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

這段時(shí)間，關(guān)于氫能技術(shù)突破的消息不斷——

全國產(chǎn)量最大的電池燃料氫項目正式投產(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，我國長(cháng)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、省建設廳聯(lián)合印發(fā)《浙江省加氫站發(fā)展規劃》(下稱(chēng)“《規劃》”)，通過(guò)布局加氫基礎設施，推動(dòng)氫燃料電池汽車(chē)的發(fā)展，氫能全產(chǎn)業(yè)鏈全面鋪開(kāi)。

這條新賽道，資源小省浙江能否走在前列?記者近日走訪(fǎng)浙江大學(xué)氫能研究院及省內各地了解到，在氫能賽道上爭先，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(mén)檻就卡在制氫上。

“放眼全球，工業(yè)規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)。

據介紹，全球近八成氫氣來(lái)自化石原料制氫，如國外主要是天然氣制氫，國內以煤制氫為主，原因在于中國能源結構“多煤少氣”。這種方式技術(shù)難度不高、規?；?、成本低，但會(huì )產(chǎn)生大量碳排放，故而業(yè)內稱(chēng)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，因為很多傳統化工工藝會(huì )順帶產(chǎn)生氫氣，成本低，被稱(chēng)為“藍氫”。借助工業(yè)副產(chǎn)氫的成本優(yōu)勢，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《規劃》正是在兩條“氫走廊”的基礎上，充分利用工業(yè)副產(chǎn)氫、著(zhù)眼海上風(fēng)電光伏發(fā)展前景，計劃打造“一核、兩區”——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)展區和浙西南氫能產(chǎn)業(yè)培育區。

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)展基礎最好的重點(diǎn)區域。這些地區有著(zhù)一個(gè)共同特點(diǎn)：化工產(chǎn)業(yè)相對雄厚，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目正在建設中，預計新增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)噸離子膜燒堿項目已投產(chǎn)，年產(chǎn)氫氣4000噸?！拔覀兂浞掷没ば袠I(yè)集聚提升的契機，大力發(fā)展氫氣提純技術(shù)?！苯B興市發(fā)改委黨組成員、產(chǎn)業(yè)處處長(cháng)鄭曉說(shuō)。

在業(yè)內，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(chēng)之為“綠氫”。

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

據測算，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)能轉化，也能大大降低制氫成本，“這項技術(shù)一旦成熟，沿海經(jīng)濟大省可以從海上獲取大量氫能，將地理資源優(yōu)勢轉化為經(jīng)濟發(fā)展優(yōu)勢?！?/p>

運氫之困

南水北調、西電東送、西氣東輸，這些耳熟能詳的大工程，其實(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，跨區輸送帶來(lái)了新的問(wèn)題?！闭憬髮W(xué)氫能研究院氫儲輸裝備研究中心主任施建峰說(shuō)，儲運一頭連著(zhù)制取、一頭連著(zhù)應用，一旦不暢通就會(huì )抑制氫產(chǎn)業(yè)的規?；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更多質(zhì)量的問(wèn)題，目前主要有加壓、降溫和金屬或有機物吸附等技術(shù)路線(xiàn)。

以最常見(jiàn)的加壓為例，目前國內普遍采用20兆帕氣態(tài)高壓儲氫長(cháng)管拖車(chē)運輸方式，適用于中短距離的氫氣輸送，成本約為20元/公斤，占氫氣終端消費價(jià)格的一半。降低成本的辦法是繼續加壓，讓單位體積可容納更多氫氣，有浙江科研人員正對此開(kāi)展研究。

2021年，浙江大學(xué)聯(lián)合浙江巨化集團等單位申報的項目——氫氣規?；峒兣c高壓儲存裝備關(guān)鍵技術(shù)及工程應用——榮獲2020年度國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎二等獎，其聯(lián)合研發(fā)的98兆帕大容積儲氫罐，技術(shù)達到全球領(lǐng)先。

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

運用降溫方式存儲，則能讓氫分子規規矩矩地排列。

施建峰介紹，液態(tài)氫的存儲效率更高，密度達到71克/升，是高壓氣態(tài)儲氫的兩倍以上。但氫氣液化的溫度是零下253℃，比氮氣、天然氣的液化溫度要低得多，這對裝備技術(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低溫裝備技術(shù)結合，雙方成立液氫裝備技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗室，著(zhù)力突破超低溫領(lǐng)域裝備“卡脖子”技術(shù)。

不論哪種方式儲運，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(cháng)鄭津洋院士牽頭國家973計劃項目、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目，對氫脆開(kāi)展了系統深入研究?！拔覀儗浯嘁延猩羁陶J識，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度，被業(yè)內廣泛看好。

與此同時(shí)，國內輸氫領(lǐng)域屢有突破：4月16日，在寧夏銀川寧東天然氣摻氫管道示范平臺，中石油用現有天然氣管道長(cháng)距離輸送氫氣的技術(shù)獲得突破;6月25日，國家管網(wǎng)集團管道斷裂控制試驗場(chǎng)，我國首次高壓力純氫管道試驗成功。

“中國的氫儲運技術(shù)已經(jīng)達到國際第一梯隊的先進(jìn)水平?！笔┙ǚ逭f(shuō)，這都為我國今后實(shí)現大規模、低成本的遠距離氫能運輸提供了技術(shù)支撐。

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

用氫之限

“現在氫比較貴，還不足以吸引各行各業(yè)。逐步推開(kāi)后，就會(huì )引發(fā)大家對它的想象?！闭憬髮W(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)。

當前，氫氣有幾大應用方向。一是交通領(lǐng)域。2021年，國家批復了京津冀、上海、廣東、河北、河南等五大氫燃料電池汽車(chē)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(chē)和重卡發(fā)力，今年投入運營(yíng)了35輛氫能源公交車(chē)。

此次《規劃》正是以交通領(lǐng)域為突破口，計劃到2025年，建設加氫站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100公里輻射半徑的加氫網(wǎng)絡(luò )。

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

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

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(zhù)技術(shù)不斷進(jìn)步，人們的思路將更加開(kāi)闊。

不過(guò)，在應用前景廣闊的電網(wǎng)儲能領(lǐng)域，氫電協(xié)同走入現實(shí)應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，國網(wǎng)浙江電力有限公司聯(lián)合浙江大學(xué)等科研機構承擔的國家重點(diǎn)研發(fā)計劃專(zhuān)項——國內首個(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。光伏、風(fēng)電和制氫機、直流充電機，配合儲能、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)連續運行168小時(shí)，還能每天滿(mǎn)足10輛氫能車(chē)加氫、50輛電動(dòng)車(chē)快充的需求。

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

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

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