“不利于存儲(chǔ)、液化成本高等難題限制了氫能遠(yuǎn)距離輸送，全球正進(jìn)入‘氫2.0時(shí)代’，氫能產(chǎn)業(yè)向綠氨、綠色甲醇等‘泛氫’能源方向發(fā)展。”在近日召開的2024中國(guó)電氫耦合與氫化工技術(shù)創(chuàng)新大會(huì)上，中國(guó)工程院院士彭蘇萍指出，在成本可控且技術(shù)成熟的條件下，氫氨醇能源應(yīng)用將大提速，其中燃料發(fā)電、航運(yùn)燃料等應(yīng)用領(lǐng)域有望成為泛氫能源消費(fèi)的新增長(zhǎng)極，預(yù)計(jì)在2035年前后迎來快速發(fā)展。
為什么要發(fā)展泛氫能源？
氫能被稱為“21世紀(jì)的終極能源”，具有清潔、高效特征，同時(shí)也存在儲(chǔ)運(yùn)困難和安全方面的擔(dān)憂。通過技術(shù)手段，將氫轉(zhuǎn)化為氨，再與二氧化碳合成甲醇，既解決了氫應(yīng)用難題，又拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域。
彭蘇萍介紹，泛氫能源制備技術(shù)包括電解水制氫、化石能源制氫、生物制氫等，我國(guó)能源稟賦屬性決定當(dāng)前的市場(chǎng)以化石能源制氫為主，但可再生能源制氫是發(fā)展方向。目前，化石能源制氫、氨、甲醇已形成完備的產(chǎn)業(yè)鏈。可再生能源制氫項(xiàng)目陸續(xù)批量啟動(dòng)，在華北和西北地區(qū)密集落地，建成運(yùn)營(yíng)項(xiàng)目合計(jì)可再生氫產(chǎn)能約7.8萬噸/年，綠氫、綠氨、綠色甲醇技術(shù)邁向商業(yè)化。
發(fā)展泛氫能源是能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的必然要求。“隨著風(fēng)電光伏大規(guī)模、高比例接入電網(wǎng)，其間歇性、波動(dòng)性需要?dú)淠艿日{(diào)節(jié)性電源作為支撐，從而平抑或減少風(fēng)光發(fā)電出力不穩(wěn)定的影響。通過電解水轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的化學(xué)能并長(zhǎng)周期儲(chǔ)存，可以實(shí)現(xiàn)能源的有效管理和調(diào)度。”國(guó)核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院綠電轉(zhuǎn)化產(chǎn)業(yè)分公司工程技術(shù)部副主任杜逸云指出，從國(guó)家能源安全大局出發(fā)，充分發(fā)揮新能源資源豐富的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，增加能源供給總量，優(yōu)化能源供給結(jié)構(gòu)，將全面提升可持續(xù)發(fā)展水平和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。
中國(guó)電力科學(xué)研究院技術(shù)戰(zhàn)略研究中心室主任康建東介紹，目前，我國(guó)在建氫能項(xiàng)目共79項(xiàng)，制氫規(guī)模為2241兆瓦，工程技術(shù)方面以可再生能源電解水制氫為主。電氫耦合在技術(shù)、成本、政策等推動(dòng)下，氫能作為連接可再生能源的紐帶和潛在的電力儲(chǔ)能介質(zhì)，可以應(yīng)用于“源、網(wǎng)、荷”各個(gè)環(huán)節(jié)，將在新型電力系統(tǒng)中扮演重要角色。
面臨哪些機(jī)遇和挑戰(zhàn)？
市場(chǎng)看好綠色氫氨醇的市場(chǎng)機(jī)遇。
綠氨是一種零排放燃料，可用于火電廠燃料、船用燃料、氨燃料電池等場(chǎng)景。綠色甲醇具有燃料高效、排放清潔、可再生等特點(diǎn)，常溫常壓下為液態(tài)，使用安全便捷。彭蘇萍預(yù)計(jì)，合成氨方面，2035年前，農(nóng)業(yè)和工業(yè)消費(fèi)仍是氨主要應(yīng)用場(chǎng)景，2035年后氨能源進(jìn)入快速發(fā)展期，預(yù)計(jì)摻氫發(fā)電與氨動(dòng)力船舶具有經(jīng)濟(jì)性；2060年，預(yù)計(jì)氨動(dòng)力船舶滲透率將達(dá)到40%以上，船舶用氨燃料需求量將達(dá)到約6500萬噸/年。綠色甲醇方面，2025年后航運(yùn)燃料需求將帶動(dòng)產(chǎn)能產(chǎn)量持續(xù)增長(zhǎng)，到2030年，全國(guó)甲醇產(chǎn)業(yè)平均可再生氫應(yīng)用率有望達(dá)到20%，汽車、船舶燃料替換是中遠(yuǎn)期全球范圍內(nèi)甲醇燃料應(yīng)用的重要場(chǎng)景。
