高頂云：氫能碳中和技術(shù)發(fā)展路線探討

2023年7月5日-7日，由中國汽車工業(yè)協(xié)會主辦的第13屆中國汽車論壇在上海嘉定舉辦。本屆論壇以“新時代 新使命 新動能——助力建設現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系”為主題，設置“1場閉門峰會+1個大會論壇+16個主題論壇+N場發(fā)布”共18場會議及若干發(fā)布、展示、推廣等活動，旨在凝聚各方力量，形成發(fā)展共識，為建設現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系貢獻汽車行業(yè)的智慧和力量。其中，在7月7日下午舉辦的“主題論壇十二：探索氫能多元化應用及商業(yè)化發(fā)展”上，上海舜華新能源系統(tǒng)有限公司董事長高頂云發(fā)表了精彩演講。

 

在“雙碳”政策下來之后，市有關(guān)委辦組織了相關(guān)的專家對碳中和技術(shù)路線圖開展了研究，大體分為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、能源、建筑等領(lǐng)域。我參加了能源領(lǐng)域的碳中和路線圖的研究，重點參加氫能碳中和路線圖的研究。借今天的論壇向大家介紹一下研究的階段性內(nèi)容，有希望得到建議。

 

剛才氫能港邱鵬主任已介紹了氫能的邏輯，即，碳中和需要非化石能源，按照專家的預測，到2060年非化石能源要占到80-90%，同時可再生能源大概可以占到60-70%。而可再生能源則需要儲能，儲能則離不開氫能。氫可以與太陽能、風能等可再生能源進行高效的耦合，同時充當能源緩沖的載體，能提高能源系統(tǒng)的韌性。同時也可以實現(xiàn)大規(guī)?？稍偕茉吹南{、儲存，實現(xiàn)長周期、跨區(qū)域的儲運，簡單說具有跨時空儲能的特性。而它的應用最終產(chǎn)物是水，可以實現(xiàn)零碳排放，是典型的清潔能源。同時，應用場景也相當廣泛，在工業(yè)（冶金、化工等）、交通、建筑、能源等領(lǐng)域都能用到，可以實現(xiàn)應用端的深度脫碳。

 

上海市結(jié)合雙碳政策，在去年陸續(xù)出臺了“1+1+8+13”的政策體系，著力實施碳達峰碳中和行動，涉及到氫能這塊，2017年就發(fā)布了《上海市燃料電池的發(fā)展規(guī)劃》，2022年6月發(fā)布了《上海市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃》，特別是對交通領(lǐng)域有一些具體的數(shù)據(jù)，大家都可以從有關(guān)媒體上了解到。比如，加氫站在2025年實現(xiàn)70座，最近有一個最新的數(shù)字是達到93座。因為我們主要承擔加氫站等基礎(chǔ)設施的工作，深感目標巨大。還有燃料電池汽車的發(fā)展規(guī)模等等，目標是要成為國際一流的氫能承載城市。同樣，最近幾年國家和地方的政策相繼大量出臺，截止2023年4月國家出臺的政策達到62項，地方政策發(fā)布達353項。從氫能產(chǎn)業(yè)各個方面都提出了明確的要求，并給予氫能行業(yè)發(fā)展積極的引導和具體的指導方案。

 

上海市在氫能方面的投入，特別是政府的支持已經(jīng)持續(xù)了20多年，上海是國內(nèi)氫能行業(yè)的先行者和領(lǐng)跑者。現(xiàn)在已經(jīng)形成了嘉定區(qū)、臨港兩個研發(fā)產(chǎn)業(yè)的高地，形成了寶山區(qū)、金山區(qū)兩個氫源高地，形成了青浦、嘉定、臨港等應用場景的重點區(qū)域，使得上海的氫能推廣快速地向前發(fā)展。為了確保上海市氫能領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，確保上海氫能行業(yè)的健康有序發(fā)展，政府相關(guān)部門組織相關(guān)專家對氫能的技術(shù)進行梳理，按照制、儲、運、用等的技術(shù)發(fā)展路線開展研究梳理工作。這項工作是基于德爾菲的調(diào)查問卷方式開展的，首先以對全國高校、研究所、企業(yè)等氫能方面的專家進行問卷調(diào)查結(jié)果為樣本，并綜合評估和分析，制定上海市氫能碳中和技術(shù)發(fā)展路線。首先，我們把氫能劃分成三個大類：

