)的國(guó)家而言，我國(guó)的氫能行業(yè)還處于起步階段，在行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力與核心產(chǎn)品方面尚無法參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，通過這種產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的形式可以將一些擁有特色技術(shù)的中小企業(yè)結(jié)合在一起，既能避免市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中可能出現(xiàn)的門檻尷尬，又能聚少成多，形成合力，提升我國(guó)企業(yè)在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力，有助于更快的形成具有我國(guó)行業(yè)特色的氫能產(chǎn)品。

2.5萬億美元市場(chǎng)

2017年11月，國(guó)際氫能委員會(huì)發(fā)布一份題為《氫能發(fā)展藍(lán)圖：全球能源轉(zhuǎn)型的可持續(xù)發(fā)展之路》的報(bào)告，這是全球首份關(guān)于氫能發(fā)展趨勢(shì)的研究報(bào)告。該報(bào)告認(rèn)為，氫能在未來全球能源革命中的作用主要體現(xiàn)在七大方面，即促進(jìn)大范圍可再生能源的一體化利用和發(fā)電、跨領(lǐng)域和跨地區(qū)的分布式能源利用、提高能源系統(tǒng)的可靠性、促進(jìn)交通運(yùn)輸領(lǐng)域去碳化、提高工業(yè)能源使用效率、減少生活供暖和電力消費(fèi)的碳排放、作為化工行業(yè)的原料等；同時(shí)作為未來能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的重要方式和終極目標(biāo)，氫能行業(yè)在2050年之前有望在制氫和燃料電池領(lǐng)域創(chuàng)造出一個(gè)價(jià)值2.5萬億美元的市場(chǎng)，按照目前該領(lǐng)域每100萬美元?jiǎng)?chuàng)造12個(gè)就業(yè)崗位的水平估算，屆時(shí)將創(chuàng)造約3000萬個(gè)直接和間接就業(yè)崗位。

根據(jù)國(guó)際氫能委員會(huì)的預(yù)計(jì)，到2050年全球的氫能消費(fèi)需求量將由目前的約8萬億英熱單位（大約相當(dāng)于13.6億桶石油）增至78萬億英熱單位（約合132.6億桶石油），交通運(yùn)輸、工業(yè)原料和工業(yè)用能源是未來氫能需求最大的三個(gè)領(lǐng)域，約占2050年全球氫能需求總量的3/4。在交通運(yùn)輸領(lǐng)域，氫能主要是以燃料電池的形式用在汽車上。根據(jù)國(guó)際氫能委員會(huì)的預(yù)測(cè)，德國(guó)、日本、韓國(guó)和美國(guó)的加利福尼亞州將是未來氫燃料電池汽車發(fā)展的核心地區(qū)，到2030年，這些地區(qū)平均12輛汽車中就有1輛是氫燃料電池汽車，全球氫燃料電池汽車保有量將達(dá)到1000萬～1500萬輛，其中有50萬輛為卡車，同時(shí)氫燃料電池火車和輪船將開始出現(xiàn)；到2050年，全球以氫燃料電池作為動(dòng)力的乘用車將達(dá)到4億輛，卡車將達(dá)到500萬輛，公交車將超過1500萬輛，氫燃料電池汽車在汽車保有總量中的占比將達(dá)到20%以上，同時(shí)氫燃料電池火車將替代約20%的內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力火車，屆時(shí)有約2000萬桶/日的石油消費(fèi)被氫能替代。在工業(yè)用能源領(lǐng)域，歐洲、北美和日本將是氫能的主要發(fā)展地區(qū)，到2030年，這些地區(qū)1/10的鋼鐵和化工廠將完全使用氫能，到2050年，氫能在全球工業(yè)用能源中的占比將達(dá)到12%。在工業(yè)原料領(lǐng)域，冶金還原劑和化工原料是氫消費(fèi)的主力，預(yù)計(jì)到2030年煉鋼用氫氣消費(fèi)量將達(dá)到約10萬噸，將有約1000萬～1500萬噸的甲醇及其衍生品，如烯烴和芳烴是用更清潔的氫和碳生產(chǎn)的，同時(shí)其他化工和精煉領(lǐng)域也將開始嘗試以氫作為原料；到2050年，全球?qū)⒂屑s10%的粗鋼是利用氫還原生產(chǎn)的，約30%的甲醇和乙醇衍生品是利用氫和碳生產(chǎn)的。另外，作為二次能源，氫比電具有更高的轉(zhuǎn)化效率，因此氫制備和利用技術(shù)的進(jìn)步有助于解決風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電的間歇性問題，對(duì)可再生能源的發(fā)展有積極意義。據(jù)國(guó)際氫能委員會(huì)估算，氫能領(lǐng)域要到達(dá)以上的發(fā)展目標(biāo)，在2030年之前需累計(jì)投入超過2800億美元，年均需投入200億～250億美元，同時(shí)需要各國(guó)政府給予長(zhǎng)期、穩(wěn)定的政策激勵(lì)，相當(dāng)于目前全球能源領(lǐng)域投資的1.5%左右，對(duì)于投資者而言意味著不小的商機(jī)。

