在日前閉幕的SNEC(2020)國(guó)際儲(chǔ)能和氫能及燃料電池工程技術(shù)大會(huì)暨展覽會(huì)上,中國(guó)工程院院士、中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)譚天偉指出,我們目前正處于氫能發(fā)展的風(fēng)口,氫能的平穩(wěn)健康發(fā)展,將在能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、提高可再生能源使用效率、節(jié)能減排方面,發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。
氫能被視為“21世紀(jì)的終極能源”,其開發(fā)與利用已成為新一輪世界能源變革的重要方向,在全球日益受到關(guān)注。其中,被稱作“綠氫”的可再生能源制氫,由于制備過(guò)程實(shí)現(xiàn)了“零碳排放”,符合世界發(fā)展潮流,也得到業(yè)界廣泛的認(rèn)可。通過(guò)技術(shù)研發(fā)促進(jìn)“綠氫”成本的下降,并推動(dòng)全產(chǎn)業(yè)鏈的突破,是全球氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展的共同愿景。
綠色氫能前景廣闊
“目前,氫能已經(jīng)從研究開始進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用階段,”據(jù)譚天偉介紹,氫能發(fā)展已受到全球主要國(guó)家的高度重視,日本、韓國(guó)、歐盟已先后制定了國(guó)家氫能戰(zhàn)略,一方面,對(duì)氫能及燃料電池的研發(fā)給予特別的經(jīng)費(fèi)支持;另一方面,也為氫能的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和燃料電池汽車的商業(yè)化應(yīng)用提供了多種政策支持。
譚天偉指出,我國(guó)一直大力支持氫能發(fā)展,在“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中,就把氫能作為能源科技創(chuàng)新的重要方向,今年,《中華人民共和國(guó)能源法》明確將氫能列入能源體系。在國(guó)家政策引導(dǎo)下,國(guó)內(nèi)多省市加快了氫能產(chǎn)業(yè)布局步伐,截至2019年12月,已有16個(gè)省市,33個(gè)城市發(fā)布了氫能燃料電池產(chǎn)業(yè)相關(guān)規(guī)劃或政策。
“我國(guó)可再生能源電解水制綠氫潛力巨大。”國(guó)家有色金屬新能源材料與制品工程技術(shù)研究中心主任蔣利軍表示,近年來(lái),實(shí)行電力交易制和配額制后,由于波動(dòng)性造成的“棄電”得到了有效控制,但與此同時(shí),由于輸電能力限制所造成可再生能源資源得不到有效開發(fā)的“棄能”現(xiàn)象更應(yīng)得到關(guān)注。他表示,通過(guò)高效電解水制氫和氫的低成本儲(chǔ)運(yùn),可以打通另一條有效開發(fā)可再生能源的途徑,變“棄能”為“氫能”,推動(dòng)可再生能源資源富集地區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
綠氫是實(shí)現(xiàn)高比例可再生能源的重要支撐,也是實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)輸、發(fā)電、建筑等領(lǐng)域高度深度脫碳的最佳選擇。“通過(guò)提供一種長(zhǎng)期的能源存儲(chǔ)方法,氫可以實(shí)現(xiàn)可再生電能在能源系統(tǒng)的大規(guī)模集成。”聯(lián)合國(guó)開發(fā)計(jì)劃署能源環(huán)境項(xiàng)目主任張衛(wèi)東指出,氫能在能源轉(zhuǎn)型中扮演的角色,能夠?qū)崿F(xiàn)能源體系從骨干到終端應(yīng)用的脫碳。
尤其是交通運(yùn)輸領(lǐng)域的“去碳化”,氫能發(fā)揮的作用更為明顯。在張衛(wèi)東看來(lái),當(dāng)前全球的交通運(yùn)輸行業(yè)幾乎完全依賴于化石燃料,并貢獻(xiàn)了20%以上的二氧化碳排放,而氫動(dòng)力車輛以其高性能和快充便利性,將能夠補(bǔ)充動(dòng)力電池汽車缺陷,并實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)輸行業(yè)的廣泛脫碳。
對(duì)于氫能參與交通領(lǐng)域的變革,中國(guó)科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽(yáng)明高近日指出,面向汽車應(yīng)用的氫能戰(zhàn)略應(yīng)聚焦綠氫。他表示,燃料電池汽車合理性取決于氫能,氫能的合理性取決于可再生能源轉(zhuǎn)型中大規(guī)模能量?jī)?chǔ)存與多元化利用需求,主攻綠氫既突出重點(diǎn)又簡(jiǎn)化問(wèn)題,10%的可再生能源棄電可以滿足2025年燃料電池車用氫需求,50%的棄電可以滿足2035年燃料電池汽車用氫需求。
綠氫成本下降可期
發(fā)展可再生能源制氫,是解決可再生能源發(fā)展瓶頸的重要方向,通過(guò)“氫儲(chǔ)能”的開發(fā),可以有效應(yīng)對(duì)太陽(yáng)能光伏、風(fēng)能發(fā)電的間歇性和消納問(wèn)題,與此同時(shí),我國(guó)可再生能源資源十分豐富,可以為氫能制備提供了充足的能量來(lái)源。隨著可再生能源發(fā)電成本的大幅度降低,“綠氫”將逐漸成為主流。