 

（1）氫能動力與發(fā)電應用；

 

（2）氫氣儲存與輸配技術(shù)；

 

（3）制氫及氫氣轉(zhuǎn)存技術(shù)。

 

對三個大類的小項分別開展了兩方面的特性研究，即：第一方面是氫能技術(shù)特性，包括成本特性、時間特性、上海發(fā)展特性、上海推廣特性等。上海發(fā)展是指上海有條件發(fā)展該項技術(shù)，但應用的場景可能在外地，甚至在國外。上海推廣當然是在上海本地區(qū)域里具有應用的技術(shù)，同時能夠?qū)μ贾泻妥龀鲐暙I；第二方面是氫能技術(shù)對碳中和貢獻度，即這個技術(shù)好不好，還要考慮對碳中和的貢獻量，具體又把它分成四個方面，包括提高能源利用效率、改善能源結(jié)構(gòu)、保障能源安全、降低碳排放等。

 

三個大類分別采集到十幾個小項樣本，其中制氫及氫氣轉(zhuǎn)存技術(shù)有14個小項，氫氣儲存與輸配技術(shù)有13個小項，氫能動力與發(fā)電應用有15個小項，同時每個小項技術(shù)的成熟度得到數(shù)據(jù)評價。也對各個氫能特性進行分析，具體的打分進行評價。可以發(fā)現(xiàn)每一類中有被強烈推薦的、可以發(fā)展的及不建議推薦的。碳中和貢獻方面的評價，有的技術(shù)貢獻度很小，有些是比較適當，有些很高，這里也進行了評價。也對大類及小類進行了打分，總體表明上海市技術(shù)和產(chǎn)業(yè)高地，應用場景豐富，相關(guān)技術(shù)的成熟度和經(jīng)濟性還有待提升。

 

根據(jù)上述樣本進行評價和研究，提出上海市的氫能碳中和路線的發(fā)展路徑提出了近期、中期、遠期目標。具體是：

 

近期目標主要對電解水制氫、光解水制氫、海水制氫等低碳多元制氫技術(shù)研發(fā)應用。進行安全可控的儲氫和輸氫技術(shù)研發(fā)與實踐，促進氫能在交通領(lǐng)域的商業(yè)應用，并拓展儲能、分布式發(fā)電、工業(yè)、建筑等領(lǐng)域的示范應用。

 

中期目標主要是推進可再生能源制氫、綠色氫基燃料制備的規(guī)模化，構(gòu)建高密度、輕量化、低成本的儲運網(wǎng)絡。

 

遠期目標主要是形成整個氫能生態(tài)，與電能、熱能形成深度融合，促進形成多元的互補融合新型能源系統(tǒng)。

 

形象的說就是近期各項氫能技術(shù)分別進行技術(shù)突破和示范引領(lǐng)，到中期看這項技術(shù)能不能規(guī)?；瘧?，能不能降本增效。假如這個技術(shù)很好，但成本一直下不來，也沒法規(guī)?；?，可能就遭到淘汰，遠期的技術(shù)主要著重于和能源生態(tài)或者電力生態(tài)，包括各個行業(yè)的能源生態(tài)的融合。依此形成的目標，總共梳理了重點技術(shù)有制氫和儲運氫、氫能應用等方面共三十多項技術(shù)，包括氫能燃料電池汽車方面、加氫站、分布式功能等，包括船用、航空等應用場景。

 