阻礙氫能發(fā)展的是成本

與天然氣和汽油相比，氫氣具有易擴(kuò)散、易著火、易受熱輻射影響、會(huì)使金屬變脆以及需要更高的保存壓力等特點(diǎn)，因此一直以來氫能的安全性一直受到較多質(zhì)疑，但日本和德國(guó)的應(yīng)用于推廣實(shí)踐表明，只要按照相關(guān)的規(guī)范去做，氫能的安全性并不遜色于天然氣和汽油。

日本在2005年制定了全球首個(gè)燃料電池汽車的安全標(biāo)準(zhǔn)：《以壓縮氫氣作為燃料的燃料電池汽車相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)》，涵蓋了發(fā)生沖撞時(shí)的氫安全對(duì)策、發(fā)生沖撞時(shí)防止氫氣泄漏的方法和高壓電的相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)。總體目標(biāo)是確保氫燃料電池汽車內(nèi)的氫氣不外泄，即使外泄也不滯留，若有泄漏則應(yīng)及時(shí)檢查并隔絕氫氣。在此標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，日本還以燃料電池汽車相關(guān)的道路運(yùn)輸法和氫氣罐相關(guān)的高壓氣體安全保障法為基礎(chǔ)，規(guī)定了一系列燃料電池汽車安全的相關(guān)措施。目前，日本每年的氫燃料電池汽車的產(chǎn)量在3000～4000輛，尚未出現(xiàn)因氫氣泄漏導(dǎo)致的安全事故。在加氫站建設(shè)方面，日本政府以防泄漏、防滯留、防起火和降低火災(zāi)時(shí)的影響為出發(fā)點(diǎn)，參考加氫站設(shè)備的特點(diǎn)，為其量身打造了《高壓氣安全保障法》、《消防法》以及《建筑基準(zhǔn)法》等一系列法規(guī)和規(guī)范。目前日本國(guó)內(nèi)有約80座加氫站，并未出現(xiàn)任何安全事故。日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)和日本氫氣供應(yīng)和利用技術(shù)研究協(xié)會(huì)曾在2016年進(jìn)行過關(guān)于氫能、燃料電池汽車意見及看法的問卷調(diào)查。結(jié)果顯示，日本消費(fèi)者普遍了解氫氣的特性并認(rèn)同其是一種清潔能源，有約70%的受訪者認(rèn)為只要正確使用，氫能能和其他能源一樣發(fā)揮作用，有超過20%的人認(rèn)為氫能比汽油等能源危險(xiǎn)，有約30%的人對(duì)自己住宅以及工作場(chǎng)所附近建加氫站持反對(duì)意見。由此可見日本國(guó)內(nèi)對(duì)于氫能的接受程度比較高。德國(guó)也曾在2009年——2013年做過類似的調(diào)查，結(jié)果顯示大部分受訪者支持氫燃料電池汽車的發(fā)展并對(duì)其安全性抱有信心，對(duì)建加氫站的支持者也超過反對(duì)者。國(guó)內(nèi)也有學(xué)者對(duì)氫燃料電池汽車與內(nèi)燃機(jī)汽車的安全性進(jìn)行過對(duì)比研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，按照相關(guān)規(guī)范生產(chǎn)的燃料電池汽車的安全性完全可以與內(nèi)燃機(jī)汽車相媲美。因此，安全性并不是阻礙氫能利用和發(fā)展的根本問題。

目前，氫能的推廣利用需要解決的根本問題在于成本。因?yàn)闅淠軐儆诙文茉矗渲苽溥^程的總體成本高于其它一次能源和鋰電池。而且氫的運(yùn)輸、儲(chǔ)存和分銷環(huán)節(jié)的安全要求較特殊，也導(dǎo)致其中間環(huán)節(jié)的成本較高，如僅將氫氣壓縮至70Mpa所需成本便是其制造成本的10～15%。以電動(dòng)汽車領(lǐng)域?yàn)槔?，雖然根據(jù)豐田公司的數(shù)據(jù)，其燃料電池組的成本在2015年已經(jīng)降至2008年時(shí)的1/20，電池也實(shí)現(xiàn)了小型化和輕量化，重量從100多公斤降至約50公斤，能量密度也提高了將近一倍，但其生產(chǎn)的氫燃料電池汽車的整車成本仍然是同級(jí)別鋰電池汽車的兩倍左右。氫能的其它應(yīng)用領(lǐng)域也面臨類似的成本問題，因此要推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展急需解決成本問題，當(dāng)然還要在安全的前提下實(shí)現(xiàn)。

