以綠電制綠氫清潔能源大省從何處破題

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摘要:當前,全球範圍正興起氫能發展熱潮,我國也將氫能產業作為未來國家能源體系的重要組成部分。

當前,全球範圍正興起氫能發展熱潮,我國也將氫能產業作為未來國家能源體系的重要組成部分。省委十二届五次全會作出以發展新質生產力為重要著力點扎實推進高品質發展的决定,明確實施清潔能源重大科技專項,推進氫能制儲運加用一體化應用。

“雙碳”目標下,四川依託豐富的水風光資源和創新能力,積極佈局氫能產業鏈,現已聚集上下游企業及科研院所超100家,形成覆蓋“制—儲—運—加—用”的全產業鏈。

為什麼要發展氫能?四川在細分領域優勢何在?四川日報的“川企大調研·尋找新質生產力”欄目推出氫產業全鏈“‘氫’新力量‘綠’動四川”系列報導,聚焦氫能發展的細分領域、關鍵環節、重點產品,走進代表性企業,尋訪行業專家,探究四川氫能產業發展新動能。

6月12日,位於“成都氫穀”的華能彭州水電解制氫示範站成功售出第一車綠氫,標誌著四川首個大規模水電解制氫項目正式投入運營。同月,位於成都市郫都區的東方氫能產業園建設進入收尾階段,園內的西部首座制加氫一體站已整體呈現,投用後預計每天可為40輛左右的大巴、重卡等車輛加滿氫氣。

今年以來,四川氫能建設跑出加速度,以電解水制氫為主要制氫管道的綠氫製備項目梯式推進。四川作為全國清潔能源大省,明確提出推動綠氫全產業鏈發展,成都更是將目標瞄準打造中國“綠氫之都”。

什麼是綠氫?四川優勢何在?全產業鏈發展從何處破題?近日,記者走進省內部分制氫企業進行探訪。

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為何要發展綠氫?

從源頭上能實現二氧化碳零排放,製備和使用成本也會隨技術進步逐步下降

綠氫,是指利用可再生能源分解水得到的氫氣,其燃燒時只產生水,不會產生污染,從源頭上可實現二氧化碳零排放。氫元素在地球上主要以化合物的形式存在于水和化石燃料中,而氫能作為一種二次能源,需要通過制氫科技進行選取。現時,現有制氫科技大多依賴化石能源,無法避免碳排放。根據氫能生產來源和生產過程中的排放情况,人們又將氫能分別冠以灰氫、藍氫、綠氫之稱。

通過煤炭、瓦斯等化石燃料燃燒產生的氫氣以及部分在工業生產中副產的氫氣被稱作灰氫,在生產過程中會有二氧化碳等排放。比如氯堿尾氣、焦爐煤氣等,可通過變壓吸附等科技從中選取氫氣。

而在“灰”與“綠”之間,還有一種過渡色“藍”。在灰氫的基礎上使用碳捕集和封存(CCS)科技制得的氫氣被稱為藍氫,由於在製作過程中使用了先進科技,藍氫的碳排放强度大幅度降低。

從能源結構看,現時中國氫源結構仍以煤炭為主,煤制氫占比約62%,瓦斯制氫占19%,工業副產占18%,電解水制氫僅占1%。

造成氫源結構不够“綠”的原因,主要是受科技和成本的限制。資料顯示,煤制氫成本為每公斤9—13元,瓦斯制氫為每公斤10—18元,電解水制氫成本受電力成本影響較大,為每公斤15—45元。現時,加氫站的氫氣價格為每公斤50—60元。如果與汽柴油競爭,價格需要降低到每公斤25—35元,差距還很大。

受成本等因素制約,氫能一直沒有大規模推廣應用,反觀風能、水能、太陽能等清潔能源,近年來發展較快。既然如此,為何還要發展氫能?

2022年,《氫能產業發展中長期規劃(2021—2035年)》就明確了氫能產業發展定位和目標。在今年的政府工作報告中,也再次提及加快氫能產業發展。

受訪專家普遍認為,氫能不僅是清潔低碳、靈活高效的能源,還兼具原料内容。與電能相比,氫能便於儲存、方便運輸,可以作為載能體替代電能參與到交通、發電、儲能、工業等領域,應用場景豐富,對於實現國家能源自主安全可控具有重要意義。

從發展趨勢來看,在“雙碳”目標背景下,鋼鐵、化工等傳統工業領域產能必然下降,副產氣也會大幅减少。而隨著技術成熟和清潔能源發電成本下降,綠氫使用成本還將進一步降低。有專業機构預測:到2050年,我國可再生能源電解水制氫將占制氫總量的70%,現有化石燃料制氫將降至20%。

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綠氫占比低為何卻要大力發展?