當前我國在氫能技術(shù)及裝備的水平大體上也進行了具體的評價，特別是裝備類，分為制氫、運輸環(huán)節(jié)、應用環(huán)節(jié)，與國外水平接近、與國外水平差距明顯、國內(nèi)外都處于研發(fā)階段的技術(shù)也進行了簡單的歸類。比如制氫端的堿水制氫，國內(nèi)的技術(shù)和國外是相當階段，在固體氧化物制氫方面，國內(nèi)國外都處于研發(fā)狀態(tài)，在PEM制氫方面，國外已經(jīng)進入到產(chǎn)業(yè)化的示范，國內(nèi)也在快速追趕，AEM方面國內(nèi)外還處在實驗室的狀態(tài)。在應用領(lǐng)域，燃料電池汽車在國內(nèi)外的技術(shù)比較相當，國內(nèi)特別是商用車的技術(shù)，走得還是比較前面。加氫站現(xiàn)在的水平和國外沒有什么太大的差距，在局部領(lǐng)域有超越的可能。說到氫能發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，大家最關(guān)心的是三個方面：制、儲、運、用，瓶頸是運。所以，氫能發(fā)展的關(guān)鍵是儲運，特別是運。這里有一組數(shù)據(jù)涉及到天然氣，現(xiàn)在天然氣在國家的一次能源里比重大概10%不到一點，但需要的輸配設備包括：西氣東輸一線到五線，還有“川氣東送”、中緬線、中俄線，還有沿海十幾個LNG接收站。如此大規(guī)模的輸配儲運的基礎(chǔ)設施，可以以此對照氫能對基礎(chǔ)設施的需求。按照專家的預測，在2060年，氫能在消費端占的比重為12%，國際預測更樂觀，要達18%。就是12%的規(guī)模對照目前天然氣10%不到規(guī)模，可以想象一下它的基礎(chǔ)設施的規(guī)模了，這是一個很大的問題。好在今年上半年聽到了一些好消息，首先是中石化400公里從內(nèi)蒙到燕山石化的純氫管道，其次是中石油有390公里的摻氫24%的天然氣管道開建，還有最近的是國家管網(wǎng)高壓純氫管道試驗成功，純氫壓力達到6.3兆帕，最高的壓力可以達到九點多兆帕，和現(xiàn)在天然氣主干線上的輸配壓力接近。管道儲運為大規(guī)模的氫利用帶來希望，管道本身不光是運送的工具，更是儲存的設施，也能適應規(guī)?；?。

 

6月6日BP發(fā)表的2023年中文版的BP《世界能源展望》里提到能源系統(tǒng)三個維度：安全性、可負擔性、可持續(xù)性，共同構(gòu)成了能源“不可能三角”。氫氣要成為氫能，首先要解決安全問題。第二個要解決成本問題、可負擔即經(jīng)濟性，第三個是可持續(xù)，具有規(guī)模化。這三個問題從儲運端的解決主要是靠管道輸運，盡管現(xiàn)在有固態(tài)儲氫、液態(tài)儲氫等等技術(shù)方向，但最終都要面臨能源“不可能三角”的拷問。

 

2060年碳中和下上海的能源愿景（能源結(jié)構(gòu)）會是怎樣？碳中和能源技術(shù)路線也許可以給出眉目，即上海市行政區(qū)域的主供能源來自于域外的綠電、綠氫、海外的綠氫或者氫基燃料，還有沿海一帶的海上風電及海上風電制氫，傳統(tǒng)能源作為保供和保障性能源，共同構(gòu)成氫網(wǎng)、電網(wǎng)、天然氣網(wǎng)和熱網(wǎng)互相融合的新型能源供應體系，建成全球綠色之都。

 

舜華新能源是一家因氫而生、因氫能成長的國家級“專精特新”小巨人企業(yè)，成立于2004年，主要從事高壓氫氣管理技術(shù)研究，加氫站的裝備、車載儲氫系統(tǒng)等制造工作，業(yè)務范圍覆蓋制氫、加氫站、儲氫系統(tǒng)、核電、軍工、分布式能源等領(lǐng)域。參與了二十幾項國家標準行業(yè)標準的編制，完成專利200多項。

 

舜華目前建設完成加氫站八十余座，其中七座具有70兆帕加氫能力的加氫站，六座是制加氫一體站。舜華公司承建的嘉定區(qū)氫能港加氫站和郊野公園加氫站都已結(jié)構(gòu)封頂，最近將進入設備調(diào)試階段，這兩個站都具有70兆帕的加氫能力。

 

