國(guó)際氫能展獲悉，氫能，被譽(yù)為“21世紀(jì)的終極能源”，清潔低碳、高效又可持續(xù)。

這段時(shí)間，關(guān)于氫能技術(shù)突破的消息不斷——

全國(guó)產(chǎn)量最大的電池燃料氫項(xiàng)目正式投產(chǎn)，全球首次海上風(fēng)電無(wú)淡化海水電解制氫技術(shù)海試成功，我國(guó)長(zhǎng)距離輸氫技術(shù)獲重大突破……

在這個(gè)新領(lǐng)域，浙江一直在研發(fā)等方面持續(xù)發(fā)力。為更好地切入氫能新賽道，日前，省發(fā)展改革委、省能源局、省建設(shè)廳聯(lián)合印發(fā)《浙江省加氫站發(fā)展規(guī)劃》(下稱“《規(guī)劃》”)，通過(guò)布局加氫基礎(chǔ)設(shè)施，推動(dòng)氫燃料電池汽車的發(fā)展，氫能全產(chǎn)業(yè)鏈全面鋪開。

這條新賽道，資源小省浙江能否走在前列?記者近日走訪浙江大學(xué)氫能研究院及省內(nèi)各地了解到，在氫能賽道上爭(zhēng)先，要解決三大問(wèn)題。

制氫之難

氫氣是最輕的氣體，在生活中很常見(jiàn)?！敖K極能源”久久未能進(jìn)入尋常百姓家，第一道門檻就卡在制氫上。

“放眼全球，工業(yè)規(guī)模制氫主要有三種路徑：化石原料制氫、工業(yè)副產(chǎn)氫和電解水制氫，利弊各不相同?！币恢睆氖禄瘜W(xué)研究的浙江大學(xué)氫能研究院制氫技術(shù)研究中心主任侯陽(yáng)說(shuō)。

據(jù)介紹，全球近八成氫氣來(lái)自化石原料制氫，如國(guó)外主要是天然氣制氫，國(guó)內(nèi)以煤制氫為主，原因在于中國(guó)能源結(jié)構(gòu)“多煤少氣”。這種方式技術(shù)難度不高、規(guī)?；?、成本低，但會(huì)產(chǎn)生大量碳排放，故而業(yè)內(nèi)稱之為“灰氫”。

相比之下，工業(yè)副產(chǎn)氫是比較理想的氫氣來(lái)源，因?yàn)楹芏鄠鹘y(tǒng)化工工藝會(huì)順帶產(chǎn)生氫氣，成本低，被稱為“藍(lán)氫”。借助工業(yè)副產(chǎn)氫的成本優(yōu)勢(shì)，是很多城市發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)的路徑之一。

這些年，浙江一直努力打造兩條“氫走廊”，分別是從嘉興到寧波的“環(huán)杭州灣”氫走廊，從金華到舟山的“義甬舟”氫走廊。

此次《規(guī)劃》正是在兩條“氫走廊”的基礎(chǔ)上，充分利用工業(yè)副產(chǎn)氫、著眼海上風(fēng)電光伏發(fā)展前景，計(jì)劃打造“一核、兩區(qū)”——環(huán)杭州灣氫能產(chǎn)業(yè)核心城市群、義甬舟氫能產(chǎn)業(yè)聯(lián)動(dòng)發(fā)展區(qū)和浙西南氫能產(chǎn)業(yè)培育區(qū)。

串起“氫走廊”的關(guān)鍵城市，如嘉興、寧波、舟山、紹興等，正是浙江氫能發(fā)展基礎(chǔ)最好的重點(diǎn)區(qū)域。這些地區(qū)有著一個(gè)共同特點(diǎn)：化工產(chǎn)業(yè)相對(duì)雄厚，工業(yè)副產(chǎn)氫富裕。