四川有資源稟賦、製備技術成果,還有產業基礎

現時,四川氫能源製備規模居全國第四,工業副產氫年產規模約20萬噸,而電解水制氫僅有0.5萬噸。雖然占比少,但四川卻鮮明打出綠氫牌,明確要推動綠氫全產業鏈發展。底氣何在?

經濟和信息化廳相關負責人介紹,發展綠氫,四川具有明顯優勢。

從資源稟賦來看,四川是我國發展的戰畧腹地,清潔能源豐富,風電光伏資源規劃裝機超2億千瓦,水電裝機超1億千瓦,發展綠氫潜力巨大,在國家能源安全新戰略中具有十分重要的地位。

從技術創新來看,四川氫能產業佈局較早,經過多年積累,形成了一批綠氫製備技術成果。東方電力集團與深圳大學/四川大學謝和平院士團隊合作,開展全球首次海上風電無淡化海水原位直接電解制氫科技海上中試並獲得成功,科技水准國際領先,可以大幅度降低制氫成本;清華四川能源互聯網研究院牽頭開展“十萬噸可再生能源電解水制氫合成氨示範工程”項目,該項目為國家重點研發計畫“氫能科技”重點專項,並助力我國首個萬噸級新能源制氫項目成功制氫……

從產業基礎來看,四川在上游制氫環節擁有四川華能、亞聯氫能、莒納科技等近30家企業,產品涵蓋工業副產氫、瓦斯制氫、電解水制氫,以及瓦斯制氫裝置、電解槽、電極片等裝備。其中,四川華能研製的1300標準立方米/小時鹼性電解水制氫系統達到國際領先水準;莒納科技是全球唯一同時擁有三大電解水制氫科技的企業;亞聯氫能自主研製瓦斯制氫裝置,電解水制氫科技行業領先,擁有成套設備生產能力。

“四川氫能產業佈局較早,雖然綠氫占比不高,但產學研多個維度一直都在探索綠氫技術攻關。”東方電力(成都)氫能科技有限公司副總經理呂紅豔介紹,以東方電力為例,公司經過十餘年的深耕和培育,已形成涵蓋制氫、儲運氫、加氫、氫燃料電池及氫能綜合應用的氫能全產業鏈解决方案提供商,實現了兆瓦級質子交換膜電解水裝備試製,科技水准國內領先。

現時,四川已在攀枝花、凉山、成都等地試點建設綠氫製備基地,在雅安、甘孜等地發展綠氫製備和應用,同時綜合利用工業副產氫等資源,初步形成以副產氫為主、綠氫加速發展的氫源多元化局面。

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綠電制綠氫何時走入現實?

從川內首個大規模水電解制氫項目看,電價是大規模推廣應用的關鍵

綠氫製備項目在四川的實際生產運營情况如何?近日,記者來到華能彭州水電解制氫示範站一探究竟。

“現時產量還比較低,但預期增長會比較快。”四川華能氫能科技有限公司總經理李太斌介紹,項目從6月12日試生產並銷售以來,現時綠氫產量約為總產能的5%,預計2024年第三季度末可達30%(為穀電期間的全部產能)。項目制取的氫能主要應用於氫燃料公交車、物流車、重卡等交通運輸領域以及電子、化學工業等領域。“四川計畫到2030年,氫燃料電池汽車應用規模達8000輛,現時僅投運約600輛,隨著氫能應用場景一系列措施落地,未來還有較大增長空間。”

綠氫製備成本高是影響項目大規模示範應用的重要因素。就示範站來說,制氫成本與實際產量、制氫電價、啟停次數、檢修維護、人工成本、政府補貼等很多因素相關。李太斌坦言,作為西南地區首個商業化大規模水電解制氫項目,項目更多承擔了示範的功能,從科技、制度等層面為四川大型水電解制氫項目落地探路。

從科技層面來看,該項目的覈心設備——兩套1300標準立方米/小時高電流密度鹼性電解槽由中國華能牽頭研製,通過一系列技術攻關,讓設備組織可以節省投資25%左右,產量提升30%,適用於大型可再生能源制氫基地,充實我國氫能技術應用模範。

從制度層面來看,示範站的電力來源為電網,下一步將積極向相關部門申請,支持電解水制氫進行全水風光等可再生能源電力交易,用綠電制綠氫。此外,成都市已出臺電價支持政策,將按實際電解水制氫用電量給予每千瓦時0.15—0.20元的電費補貼,每年補貼額度最高不超過2000萬元。

“制氫項目,尤其是水電解制氫想要大規模推廣應用,電價是關鍵。”李太斌表示,把平均制氫度電成本控制在0.3元以內是示範站比較理想的運營狀態,建議免收水電解制氫項目用電基本容量費,同時對制氫電費進行補貼,出臺鼓勵用氫企業使用綠氫的引導政策,加快氫能應用場景培育,並加大基礎設施建設,為綠氫全產業鏈發展做好基礎設施配套。

