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

這段時間，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)電無淡化海水電解制氫技術(shù)海試成功，我國長距離輸氫技術(shù)獲重大突破……

在這個新領(lǐng)域，浙江一直在研發(fā)等方面持續(xù)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(shè)廳聯(lián)合印發(fā)《浙江省加氫站發(fā)展規(guī)劃》(下稱“《規(guī)劃》”)，通過布局加氫基礎(chǔ)設(shè)施，推動氫燃料電池汽車的發(fā)展，氫能全產(chǎn)業(yè)鏈全面鋪開。

這條新賽道，資源小省浙江能否走在前列?記者近日走訪浙江大學(xué)氫能研究院及省內(nèi)各地了解到，在氫能賽道上爭先，要解決三大問題。

制氫之難

氫氣是最輕的氣體，在生活中很常見。“終極能源”久久未能進(jìn)入尋常百姓家，第一道門檻就卡在制氫上。

“放眼全球，工業(yè)規(guī)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。”一直從事化學(xué)研究的浙江大學(xué)氫能研究院制氫技術(shù)研究中心主任侯陽說。

據(jù)介紹，全球近八成氫氣來自化石原料制氫，如國外主要是天然氣制氫，國內(nèi)以煤制氫為主，原因在于中國能源結(jié)構(gòu)“多煤少氣”。這種方式技術(shù)難度不高、規(guī)模化、成本低，但會產(chǎn)生大量碳排放，故而業(yè)內(nèi)稱之為“灰氫”。

相比之下，工業(yè)副產(chǎn)氫是比較理想的氫氣來源，因為很多傳統(tǒng)化工工藝會順帶產(chǎn)生氫氣，成本低，被稱為“藍(lán)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(guī)劃》正是在兩條“氫走廊”的基礎(chǔ)上，充分利用工業(yè)副產(chǎn)氫、著眼海上風(fēng)電光伏發(fā)展前景，計劃打造“一核、兩區(qū)”——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)動發(fā)展區(qū)和浙西南氫能產(chǎn)業(yè)培育區(qū)。

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(chǔ)最好的重點區(qū)域。這些地區(qū)有著一個共同特點：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(shè)中，預(yù)計新增5萬噸/年工業(yè)副產(chǎn)氫。此前，浙江閏土新材料有限公司的16萬噸離子膜燒堿項目已投產(chǎn)，年產(chǎn)氫氣4000噸。“我們充分利用化工行業(yè)集聚提升的契機，大力發(fā)展氫氣提純技術(shù)。”紹興市發(fā)改委黨組成員、產(chǎn)業(yè)處處長鄭曉說。

在業(yè)內(nèi)，最被看好的是電解水制氫，但電解水的過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)出來的氫氣才能稱之為“綠氫”。

從能源轉(zhuǎn)化效率和成本來看，電解水制氫存在效率低和綜合成本高等問題，這是當(dāng)下制氫亟需攻克的難題。

據(jù)測算，電價在0.616元/度的時候，每千克氫氣的成本大概是39.06元;電價在0.3元/度時，每千克氫氣成本約21.22元;電價降到0.13元/度的時候，成本約11.63元，這才基本實現(xiàn)與“灰氫”平價。顯而易見，制氫成本與電價緊密相關(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，全球首次海上風(fēng)電無淡化海水原位直接電解制氫技術(shù)海上中試獲得成功。

侯陽告訴記者，海上風(fēng)電場屬于可再生能源發(fā)電，但遠(yuǎn)海輸送回陸地成本過高，就地制氫既能有效進(jìn)行風(fēng)能轉(zhuǎn)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(jì)大省可以從海上獲取大量氫能，將地理資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)發(fā)展優(yōu)勢。”

運氫之困

南水北調(diào)、西電東送、西氣東輸，這些耳熟能詳?shù)拇蠊こ蹋鋵嵍荚诮鉀Q資源分布不平衡的問題。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地方，跨區(qū)輸送帶來了新的問題。”浙江大學(xué)氫能研究院氫儲輸裝備研究中心主任施建峰說，儲運一頭連著制取、一頭連著應(yīng)用，一旦不暢通就會抑制氫產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化發(fā)展。

施建峰說，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。

以最常見的加壓為例，目前國內(nèi)普遍采用20兆帕氣態(tài)高壓儲氫長管拖車運輸方式，適用于中短距離的氫氣輸送，成本約為20元/公斤，占?xì)錃饨K端消費價格的一半。降低成本的辦法是繼續(xù)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展研究。

