向氢能产业迈进

深度分析

2023

01/11

深度分析

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2023-01-11 11:04:00

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向氢能产业迈进

  党的二十大报告提出:“积极稳妥推进碳达峰碳中和。”

  2022年的第十八届中国汽车产业发展(泰达)国际论坛上,生态环境部大气环境司司长刘炳江分析,要加快大功率充电、制氢、运氢、加氢相关基础设施建设,为新能源和清洁能源汽车的使用提供良好的发展基础。

  2022年11月初召开的中国汽车论坛,16个分论坛中“求索氢能与汽车高质量发展”论坛聚焦氢能与汽车清洁低碳发展,围绕氢制加储运用、氢燃料电池产业化突破等热点焦点问题,为氢能和汽车两大产业的高质量发展建言献策。

  为助力产业落地,促进国际交流,11月30日,2022中加氢能与燃料电池产业交流会成功在京举办,为加拿大与中国建立了氢能与燃料电池技术交流桥梁,为两国的企业和研究人员开发新技术提供了契机和平台。

  从现代汽车集团发布“氢能愿景2040”,到丰田燃料电池研发与生产项目(一期)奠基仪式在北京举行……汽车行业和企业将越来越多的目光聚焦到氢能。氢究竟有怎样的魔力,使各国在政策、产业和研究上倾注越来越大的精力。

  氢能,究竟是未来风口?还是炒作的泡沫?

  氢从何而来

  氢,是一种化学元素,在元素周期表中位于第一位。氢通常的单质形态是氢气,无色无味无臭,是一种极易燃烧的由双原子分子组成的气体,氢气是最轻的气体。

  氢有三大特性,一是容易大量产生,二是能够燃烧和爆炸,三是生成物是水。作为一种新型的易生产的绿色高能燃料,氢被称为将对人类的今天以及未来产生重大影响的元素。

  氢是一种能量密度很高的清洁可再生能源,通过一定的方法可以从其他能源制取,不像煤、石油、天然气只能直接开采,不可再生。

  根据生产来源和碳排放量的不同,可将氢能划分为灰氢、蓝氢和绿氢。灰氢是指从化石燃料制取的氢气,碳排放强度高,是目前产量最大,最廉价的制氢方式;蓝氢是指通过化石燃料制氢+CCS(即碳捕集技术)制取的氢气,碳排放强度低;绿氢是指可再生能源电解水制取的氢气,几乎没有碳排放,真正实现了氢气的绿色制备。

  国外氢能发展情况

  作为公认的清洁能源,氢能正逐步成为全球能源转型发展和应对气候变化的重要抓手。从各国发展氢能的驱动力来看,主要涉及三大方面:降低碳排放,保障能源安全和实现经济增长。

  21世纪,我国、美国、日本、加拿大、欧盟等都制定了氢能发展规划。根据国际氢能委员会预计,到2050年,氢能将承担全球18%的能源终端需求,创造超过2.5万亿美元的市场价值。

  日本是较早发布国家氢能战略的国家,2017年12月制定了《基本氢能战略》。

  据悉,日本掌握了全球较多的氢燃料技术专利,同时拥有较大的制氢工厂,已在燃料电池汽车、家庭热电联供等领域取得了相应成果,也在绿氢生产、氢能发电、氢能社区等领域进行试验,并推出了“氢能社会”概念。日本氢能的快速发展得益于完善的法律法规、政府的资金扶持,但也存在成本过高、依赖政府补贴、产业链未能协同发展等问题。

  德国是欧盟发展氢能最具代表性的国家。德国政府将氢能视为能源安全和能源低碳转型的保障,注重与可再生能源协同发展以加快氢能产业链布局,在应用场景和产业化布局方面全球领先,明确氢能是重型运输、工业原料和建筑等“难以脱碳”领域的唯一选择,同时提升工业竞争力。2020年,德国政府发布《国家氢能战略》,确立绿氢战略地位,并致力于成为绿氢技术领域的全球领导者,将采用两步走策略,2023年前重点打造国内市场基础,加速市场启动,并将在清洁氢制备、氢能交通、工业原料、基础设施建设等领域采取38项行动。在巩固国内市场的基础上,2024—2030年积极拓展欧洲与国际市场。

