在“雙碳”目標(biāo)帶動(dòng)下，橫跨氫能和儲(chǔ)能兩大能源業(yè)新賽道的氫儲(chǔ)能優(yōu)勢(shì)凸顯。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，隨著各項(xiàng)技術(shù)基本成熟，氫儲(chǔ)能已具備大規(guī)模推廣的基礎(chǔ)條件，不過(guò)目前仍處于商業(yè)化初期階段的氫儲(chǔ)能，還期待產(chǎn)業(yè)化培育力度進(jìn)一步加大。
應(yīng)用前景廣闊
“廣義的氫儲(chǔ)能是指把任意形式的能量轉(zhuǎn)換成氫氣的化學(xué)能，以氫氣的形式進(jìn)行存儲(chǔ)。狹義的氫儲(chǔ)能是指將太陽(yáng)能、風(fēng)能等清潔能源發(fā)出的電能或夜間電網(wǎng)的過(guò)剩電能，通過(guò)電解水制取氫氣，通過(guò)儲(chǔ)氫罐存儲(chǔ)，之后由燃料電池發(fā)電技術(shù)等實(shí)現(xiàn)氫氣的利用。”天津大學(xué)內(nèi)燃機(jī)燃燒學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副教授秦彥周說(shuō)，常規(guī)的電池儲(chǔ)能是電能與電能的轉(zhuǎn)換，而氫儲(chǔ)能是電能與氫氣的轉(zhuǎn)換。
同時(shí)，氫儲(chǔ)能相對(duì)于電池儲(chǔ)能和其他傳統(tǒng)儲(chǔ)能方式，具有一定比較優(yōu)勢(shì)。記者調(diào)查了解到，電池儲(chǔ)能主要適用于小功率、短周期、分布式儲(chǔ)能，氫儲(chǔ)能更適用于長(zhǎng)周期、大規(guī)模、集中式儲(chǔ)能。在大規(guī)模儲(chǔ)能方面，氫儲(chǔ)能相對(duì)于電池儲(chǔ)能成本優(yōu)勢(shì)明顯。
“氫儲(chǔ)能可以有效助力新能源并網(wǎng)，緩解區(qū)域能源分配不均問(wèn)題。”北京一家氫能應(yīng)用技術(shù)研發(fā)企業(yè)有關(guān)負(fù)責(zé)人告訴記者。
“氫儲(chǔ)能可解決清潔能源發(fā)電循環(huán)波動(dòng)大、上網(wǎng)難的問(wèn)題，可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的‘削峰填谷’和負(fù)荷的靈活調(diào)配，并且制取和存儲(chǔ)的氫氣也可大規(guī)模用于燃料電池汽車和化工合成原料。”秦彥周進(jìn)一步解釋說(shuō)，氫氣的熱值約為汽油熱值的3倍，焦炭的4.5倍，因而單位質(zhì)量的氫氣蘊(yùn)含著非常高的能量。氫氣無(wú)論是燃燒還是通過(guò)燃料電池發(fā)電，最終產(chǎn)物只有水，清潔無(wú)污染。
“就電網(wǎng)側(cè)大規(guī)模儲(chǔ)能而言，除了抽水蓄能，我們認(rèn)為氫儲(chǔ)能也是一種比較好的方式。”隆基氫能科技有限公司副總經(jīng)理王英歌說(shuō)。
此外，中國(guó)科學(xué)院科技成果轉(zhuǎn)化母基金研究總監(jiān)邵元駿介紹，氫儲(chǔ)能在完成電能轉(zhuǎn)化成氫能的步驟后，還可以通過(guò)簡(jiǎn)單的加工，進(jìn)一步制成氨氣、甲醇等加以應(yīng)用，特別是制成液態(tài)的甲醇以后更便于存儲(chǔ)。
《中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告2020》預(yù)計(jì)，2050年，氫能在我國(guó)終端能源消費(fèi)占比將達(dá)10%，國(guó)內(nèi)氫燃料電池汽車保有量將達(dá)3000萬(wàn)輛，氫氣需求量達(dá)6000萬(wàn)噸，我國(guó)將進(jìn)入氫能社會(huì)。
“氫儲(chǔ)能未來(lái)應(yīng)用前景廣闊。”秦彥周說(shuō)。
產(chǎn)業(yè)蓄勢(shì)待發(fā)
記者調(diào)查了解到，在“雙碳”目標(biāo)引領(lǐng)下，目前在國(guó)內(nèi)氫儲(chǔ)能領(lǐng)域，利用光伏、風(fēng)電等清潔能源電解水制氫(即“綠電制綠氫”)，受到越來(lái)越多投資者的青睞，特別是一些大型石化及煤化工企業(yè)，在這一領(lǐng)域走在前列。
在中國(guó)石化勝利油田生產(chǎn)區(qū)，記者看到，一排排深藍(lán)色的太陽(yáng)能光伏板與高大的抽油機(jī)相伴共生。