位于紹興的浙江圓錦烷烴綜合利用一體化項(xiàng)目正在建設(shè)中，預(yù)計(jì)新增5萬(wàn)噸/年工業(yè)副產(chǎn)氫。此前，浙江閏土新材料有限公司的16萬(wàn)噸離子膜燒堿項(xiàng)目已投產(chǎn)，年產(chǎn)氫氣4000噸。“我們充分利用化工行業(yè)集聚提升的契機(jī)，大力發(fā)展氫氣提純技術(shù)。”紹興市發(fā)改委黨組成員、產(chǎn)業(yè)處處長(zhǎng)鄭曉說(shuō)。

在業(yè)內(nèi)，最被看好的是電解水制氫，但電解水的過(guò)程中需要的電力必須是綠電，也就是必須利用可再生能源發(fā)電制氫，這樣生產(chǎn)出來(lái)的氫氣才能稱之為“綠氫”。

從能源轉(zhuǎn)化效率和成本來(lái)看，電解水制氫存在效率低和綜合成本高等問(wèn)題，這是當(dāng)下制氫亟需攻克的難題。

據(jù)測(cè)算，電價(jià)在0.616元/度的時(shí)候，每千克氫氣的成本大概是39.06元;電價(jià)在0.3元/度時(shí)，每千克氫氣成本約21.22元;電價(jià)降到0.13元/度的時(shí)候，成本約11.63元，這才基本實(shí)現(xiàn)與“灰氫”平價(jià)。顯而易見(jiàn)，制氫成本與電價(jià)緊密相關(guān)。

盡管難題不小，但人們還是看到了希望的曙光。今年6月，在福建興化灣海上風(fēng)電場(chǎng)，全球首次海上風(fēng)電無(wú)淡化海水原位直接電解制氫技術(shù)海上中試獲得成功。

侯陽(yáng)告訴記者，海上風(fēng)電場(chǎng)屬于可再生能源發(fā)電，但遠(yuǎn)海輸送回陸地成本過(guò)高，就地制氫既能有效進(jìn)行風(fēng)能轉(zhuǎn)化，也能大大降低制氫成本，“這項(xiàng)技術(shù)一旦成熟，沿海經(jīng)濟(jì)大省可以從海上獲取大量氫能，將地理資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)發(fā)展優(yōu)勢(shì)?！?/p>

運(yùn)氫之困

南水北調(diào)、西電東送、西氣東輸，這些耳熟能詳?shù)拇蠊こ蹋鋵?shí)都在解決資源分布不平衡的問(wèn)題。氫能也不例外。

“能源、資源的生產(chǎn)端和使用端通常不在一個(gè)地方，跨區(qū)輸送帶來(lái)了新的問(wèn)題?！闭憬髮W(xué)氫能研究院氫儲(chǔ)輸裝備研究中心主任施建峰說(shuō)，儲(chǔ)運(yùn)一頭連著制取、一頭連著應(yīng)用，一旦不暢通就會(huì)抑制氫產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；l(fā)展。

施建峰說(shuō)，常溫常壓氫的分子間距很大，體積龐大而質(zhì)量輕盈，要解決有限體積中存儲(chǔ)更多質(zhì)量的問(wèn)題，目前主要有加壓、降溫和金屬或有機(jī)物吸附等技術(shù)路線。

以最常見(jiàn)的加壓為例，目前國(guó)內(nèi)普遍采用20兆帕氣態(tài)高壓儲(chǔ)氫長(zhǎng)管拖車運(yùn)輸方式，適用于中短距離的氫氣輸送，成本約為20元/公斤，占?xì)錃饨K端消費(fèi)價(jià)格的一半。降低成本的辦法是繼續(xù)加壓，讓單位體積可容納更多氫氣，有浙江科研人員正對(duì)此開展研究。