“推動綠氫全產業鏈發展,重點是把資源優勢轉化為產業優勢。”省發展改革委相關負責人介紹,四川已規劃“一極三廊三片區”綠氫產業集群。其中,“一極”是支持成都都市圈建設“綠氫之都”;“三廊”是以“成渝氫走廊”“318國道”為重點合理佈局加氫基礎設施、擴大示範車輛規模,以雅礱江流域為重點,統籌推進水風光氫一體化開發;“三片區”是支持川西北開展離網可再生能源制氫等氫能應用場景。

雅礱江流域水風光一體化基地,是當今世界最大的綠色清潔可再生能源基地。雅礱江流域水電開發有限公司相關負責人介紹,依託雅礱江流域水風光一體化基地,公司正在探索建設“制氫+氫氧熱電聯供”示範專案,將結合流域內氫儲能、供氧和供熱需求以及助力打造“318氫能天路”的需要,在高原地區推進氫氧熱電聯供示範。

對話

從“盆景”到“森林”需要邁過哪些坎

綠氫成本相對較高,經濟性成為制約產業規模化發展的關鍵問題之一。綠氫項目從試點示範的“盆景”走向普遍應用的“森林”,需要邁過哪些坎?近日,記者就氫能及其產業化、能源轉型等話題,採訪了清華四川能源互聯網研究院綠氫技術經濟研究所負責人徐華池。

綠氫如何降成本

記者:我國現階段的綠氫成本是什麼水准?

徐華池:我們現在聚焦的產業化綠氫,主要採用電解水制氫管道獲取。在規模化電解水制氫項目中,電費成本約占80%。現在的成本總體偏高,每千克綠氫大概需要50-60度電。按照一度電0.3元計算,綠氫生產成本每千克就達15—20元。

記者:在降低綠氫成本方面有哪些探索?取得了什麼效果?

徐華池:主要有三個方面。一是進行電解技術創新,提升生產效率降低電耗。二是從專案規劃和政策引導上下功夫,在內蒙古、新疆等風光資源豐富的省份,當地規劃了一系列風光氫一體化項目,出臺了支持綠氫生產補貼等政策,這些項目實現了綠氫產和用當地語系化,降低了綠氫儲運成本。三是綠氫項目規模化發展。通過規模化,可綜合變壓、電源、制氫、純化等一系列的大型裝備,降低設備和固投成本。

舉例來說,我們團隊支撐了內蒙古鄂爾多斯市准格爾旗納日松光伏制氫產業示範專案,這是我國首個萬噸級新能源制氫項目。項目主要利用太陽能產出的綠色電力,通過電解水裝置制取氫氣和氧氣。這個項目結合了上述三個方面的降成本措施,項目建成後,每小時可生產綠氫1.5萬標準立方米。

四川的機遇與挑戰

記者:四川作為清潔能源大省,發展綠氫有哪些比較優勢和不足?

徐華池:現階段,我國的大型綠氫項目主要依託風光資源佈局,四川的優勢在於不僅有豐富的風光資源,還有充沛的水資源。一方面,水風光互補發電可以緩解可再生能源電力的波動性,降低電解制氫和儲氫的規模和成本;另一方面,電解水制氫項目需要大量生產用水,充沛的水資源為綠氫項目提供極大便利。

但四川也有明顯不足,支撐規模化綠氫生產和應用的場景距離太遠。風光水等可再生能源主要集中在川西山區,當前氫能的主要應用場景在成都平原附近,無論是制氫站建設、綠氫運輸及應用,相比內蒙古等地挑戰更高。

記者:四川在資源優勢轉化為產業優勢過程中,您有哪些建議?

徐華池:現時,四川還沒有大型水風光氫一體化項目的建成案例,而在內蒙古、新疆等地已經有項目落地,四川佈局進展相對較慢。不過,今年四川提出將重點發展綠氫全產業鏈,多個項目正在加快佈局。比如我們策劃針對318國道設計風光到氫的能源規劃,將圍繞318沿線水風光氫一體化、綠氫替代等進行佈局探索。

圍繞解决綠氫資源地和應用場景距離遠的問題,我有三點建議:一是發揮氫能裝備產業鏈完備的優勢,探索和建設筦道輸氫等管道;其次,建立綠電綠氫交易模式,在省級層面探索靈活有效的電價機制,促進綠電消納,確保綠氫具備競爭力;最後,建立省級綠氫裝備檢測驗證中心,開展核心技術攻關、關鍵裝備檢測及開發。(記者寇敏芳

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