中國(guó)石化勝利油田新能源開(kāi)發(fā)中心副經(jīng)理邢建軍介紹，油井在正常作業(yè)過(guò)程中，一般占地面積比較大。油田有大量閑置土地，正好可以用來(lái)發(fā)展分布式光伏，滿足生產(chǎn)用電需求的同時(shí)，還可以用這些綠電來(lái)電解水制綠氫。下一步，油區(qū)內(nèi)的運(yùn)輸車輛也將采用氫能重卡取代原來(lái)的柴油重卡，并用自產(chǎn)的綠氫給氫能重卡加氫，不僅可以減污降碳，還可以降低能耗，節(jié)省用能成本。
勝利油田提供的數(shù)據(jù)顯示，到“十四五”末，油田要建成500兆瓦分布式光伏、1500兆瓦集中式光伏，在當(dāng)?shù)氐墓庹諚l件下，2000兆瓦光伏發(fā)電裝機(jī)一年約發(fā)25億度電，這相當(dāng)于油田當(dāng)前用電量的一半左右。
“到‘十四五’末，我們爭(zhēng)取氫氣年產(chǎn)能達(dá)到1萬(wàn)噸左右。等我們制氫規(guī)模上來(lái)以后，除了自用，也力爭(zhēng)給山東省的氫能基地提供一些綠氫。”邢建軍說(shuō)。
值得一提的是，氫氣對(duì)于油氣企業(yè)的價(jià)值，不只是可作為能源使用，還可參與化工生產(chǎn)過(guò)程。“對(duì)于石油化工來(lái)說(shuō)，氫氣是非常寶貴的資源。一家煉油企業(yè)能煉多少油，油品品質(zhì)能否滿足市場(chǎng)需求，目前都需要通過(guò)加氫來(lái)調(diào)節(jié)和實(shí)現(xiàn)。”中國(guó)石化濟(jì)南煉化公司代表、黨委書記夏季祥告訴記者。
勝利油田和濟(jì)南煉化的氫儲(chǔ)能應(yīng)用和發(fā)展，只是中國(guó)石化氫能版圖的一部分。數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)石化目前年生產(chǎn)氫氣約390萬(wàn)噸，在全國(guó)已累計(jì)建成加氫站38座；到2025年，公司計(jì)劃建成油氫合建站、加氫站1000座。在綠氫科技方面，中國(guó)石化首套自主開(kāi)發(fā)的質(zhì)子交換膜(PEM)電解水制氫示范站已投入運(yùn)營(yíng)。此外，公司正在布局一批綠氫煉化示范項(xiàng)目。
在煤化工領(lǐng)域，氫儲(chǔ)能也在發(fā)揮著作用。“在煤化工生產(chǎn)過(guò)程中加入綠氫，可以減少我們的二氧化碳排放。”寧夏寶豐能源集團(tuán)股份有限公司總裁劉元管告訴記者。
目前寶豐能源已建成全國(guó)領(lǐng)先的集“甲醇、烯烴、聚乙烯、精細(xì)化工、新能源”于一體的循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)集群。2021年公司首個(gè)光伏電解水制氫項(xiàng)目正式投產(chǎn)，項(xiàng)目可年產(chǎn)3億標(biāo)方綠氫、每年新增減少煤炭資源消耗約40萬(wàn)噸、減少二氧化碳排放約70萬(wàn)噸。
此外，氫儲(chǔ)能的發(fā)展，還推動(dòng)了傳統(tǒng)能源與新能源企業(yè)的融合。記者調(diào)查了解到，為了發(fā)展綠氫業(yè)務(wù)，中國(guó)石化積極尋求與新能源企業(yè)的跨界合作，隆基就是其合作伙伴之一。
“按照協(xié)議，我們將為中國(guó)石化提供分布式光伏和光伏地面電站的解決方案，并提供綠氫生產(chǎn)裝備以及制氫相關(guān)解決方案。”王英歌說(shuō)，“2022年我們規(guī)劃上馬1.5吉瓦電解水制氫設(shè)備，5年內(nèi)，我們會(huì)形成5到10吉瓦電解水制氫設(shè)備產(chǎn)能。”
“目前，國(guó)內(nèi)氫儲(chǔ)能各項(xiàng)技術(shù)基本成熟，依靠現(xiàn)有加油站等基礎(chǔ)設(shè)施改造，能夠?qū)崿F(xiàn)加氫站的快速布局，推動(dòng)氫氣產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。氫儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)在國(guó)內(nèi)已具備大規(guī)模推廣的基礎(chǔ)條件。”上述北京氫能應(yīng)用技術(shù)研發(fā)企業(yè)有關(guān)負(fù)責(zé)人認(rèn)為。
培育仍待加力
盡管氫儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)前景廣闊，也具備推廣基礎(chǔ)條件，但記者調(diào)查了解到，目前氫儲(chǔ)能在我國(guó)仍處于商業(yè)化的初期階段，未來(lái)還需要進(jìn)一步加大氫儲(chǔ)能的產(chǎn)業(yè)化培育力度。
秦彥周等多位受訪專家認(rèn)為，現(xiàn)階段氫儲(chǔ)能的發(fā)展還面臨多方面的風(fēng)險(xiǎn)，這在一定程度上影響了投資者的投資意愿，拖累了氫儲(chǔ)能發(fā)展的步伐。