  美国对氢能保持积极态势,前期主要基于应对能源安全和气候变化考虑,后期主要作为先进技术进行战略投资。美国能源部(DOE)先后发布《美国向氢经济过渡的2030年及远景展望》《国家氢能发展路线图》两份文件,明确氢能是未来能源领域重要发展方向。2021年2月,美国发布了最新版《氢能计划发展规划》,提出未来10年及更长时期氢能研究、开发和示范的总体战略框架,并设定了到2030年美国氢能发展的技术和经济指标。

  我国氢能发展策略及具体实施

  2022年3月,国家发改委、国家能源局发布的《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》(以下简称《规划》)中多项政策鼓励对氢能多领域应用。据悉,这是中国首个氢能产业的中长期规划,将对我国氢能产业的高质量发展将发挥重要指导作用。

  《规划》明确了氢的能源属性,是未来国家能源体系的组成部分,同时,明确发展氢能是战略性新兴产业的重点方向。

  《规划》还提出了氢能产业发展各阶段目标:到2025年,基本掌握核心技术和制造工艺,燃料电池车辆保有量约5万辆,部署建设一批加氢站,可再生能源制氢量达到10万-20万吨/年,实现二氧化碳减排100万-200万吨/年。到2030年,形成较为完备的氢能产业技术创新体系、清洁能源制氢及供应体系,有力支撑碳达峰目标实现。到2035年,形成氢能多元应用生态,可再生能源制氢在终端能源消费中的比例明显提升。

  《规划》印发后,我国多地积极响应,先后出台了氢能与燃料电池相关政策,提出合理发展规划与可行扶持计划等。

  中国汽车工业协会副秘书长何毅曾表示:“2020年以来,中国氢能和燃料电池汽车,在国家示范政策的拉动扶持下,呈星火燎原之势,各地开花。”

  据何毅介绍,政策规划方面,北京、深圳先后出台氢能产业发展“十四五”规划,上海、山东制定了氢能产业中长期规划,广东、浙江等出台了氢燃料汽车专项扶持政策。整体来看,长三角、粤港澳大湾区、京津冀等区域初步形成氢能产业集聚发展的格局。场景应用方面,京津冀等五大燃料电池汽车示范城市群,加快建设步伐,不仅密集投入运营燃料电池汽车,发力建设基础设施,同时纷纷布局氢能产业链和核心技术。以上海为例,氢燃料电池汽车的研发与应用不断有所突破,大功率电堆等产品的技术指标达到国际先进水平,从膜电极、双极板等八大核心零部件到燃料电池汽车的系统集成,形成了技术、产品、应用的全产业链发展体系,基本实现燃料电池汽车车型的全覆盖。

  截至目前,我国已经批准五大氢能示范城市群。包括京津冀城市群、上海城市群、广东城市群、河南城市群和河北城市群。这些地区具有氢燃料电池产业链发展基础,通过政策支持,将带动新能源汽车产品快速商业化。

  2022年上半年,我国氢燃料电池汽车销量1379辆,接近去年全年产量,同比增长194%;到2021年年底,燃料电池汽车保有量达到8939辆,位居全球第三。加氢站数量快速增长,截至2022年6月,中国加氢站数量超过270座,位居全球第一(全球在营加氢站达659座)。

  化挑战为机遇

  有人看好氢能,也有人寓言“氢燃料汽车注定要失败”,将原因归结为成本、技术、安全和基础设施。

  中国科学院院士、清华大学车辆与运载学院教授欧阳明高表示,从价值链的角度,氢能尤其是绿氢目前主要是具有战略价值,需要寻求的是商业价值。要通过在技术线上的突破,即绿氢制取和燃料电池两个方面,尽快实现商业价值,目前商用车领域是很好的突破口,“希望以此作为突破口,在国家城市示范群和补贴政策的基础下,在2025年实现规模化。”

  上海舜华新能源系统有限公司董事长高顶云强调:“在氢能发展过程中,一个关键环节就是成本,而决定成本的很重要环节是运输。”氢是最低密度的气体,给运输带来很大的挑战。现阶段氢的运输依靠的技术及方式,可谓百花齐放、百家争鸣。固态、液态、合成燃料等各种方式有其特定的应用场景。而从能源角度来讲,是一定要满足安全、连续(大规模)、低成本的方式,管道运输一定是今后值得重点研究的方向。