據(jù)悉，全球各國(guó)已規(guī)劃1418個(gè)綠氫項(xiàng)目，其中超過1000個(gè)項(xiàng)目計(jì)劃在2030年前投產(chǎn)或部分投產(chǎn)，綠氫建設(shè)進(jìn)程不斷推進(jìn)。但從綠氫到綠氨、綠色甲醇，產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)、主體多、技術(shù)難度高，還面臨諸多挑戰(zhàn)。
杜逸云指出，新能源出力具有隨機(jī)波動(dòng)性，與連續(xù)穩(wěn)定制氫、用氫需求存在時(shí)間錯(cuò)配問題，高溫高壓的化工設(shè)施如果頻繁啟停將帶來安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。行業(yè)在柔性匹配技術(shù)、大規(guī)模氫儲(chǔ)運(yùn)、制氫設(shè)備負(fù)荷瞬時(shí)響應(yīng)等方面仍需突破。
低成本是轉(zhuǎn)化應(yīng)用的前提。電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院清潔能源研究院高級(jí)工程師吳茜指出，當(dāng)前綠氫供應(yīng)成本較化石能源制氫高出1倍左右，經(jīng)濟(jì)性相對(duì)較差，相關(guān)項(xiàng)目進(jìn)展緩慢，已投產(chǎn)產(chǎn)能不足4萬噸，與規(guī)劃產(chǎn)能存在較大差距。綠氫電力成本和設(shè)備成本有待進(jìn)一步下降。
未來該如何發(fā)展？
當(dāng)前，風(fēng)光氫氨醇一體化項(xiàng)目成為企業(yè)熱門投資領(lǐng)域。中能建氫能源有限公司副總經(jīng)理劉大為介紹，公司已簽約儲(chǔ)備的綠色氫氨醇項(xiàng)目達(dá)50多個(gè)，在“三北”地區(qū)建設(shè)氫源和氫化工基地，在政策扶持力度大、市場(chǎng)需求強(qiáng)的“長(zhǎng)三角”“珠三角”“成渝城市群”等區(qū)域推進(jìn)氫能裝備制造、技術(shù)研究中心等上下游產(chǎn)業(yè)。
康建東建議，強(qiáng)化頂層設(shè)計(jì)，推動(dòng)電氫協(xié)同，讓氫能布局與新型電力系統(tǒng)建設(shè)規(guī)劃相銜接，明確氫能在新型電力系統(tǒng)應(yīng)用發(fā)展的路線圖，開展激勵(lì)政策設(shè)計(jì)，進(jìn)行應(yīng)用引導(dǎo)和優(yōu)化補(bǔ)貼。圍繞產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，打造典型示范工程，同時(shí)推進(jìn)團(tuán)體、行業(yè)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定，促進(jìn)工程化標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)和規(guī)范化管理。
針對(duì)可再生能源電解制氫場(chǎng)景設(shè)備間耦合關(guān)系復(fù)雜，影響因素多樣，規(guī)劃配置困難問題。康建東指出，要結(jié)合場(chǎng)景特點(diǎn)，已知波動(dòng)性可再生能源容量及出力特性，系統(tǒng)并網(wǎng)方式等，通過優(yōu)化電解槽、儲(chǔ)氫、蓄電池等設(shè)備容量配置，來提升可再生能源利用率及制氫經(jīng)濟(jì)性。
在吳茜看來，綠氫降本增效需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)協(xié)同與整合，綠氫規(guī)模化開發(fā)需從當(dāng)前能源電力企業(yè)“一頭熱”轉(zhuǎn)向上下游協(xié)同開發(fā)“兩頭熱”。要充分考慮全鏈條的柔性協(xié)同，推動(dòng)用氫企業(yè)積極開展適應(yīng)波動(dòng)性氫源的柔性生產(chǎn)工藝和裝備研發(fā)，提高生產(chǎn)系統(tǒng)波動(dòng)性適應(yīng)能力，降低波動(dòng)性引起的運(yùn)行成本增加，提高項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益。