蔣利軍表示,目前,可再生能源制氫成本約為6美元/干克,當(dāng)這一成本降至2.6美元/千克時(shí),就可以擁有競(jìng)爭(zhēng)力。他預(yù)計(jì),在5-10年內(nèi),可再生氫平均成本可以降至約2-3美元/千克,在條件最優(yōu)地區(qū)將達(dá)到1-1.5美元/千克左右,和當(dāng)前煤制氫成本相當(dāng)。
其中,由于光伏技術(shù)的不斷提升和光伏發(fā)電成本的持續(xù)下降,光伏制氫被給予厚望。中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)電力科學(xué)研究院名譽(yù)院長(zhǎng)周孝信指出,氫和電力的關(guān)系十分緊密,通過(guò)可再生能源大規(guī)模制氫,氫能未來(lái)將成為能源系統(tǒng)中的重要組成部分。他表示,只需將光伏度電成本降到1毛錢,綠氫就可以代替煤制氫。
“太陽(yáng)能光伏制氫是非常有前景的,”周孝信進(jìn)一步介紹,目前,煤制氫成本約為1元/立方米,天然氣制氫成本約2元/立方米,當(dāng)光伏電價(jià)為0.34元/kWh時(shí),光伏制氫成本就能達(dá)到2元/立方米,與天然氣制氫持平,如果使用光伏電價(jià)達(dá)到0.1元/kWh,制氫成本甚至可以低于煤制氫。
根據(jù)IHS Markit近期的一項(xiàng)分析,十年內(nèi),可再生能源制氫將擁有成本競(jìng)爭(zhēng)力。該機(jī)構(gòu)指出,自2015年以來(lái),生產(chǎn)綠氫的成本已經(jīng)下降了50%,到2025年,得益于規(guī)模擴(kuò)大和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn),綠氫成本將繼續(xù)下降30%;到2030年,通過(guò)可再生能源電解水制氫,綠氫將比天然氣更具成本優(yōu)勢(shì)。
“世界氫能成本的降低,一定要看中國(guó)。”張衛(wèi)東表示,在全球可再生能源的發(fā)展歷程中,中國(guó)使光伏成本降低了90%以上,使風(fēng)能成本降低了80%以上,如今,中國(guó)氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)的興起,正在決定性地推動(dòng)著全球氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
全產(chǎn)業(yè)鏈亟需突破
近年來(lái),我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展,截至2019年底,國(guó)內(nèi)氫燃料電池汽車保有量達(dá)到6000余輛,累計(jì)建成加氫站已有60座,不過(guò),到目前為止,氫能發(fā)展仍處于起步階段,亟需全產(chǎn)業(yè)鏈的突破。對(duì)此,譚天偉指出,創(chuàng)新是推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)恿?,不同學(xué)科之間的交叉,不同技術(shù)的集成,是促進(jìn)氫能盡快產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。
蔣利軍表示,經(jīng)過(guò)多年發(fā)展,我國(guó)已經(jīng)建立了以灰氫為主要?dú)湓矗愿邏簹錇橹饕\(yùn)輸載體,以燃料電池汽車為主要應(yīng)用場(chǎng)景的氫能產(chǎn)業(yè)鏈。這一產(chǎn)業(yè)鏈具有良好的氫氣工業(yè)基礎(chǔ),制儲(chǔ)氫技術(shù)成熟度較高,且延續(xù)了純電動(dòng)汽車的政策和投資熱度。
但與此同時(shí),產(chǎn)業(yè)鏈目前也存在著諸多問(wèn)題。蔣利軍指出,灰氫依然存在著環(huán)境污染和二氧化碳排放問(wèn)題,與發(fā)展氫能初衷仍有差距,應(yīng)向藍(lán)氫和綠氫方向發(fā)展;高壓氫存在著較大的安全隱患和較高的能耗;燃料電池汽車僅是氫能應(yīng)用的一部分,還應(yīng)擴(kuò)大再發(fā)電、建筑和工業(yè)上的應(yīng)用。他表示,未來(lái)要構(gòu)建以綠氫為氫源,以低壓氫為主要儲(chǔ)運(yùn)載體,多應(yīng)用場(chǎng)景的氫能產(chǎn)業(yè)鏈。
“氫能是新能源技術(shù)體系的組成部分。”歐陽(yáng)明高認(rèn)為,當(dāng)前,氫燃料電池技術(shù)取得了一定程度的突破,但是氫能產(chǎn)業(yè)還沒(méi)有完全突破,未來(lái)需要全產(chǎn)業(yè)鏈走向成熟。其中,氫能儲(chǔ)能成本低,和儲(chǔ)電互補(bǔ),且運(yùn)儲(chǔ)方式靈活,是集中式可再生能源大規(guī)模、長(zhǎng)周期儲(chǔ)存的最佳途徑。
對(duì)此,張衛(wèi)東表示,制約氫能汽車發(fā)展的瓶頸并不是氫燃料電池,整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的創(chuàng)新迫在眉睫。他指出,“氫能技術(shù)落后于燃料電池技術(shù),因?yàn)槌杀酒?,效率偏低,需要全方位革新?rdquo;他預(yù)計(jì),未來(lái)需要10年,才能讓新一代的高效低成本制氫、運(yùn)氫、儲(chǔ)氫技術(shù)實(shí)現(xiàn)完全成熟。
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