  一些消费者认为氢燃料电池汽车在安全性方面存在隐患,现代汽车集团(中国)公关部部长吴雁冰以NEXO中国版为例进行了解答:“NEXO搭载的储氢罐采用碳纤维制造,强度比钢铁材质高10倍。该储氢罐还采用缓冲碰撞力的装置以及长时间承受火焰的特殊涂覆技术,并进行了高空坠落试验、爆破试验、常温压力反复试验、辐射试验、耐火试验等多达15项的极端条件安全测试,可以确保动力系统的稳定,保证车辆的行驶安全性,为氢能源电池汽车的安全再添保障。”

  丰田在氢能技术方面不断突破。据悉,丰田第二代MIRAI搭载的3支树脂高压氢罐构成了氢气瓶集成存储模块,该模块可显示氢气余量和使用量,并且具有通信功能,可实现多个模块的集中管理。在安全设施方面,通过氢气检测器可检测外部震动和内部异常,内部安装了能即时停止氢气供应的安全设施。

  在保障氢能安全方面,标准也在发挥积极的作用。据全国氢能标准化技术委员会主任委员马林聪介绍,我国的氢能产业标准体系包含基础通用、氢安全、制氢、氢储运、加氢以及氢应用6个方面,目前我国已制定发布氢能领域国家标准共101项,基本覆盖氢能“制储运加用”全产业链。对于氢能标准化工作展望方面,马林聪建议,一是加快顶层设计,建立健全氢能全产业链标准体系,二是强化氢能标准实施应用,三是实施企业标准领跑者制度。

  氢能产业未来可期

  我国是世界上最大的制氢国,年制氢产量约3300万吨,其中,达到工业氢气质量标准的约1200万吨。可再生能源装机量全球第一,在清洁低碳的氢能供给上具有巨大潜力。

  《规划》中表明,国内氢能产业呈现积极发展态势,已初步掌握氢能制备、储运、加氢、燃料电池和系统集成等主要技术和生产工艺,在部分区域实现燃料电池汽车小规模示范应用。全产业链规模以上工业企业超过300家,集中分布在长三角、粤港澳大湾区、京津冀等区域。

  但总体看,我国氢能产业仍处于发展初期,相较于国际先进水平,仍存在产业创新能力不强、技术装备水平不高,支撑产业发展的基础性制度滞后,产业发展形态和发展路径尚需进一步探索等问题和挑战。同时,一些地方盲目跟风、同质化竞争、低水平建设的苗头有所显现。面对新形势、新机遇、新挑战,亟需加强顶层设计和统筹谋划,进一步提升氢能产业创新能力,不断拓展市场应用新空间,引导产业健康有序发展。

  《规划》中明确部署了推动氢能产业高质量发展的重要举措:一是系统构建氢能产业创新体系。二是统筹建设氢能基础设施。三是有序推进氢能多元化应用,包括交通、工业等领域,探索形成商业化发展路径。四是建立健全氢能政策和制度保障体系,完善氢能产业标准,加强全链条安全监管。

  《规划》还要求,国家发改委建立氢能产业发展部际协调机制,协调解决氢能发展重大问题,研究制定相关配套政策。各地区、各部门要充分认识发展氢能产业的重要意义,把思想、认识和行动统一到党中央、国务院的决策部署上,加强组织领导和统筹协调,压实责任,强化政策引导和支持,通过采取试点示范、宣传引导、督导评估等措施,确保规划目标和重点任务落到实处。

  中国工程院院士、中国工程院原副院长干勇指出,保守估计,2050年氢在我国终端能源体系占比约10%,2060年占比将达约15%,成为我国能源战略的重要组成部分,氢能将纳入我国终端能源体系,与电力协同互补,共同成为我国终端能源体系的消费主体,带动形成十万亿级的新兴产业。

  氢能的注入,会给汽车市场带来怎样的变化?我们拭目以待。

【来源:产品安全与召回】

【作者:刘颖平】

THE END

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