車載儲氫系統(tǒng)是舜華的支柱產(chǎn)品，目前已經(jīng)完成4000多套，最具特色是70兆帕的車載儲氫系統(tǒng)的正向開發(fā)能力，目前為上汽大通的這款乘用車提供了70兆帕車載儲氫系統(tǒng)，與此同時還其它數(shù)家整車廠提供70兆帕車載儲氫系統(tǒng)。在開發(fā)系統(tǒng)過程中，一些關(guān)鍵的零部件已經(jīng)逐漸采用了自己研制的產(chǎn)品。

 

在技術(shù)和裝備開發(fā)中，我們也采取剝洋蔥的方式，從系統(tǒng)到關(guān)鍵設備再到關(guān)鍵零部件，這兩個站的所有設備全是國產(chǎn)化。2019年建成的金山的加氫站，70兆帕壓縮機采用進口的。而今氫能港加氫站和郊野公園加氫站的70兆帕壓縮機已經(jīng)采用國產(chǎn)，特別是壓縮機由舜華公司自己來生產(chǎn)。

 

此外，舜華旗下的堿水電解水制氫產(chǎn)品已在2022年下線，主要滿足上游可再生能源制氫領(lǐng)域的應用場景市場。

 

舜華具有的安全評價技術(shù)是氫能企業(yè)中最具特色的，我們對所做的氫系統(tǒng)、加氫站要開展安全評價，給用戶帶去安心。

 

另外舜華也在積極推廣氫能的創(chuàng)新應用，如第三代核電站，包括某些特種場合高壓氫氣管理裝置，同時推進天然氣摻氫在燃氣輪機、調(diào)峰電廠發(fā)電的應用，我們提供了天然氣摻氫、混氫的技術(shù)和裝備，以及燃氣輪機的前置模塊和調(diào)壓裝備。并以燃料電池動力系統(tǒng)為基礎(chǔ)推進燃料電池在分布式能源領(lǐng)域的應用，同時我們也在促進低熱值的工業(yè)富產(chǎn)氫在分布式能源領(lǐng)域的應用，進一步提升低熱值富氫尾氣利用價值。

 

上海氫能利用工程技術(shù)研究中心是“民非”機構(gòu)，主要是為政府、企業(yè)、氫能行業(yè)的單位提供安全評價、數(shù)據(jù)分析、標準研究以及合作交流的工作。

 

這里是2023中國汽車論壇，借此披露一個與汽車密切相關(guān)的信息。大家一定都了解，有很多參加本次論壇的整車廠都在開展氫能燃料電池乘用車的研究和開發(fā)，有些上公告了有些已小批量生產(chǎn)了。但大家有一個困惑，如何推廣乘用車的應用？。為此，我們和有關(guān)的整車廠已開展研究一個名為“小行星計劃”的計劃，全稱是“小行星加氫基礎(chǔ)設施網(wǎng)絡建設計劃”，以服務氫能燃料電池乘用車規(guī)?；茝V為首選目標，快速布局70兆帕加氫站網(wǎng)絡。該網(wǎng)絡具有站小點多、服務區(qū)域大、快速加注（就像加油一樣），服務的車輛多（我們希望這個項目能夠達到萬輛級），服務效率高等特點。

 

現(xiàn)在國內(nèi)大概有近10家左右整車廠涉及到氫能燃料電池乘用車的領(lǐng)域，其中有5家已經(jīng)上公告，而上汽大通已經(jīng)小批量推向市場，現(xiàn)在還有其它整車廠都在開展這方面的工作。乘用車和商用車相比有一些明顯的運行特征：一是乘用車的運行軌跡是不固定的；二是乘用車的加氫壓力都需要70兆帕的加氫能力的加氫站；三是乘用車加氫的量不大，五六公斤就夠了；四是乘用車不一定是每天需要來加氫。它有這樣四個特征和燃油車是完全一樣的，所以我們要根據(jù)氫能燃料電池乘用車的特點，開展加氫網(wǎng)絡的設計，使得乘用車有可能快速推廣。

 

在這里發(fā)布這個信息目的是，希望有更多的乘用車廠家，甚至氫能源的供應廠家以及對平臺應用有興趣的廠家共同參與這件事情，因為這個網(wǎng)絡的本身就是氫能燃料電池乘用車、加氫站、氫源及其供應商和運營商共同的平臺。