比如，目前國(guó)內(nèi)還缺乏氫儲(chǔ)能運(yùn)行、維護(hù)數(shù)據(jù)和成本核算方法，缺乏氫儲(chǔ)能全生命周期的經(jīng)濟(jì)效益分析方法，導(dǎo)致運(yùn)維成本難以評(píng)估；同時(shí)，氫能產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)行情仍不夠明晰，氫燃料電池汽車和加氫站的建設(shè)數(shù)量低于政策規(guī)劃預(yù)期，完全市場(chǎng)化運(yùn)行之后發(fā)展行情和競(jìng)爭(zhēng)力也缺乏有效評(píng)估；在技術(shù)方面，電解水和燃料電池的核心材料，如催化劑、離子交換膜和碳紙的國(guó)產(chǎn)化程度仍較低，成本較高，壽命不足，并且內(nèi)部傳熱傳質(zhì)過(guò)程復(fù)雜，需要在基礎(chǔ)材料和水熱管理策略方面加大研發(fā)投入。
同時(shí)，據(jù)秦彥周介紹，氫儲(chǔ)能系統(tǒng)存在多個(gè)能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)都有能量的損耗，因而系統(tǒng)整體效率偏低，加上目前較高的發(fā)電成本，還存在儲(chǔ)氫成本較高的問(wèn)題，解決途徑是需要通過(guò)清潔能源發(fā)電技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用降低發(fā)電的成本。
此外，氫氣的危化品屬性也成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的桎梏。“氫氣是一種非常活躍的氣體，從某種程度上來(lái)看，比石油、天然氣更危險(xiǎn)。目前氫在我國(guó)尚未作為能源進(jìn)行管理，而是作為危化品管理，按照危化品管理的相關(guān)規(guī)定，氫能發(fā)展依然障礙重重。”寧夏發(fā)改委能源發(fā)展處三級(jí)調(diào)研員姚波說(shuō)。
一些受訪業(yè)內(nèi)人士還擔(dān)心，國(guó)內(nèi)的“氫能熱”會(huì)導(dǎo)致氫儲(chǔ)能過(guò)剩。
據(jù)中國(guó)工業(yè)氣體工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，截至2020年底，共有11省、直轄市對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)做出明確的定位與計(jì)劃，60多個(gè)城市和地區(qū)做出了明確的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃和指導(dǎo)意見(jiàn)，已形成京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角、川渝等多個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展示范聚集區(qū)。
“并不是什么地方都適合發(fā)展氫儲(chǔ)能。”王英歌說(shuō)，氫能的產(chǎn)業(yè)鏈條長(zhǎng)，要從制氫、儲(chǔ)運(yùn)、用氫各個(gè)環(huán)節(jié)考慮，算好綜合經(jīng)濟(jì)賬。“風(fēng)光”資源豐富的地區(qū)制氫成本低，用氫的礦山、化工園區(qū)、重卡集聚區(qū)，適合現(xiàn)場(chǎng)制氣。在現(xiàn)有運(yùn)輸方式下，氫氣運(yùn)輸半徑不宜超過(guò)150公里。“綠電+綠氫”的解決方案，特別適合在此類地區(qū)應(yīng)用，利用“風(fēng)光”可再生能源制氫的同時(shí)結(jié)合應(yīng)用場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)了綠氫的就地消納。
秦彥周也建議，在“風(fēng)光”資源豐富的地區(qū)優(yōu)先發(fā)展氫儲(chǔ)能技術(shù)，避免盲目開(kāi)發(fā)，造成資源浪費(fèi)。在他來(lái)看，未來(lái)氫儲(chǔ)能的規(guī)模化發(fā)展，仍待建立全生命周期氫儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估方法；科學(xué)的氫安全評(píng)估體系，在充分保證安全的前提下，適當(dāng)放寬在建設(shè)方面的安全標(biāo)準(zhǔn)；因地制宜開(kāi)展氫儲(chǔ)能示范運(yùn)行；并持續(xù)加大對(duì)氫儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)力度。