2021年，浙江大學(xué)聯(lián)合浙江巨化集團(tuán)等單位申報的項目——氫氣規(guī)模化提純與高壓儲存裝備關(guān)鍵技術(shù)及工程應(yīng)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(dá)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(shù)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(guī)規(guī)矩矩地排列。

施建峰介紹，液態(tài)氫的存儲效率更高，密度達(dá)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(zhǔn)了這個方向。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(tuán)低溫裝備技術(shù)結(jié)合，雙方成立液氫裝備技術(shù)聯(lián)合實驗室，著力突破超低溫領(lǐng)域裝備“卡脖子”技術(shù)。

不論哪種方式儲運，都會面臨一個技術(shù)難題：氫脆。

在壓力的作用下，氫氣會鉆入金屬材料，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)氫能研究院院長鄭津洋院士牽頭國家973計劃項目、國家重點研發(fā)計劃項目，對氫脆開展了系統(tǒng)深入研究。“我們對氫脆已有深刻認(rèn)識，逐步搞清哪些材料會發(fā)生氫脆、氫脆產(chǎn)生的條件以及阻止或延緩的辦法。”施建峰說，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(nèi)廣泛看好。

與此同時，國內(nèi)輸氫領(lǐng)域?qū)矣型黄疲?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(xiàn)有天然氣管道長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(tuán)管道斷裂控制試驗場，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(dá)到國際第一梯隊的先進(jìn)水平。”施建峰說，這都為我國今后實現(xiàn)大規(guī)模、低成本的遠(yuǎn)距離氫能運輸提供了技術(shù)支撐。

不過，從技術(shù)突破向產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵一躍并不簡單。最成熟的高壓氣態(tài)儲氫仍面臨投資成本高、回報周期長的瓶頸，低溫液態(tài)儲氫則存在能耗較高、尚未實現(xiàn)全鏈條技術(shù)自主等問題，輸氫管道更是需要政府投資來支持浩大的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)……

用氫之限

“現(xiàn)在氫比較貴，還不足以吸引各行各業(yè)。逐步推開后，就會引發(fā)大家對它的想象。”浙江大學(xué)氫能研究院氫電協(xié)同技術(shù)研究中心主任夏楊紅說。

當(dāng)前，氫氣有幾大應(yīng)用方向。一是交通領(lǐng)域。2021年，國家批復(fù)了京津冀、上海、廣東、河北、河南等五大氫燃料電池汽車示范城市群。作為浙江首批發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)的試點城市，嘉興也在向氫燃料電池公交車和重卡發(fā)力，今年投入運營了35輛氫能源公交車。

此次《規(guī)劃》正是以交通領(lǐng)域為突破口，計劃到2025年，建設(shè)加氫站50座以上、日加氫能力35.5噸以上。同時，改造提升現(xiàn)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(qū)100公里輻射半徑的加氫網(wǎng)絡(luò)。

二是電網(wǎng)儲能領(lǐng)域。隨著新能源占比越來越高，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(diào)節(jié)作用。

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

能源載體只是用氫的一個方向，它還有無窮的可能。

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還原氧化物，原本排放二氧化碳的過程轉(zhuǎn)變?yōu)樯伤a(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……隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，人們的思路將更加開闊。

不過，在應(yīng)用前景廣闊的電網(wǎng)儲能領(lǐng)域，氫電協(xié)同走入現(xiàn)實應(yīng)用還需要翻越多座大山。比如損耗問題。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(gòu)承擔(dān)的國家重點研發(fā)計劃專項——國內(nèi)首個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(xù)運行168小時，還能每天滿足10輛氫能車加氫、50輛電動車快充的需求。

“項目實現(xiàn)新能源直接電解制氫，綜合余熱供暖，整體利用效率達(dá)到82.5%，已經(jīng)非常可觀。”夏楊紅說。

浙江是用能大省、資源小省。長遠(yuǎn)來看，未來浙江或往海上走，大規(guī)模開發(fā)中遠(yuǎn)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，遠(yuǎn)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(jì)性和市場需求將隨之上升，想象空間將進(jìn)一步打開。

特別推薦：國際氫能與燃料電池展現(xiàn)場參觀報名