國(guó)際油公司進(jìn)軍氫能業(yè)務(wù)

由于近年來油價(jià)一直維持在相對(duì)較低的水平，而且《巴黎協(xié)定》簽署之后，人們和各國(guó)政府對(duì)于環(huán)保的訴求也更加強(qiáng)烈，石油公司再次開始向多元化能源公司轉(zhuǎn)型，進(jìn)軍可再生能源和氫能領(lǐng)域便是其實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)多元化的途徑之一。2017年1月，道達(dá)爾和殼牌與法國(guó)液空集團(tuán)、阿爾斯通、英美資源公司、寶馬集團(tuán)、戴姆勒集團(tuán)、ENGIE、本田汽車、現(xiàn)代汽車、川崎重工、林德集團(tuán)和豐田汽車等公司倡議成立了國(guó)際氫能委員會(huì)，計(jì)劃未來每年投資14億歐元發(fā)展氫能業(yè)務(wù)，以推動(dòng)氫能源的使用，促進(jìn)全球能源轉(zhuǎn)型。截至2017年底，道達(dá)爾在德國(guó)已經(jīng)建成了20座加氫站，計(jì)劃到2020年將其在歐洲的加氫站數(shù)量增至100座；同時(shí)海域?qū)汃R公司等在加氫技術(shù)方面開展合作。殼牌在氫能方面的布局比道達(dá)爾更全面和超前一些，其2016年便與川崎重工簽署聯(lián)合研發(fā)液氫運(yùn)輸船的協(xié)議，2017年初與豐田合作，計(jì)劃在美國(guó)加利福尼亞州建7座加氫站，并在2024年增至100座。BP則在全球范圍內(nèi)參與了多個(gè)氫能示范項(xiàng)目，包括與戴姆勒和福特公司聯(lián)合研發(fā)更先進(jìn)的燃料電池技術(shù)，投資350萬美元在北京中關(guān)村建成了中國(guó)第一座加氫站，與通用公司聯(lián)合開發(fā)和建設(shè)氫電廠。目前來看，石油公司在發(fā)展氫能業(yè)務(wù)時(shí)有兩大特點(diǎn)，即注重在終端消費(fèi)市場(chǎng)的布局和注重聯(lián)合研發(fā)，這是我國(guó)公司在開展相關(guān)業(yè)務(wù)時(shí)可以借鑒的。

氫能的安全性是有保障的，包括日本研制的首艘氫電燃料電池自主型無人潛人艇，安全同樣沒問題?！瘛?/p>

石油公司發(fā)展氫能有資源優(yōu)勢(shì)

我國(guó)是工業(yè)用氫的生產(chǎn)與消費(fèi)大國(guó)，2016年的氫消費(fèi)量超過2000萬噸，其中一半用做化工原料，另外40%用于生產(chǎn)化肥，在燃料氫領(lǐng)域的應(yīng)用還很少，而后者，尤其是其中的氫燃料電池恰恰是推動(dòng)未來氫能利用的主要領(lǐng)域。而我國(guó)的石油公司在發(fā)展氫能業(yè)務(wù)上具有資源和成本方面的優(yōu)勢(shì)，但在具體終端應(yīng)用技術(shù)上需要加強(qiáng)與相關(guān)企業(yè)的合作。一方面，目前制備氫氣的方法包括電解水、煤制氫、天然氣制氫、石油制氫、液氨裂解和甲醇裂解等幾種，其中利用油氣制氫的成本僅略高于煤，是電解水制氫成本的1/3到1/4。石油企業(yè)是油氣資源的上游生產(chǎn)者，本身?yè)碛匈Y源，具備以相對(duì)較低成本生產(chǎn)氫氣的資源。另一方面我國(guó)的資源生產(chǎn)與消費(fèi)區(qū)分離，受人口和地表環(huán)境影響，油氣管道網(wǎng)絡(luò)難以達(dá)到美國(guó)那樣的覆蓋程度，相對(duì)于LNG設(shè)備，油氣制氫設(shè)備要靈活得多，而且運(yùn)輸和再利用也比LNG方便，同時(shí)氫氣與油氣一樣，同樣可以燃燒功能供熱，油公司可以嘗試在特別偏遠(yuǎn)的油氣區(qū)就地開展制氫業(yè)務(wù)，以二次能源的形式輸出。