2021年，浙江大學(xué)聯(lián)合浙江巨化集團(tuán)等單位申報(bào)的項(xiàng)目——?dú)錃庖?guī)模化提純與高壓儲(chǔ)存裝備關(guān)鍵技術(shù)及工程應(yīng)用——榮獲2020年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，其聯(lián)合研發(fā)的98兆帕大容積儲(chǔ)氫罐，技術(shù)達(dá)到全球領(lǐng)先。

98兆帕是多大的壓力?如果以此對(duì)水加壓，水柱會(huì)飆升得比珠穆朗瑪峰還高。如今，全國(guó)運(yùn)行的350余座加氫站中，大多數(shù)98兆帕高壓儲(chǔ)氫容器都由浙江研制和生產(chǎn)。

運(yùn)用降溫方式存儲(chǔ)，則能讓氫分子規(guī)規(guī)矩矩地排列。

施建峰介紹，液態(tài)氫的存儲(chǔ)效率更高，密度達(dá)到71克/升，是高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫的兩倍以上。但氫氣液化的溫度是零下253℃，比氮?dú)?、天然氣的液化溫度要低得多，這對(duì)裝備技術(shù)、工藝流程等提出了更高要求。

不少高端裝備企業(yè)瞄準(zhǔn)了這個(gè)方向。比如，去年10月，浙江大學(xué)氫能研究院的研究力量和杭氧集團(tuán)低溫裝備技術(shù)結(jié)合，雙方成立液氫裝備技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，著力突破超低溫領(lǐng)域裝備“卡脖子”技術(shù)。

不論哪種方式儲(chǔ)運(yùn)，都會(huì)面臨一個(gè)技術(shù)難題：氫脆。

在壓力的作用下，氫氣會(huì)鉆入金屬材料，集中在裂紋的尖端，讓管道或容器更容易損壞。

2002年起，浙江大學(xué)氫能研究院院長(zhǎng)鄭津洋院士牽頭國(guó)家973計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目，對(duì)氫脆開展了系統(tǒng)深入研究?！拔覀儗?duì)氫脆已有深刻認(rèn)識(shí)，逐步搞清哪些材料會(huì)發(fā)生氫脆、氫脆產(chǎn)生的條件以及阻止或延緩的辦法?！笔┙ǚ逭f(shuō)，比如浙江大學(xué)正在研發(fā)的非金屬柔性輸氫管道，兼具塑料的柔性和鋼材的強(qiáng)度，被業(yè)內(nèi)廣泛看好。

與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)輸氫領(lǐng)域?qū)矣型黄疲?月16日，在寧夏銀川寧東天然氣摻氫管道示范平臺(tái)，中石油用現(xiàn)有天然氣管道長(zhǎng)距離輸送氫氣的技術(shù)獲得突破;6月25日，國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)管道斷裂控制試驗(yàn)場(chǎng)，我國(guó)首次高壓力純氫管道試驗(yàn)成功。

“中國(guó)的氫儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到國(guó)際第一梯隊(duì)的先進(jìn)水平。”施建峰說(shuō)，這都為我國(guó)今后實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、低成本的遠(yuǎn)距離氫能運(yùn)輸提供了技術(shù)支撐。

不過(guò)，從技術(shù)突破向產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵一躍并不簡(jiǎn)單。最成熟的高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫仍面臨投資成本高、回報(bào)周期長(zhǎng)的瓶頸，低溫液態(tài)儲(chǔ)氫則存在能耗較高、尚未實(shí)現(xiàn)全鏈條技術(shù)自主等問(wèn)題，輸氫管道更是需要政府投資來(lái)支持浩大的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)……

用氫之限

“現(xiàn)在氫比較貴，還不足以吸引各行各業(yè)。逐步推開后，就會(huì)引發(fā)大家對(duì)它的想象。”浙江大學(xué)氫能研究院氫電協(xié)同技術(shù)研究中心主任夏楊紅說(shuō)。

當(dāng)前，氫氣有幾大應(yīng)用方向。一是交通領(lǐng)域。2021年，國(guó)家批復(fù)了京津冀、上海、廣東、河北、河南等五大氫燃料電池汽車示范城市群。作為浙江首批發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)的試點(diǎn)城市，嘉興也在向氫燃料電池公交車和重卡發(fā)力，今年投入運(yùn)營(yíng)了35輛氫能源公交車。

此次《規(guī)劃》正是以交通領(lǐng)域?yàn)橥黄瓶?，?jì)劃到2025年，建設(shè)加氫站50座以上、日加氫能力35.5噸以上。同時(shí)，改造提升現(xiàn)有的加油加氣站和綜合供能服務(wù)站，基本形成氫源保障體系和加氫網(wǎng)絡(luò)體系，基本建成市域、城區(qū)100公里輻射半徑的加氫網(wǎng)絡(luò)。

二是電網(wǎng)儲(chǔ)能領(lǐng)域。隨著新能源占比越來(lái)越高，風(fēng)電和光伏發(fā)電靠天吃飯、隨機(jī)性較強(qiáng)，與電網(wǎng)供需平衡的屬性形成天然沖突，氫能可以起到調(diào)節(jié)作用。

在風(fēng)光大發(fā)時(shí)，用電解水制氫儲(chǔ)存能量，在缺電時(shí)再利用氫燃料電池或氫能燃機(jī)發(fā)電補(bǔ)足缺額，實(shí)現(xiàn)氫與電的協(xié)同。比起電池四五小時(shí)的存儲(chǔ)容量，氫儲(chǔ)能具備大容量、跨季節(jié)等優(yōu)勢(shì)。

能源載體只是用氫的一個(gè)方向，它還有無(wú)窮的可能。

比如，氫的清潔特性有待進(jìn)一步發(fā)掘，鋼鐵行業(yè)嘗試在制造工藝中用氫替代碳來(lái)還原氧化物，原本排放二氧化碳的過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)樯伤?，生產(chǎn)出“綠鋼”，有效促進(jìn)高耗能行業(yè)減排;二氧化碳加氫可以人工合成淀粉，還能制成甲醇……隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，人們的思路將更加開闊。

不過(guò)，在應(yīng)用前景廣闊的電網(wǎng)儲(chǔ)能領(lǐng)域，氫電協(xié)同走入現(xiàn)實(shí)應(yīng)用還需要翻越多座大山。比如損耗問(wèn)題。氫電雙向循環(huán)的效率仍然偏低，普遍在60%左右。

夏楊紅告訴記者，浙江在氫電協(xié)同領(lǐng)域做了不少探索。比如今年6月底，國(guó)網(wǎng)浙江電力有限公司聯(lián)合浙江大學(xué)等科研機(jī)構(gòu)承擔(dān)的國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃專項(xiàng)——國(guó)內(nèi)首個(gè)氫電耦合中壓直流微網(wǎng)在寧波慈溪濱海工業(yè)園投運(yùn)。光伏、風(fēng)電和制氫機(jī)、直流充電機(jī)，配合儲(chǔ)能、燃料電池形成一張自發(fā)自用的微電網(wǎng)，不僅脫離大電網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行168小時(shí)，還能每天滿足10輛氫能車加氫、50輛電動(dòng)車快充的需求。

“項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)新能源直接電解制氫，綜合余熱供暖，整體利用效率達(dá)到82.5%，已經(jīng)非?？捎^?！毕臈罴t說(shuō)。

浙江是用能大省、資源小省。長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，未來(lái)浙江或往海上走，大規(guī)模開發(fā)中遠(yuǎn)海風(fēng)電、漂浮光伏、海流能等，原地制氫或成為一種趨勢(shì)。與此同時(shí)，遠(yuǎn)距離輸氫成本將大大降低。夏楊紅表示，氫電協(xié)同的經(jīng)濟(jì)性和市場(chǎng)需求將隨之上升，想象空間將進(jìn)一步打開。

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