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石油公司如何玩轉氫能?

《中國能源報》( 2020年08月03日   第 14 版) 記者 吳莉

1升液氫只有70克,而能量密度卻是普通汽油的3倍,可以用于航天、航空等高速運輸工具。

作為清潔的二次能源,氫能可以廣泛應用在燃料電池車輛、發電、儲能等領域。規模化儲存的特性讓它可以部分替代石油和天然氣,對應對氣候變化和保障能源供應安全等具有一定的支撐作用,已逐步走進了人們的生產生活,成為世界發達國家追逐的能源新寵。

氫能有多重要?“2050年氫能在我國終端能源體系中將占10%-15%,成為我國能源戰略重要組成部分,與電力協同互補,共同成為我國終端能源體系的消費主體,可以帶來十幾萬億的新興產業。”中國工程院院士干勇這樣說。

“氫能熱”已驅動國際大牌石油公司試水,中國石油公司自然也不甘落后,但石油公司能玩轉氫能嗎?

日前,在中國石化舉辦的氫能戰略研討會上,多位院士和專家、企業主們就此展開熱議。

“成本高、運輸難”

中國氫能聯盟發布的白皮書預計:到2050年,氫氣需求量接近6000萬噸,年經濟產值將達到12萬億元,全國加氫站達到1萬座以上,交通運輸、工業領域將實現氫能的普及應用,燃料電池達到520萬輛/年,固定式發電裝置2萬套,燃料電池系統產能550臺套/年。6000萬噸氫利用,可減排約7億噸二氧化碳。

目前制氫的主要來源:化石燃料制氫、工業副產物制氫、電解水制氫、生物質制氫等。

制取氫的經濟性如何呢?根據業內人士測算,不同原料制取一公斤氫的成本從高到低依次為:電解水制氫48.27元;煤制氫26.32元;天然氣制氫28.11元;乙醇制氫27.6元。 其中,化石燃料制氫與工業副產制氫以較低的成本占據制氫結構的主體地位。但化石能源面臨著碳排放問題,未來碳捕捉技術有望解決二氧化碳排放問題,但也會增加制氫成本。

“低成本制氫是可持續發展的關鍵”。中國工程院院士顧大釗指出。現實是多數制氫成本方式還不具備競爭力。比如,按照中國工程院院士、中國礦業大學教授彭蘇萍的測算,燃料電池車用氫成本控制在40元/公斤才有競爭力。

另外值得注意的是,有業內專家指出, 未來可再生能源可能會變成制氫的主要方式,在經濟性上將明顯強于化石能源。

雖然氫氣很輕,但儲運起來并不輕巧,也是氫作為能源最大的應用難點之一。目前主要有液氫、高壓氫瓶、金屬儲氫、有機化合物等儲氫模式。氫液化能量消耗比較高,高壓瓶儲運價格相對低廉,但主要適合中小量氫的儲運,是我國目前主要儲氫方式。中國工程院院士、中國科學院大連化物所研究員衣寶廉等業內人士建議,對于長距離、大規模運輸氫應探索天然氣管網運輸。

關鍵技術和核心裝備“卡脖子”

讓院士們擔憂的是,目前“卡脖子”問題分布在氫能產業的各個環節,從制氫、儲氫到加氫,亟需打破國外技術壟斷。“技術瓶頸是導致氫能產業成本居高不下的原因,特別是氫儲運、燃料電池及電解技術均亟待突破。”彭蘇萍說。   

總體上看,國內氫能產業技術水平與國際先進水平在一些方面還存在不小的差距。干勇說,一些與氫相關的關鍵材料都與國外存在差距,比如,氫密封材料、低溫金屬材料、高效冷絕緣材料等;燃料電池方面,耐久性壽命比國外產品要短;在儲氫環節,車載儲氫罐與國外具有一定差距,還達不到完全工程化。還有固定式、移動式的氫氣存儲裝置、加壓和加注設備,這些零部件的耐久性和可靠性還要形成技術規范和標準,達到批量化、商業化的應用;加氫機和氫氣壓縮機,燃電電池系統檢測和氫氣檢測和國外差距都比較大。

干勇舉例說,燃料電池的關鍵材料——膜電極,是燃料電池里最昂貴的部件,以1000套的生產能力來算,膜電極占78%的成本,即使到50萬套也占62%。我國制訂了支持膜電極發展中長期計劃,但有些指標沒有達到,投入不夠,大型企業的介入也不夠。

彭蘇萍進一步指出,與歐美發達國家相比,我國缺乏對氫能全產業鏈的深入研究,沒有經歷過規模試驗、數據收集、技術改進、經驗積累等階段,基礎研究數據和成果經驗缺乏,亟需構建產業鏈和關鍵材料自主核心技術體系及標準。

可參與全產業鏈

敢玩氫能得有底氣,石油公司有哪些優勢呢?

首先是資源和成本。彭蘇萍說,石油企業是油氣資源的上游生產者,本身擁有資源,具備以相對較低成本生產氫氣的條件,目前,利用油氣制氫的成本略高于煤,是電解水制氫成本的1/3到1/4。

其次是龐大的加油站網點。氫能目前更多應用在車用燃料電池上,但是建一座加氫站的成本都要上千萬元,而石油公司遍布全國的加油站,直接就地利用,加氫和加油共建,或者加油、加氣、充電和加氫混合,可以省下不少錢。目前,中石油中石化已經在開展這些業務。

最后是橫貫南北的天然氣管網。氫的儲運問題制約著產業發展,也是關乎氫能成本的關鍵因素,地下數萬公里的天然氣管網,可以規模化運輸氫,對石油公司來說是一大優勢。

中國石化是國內較早涉足氫能的石油公司,先天的優勢加之領導層的重視,這兩年得以快速發展。中國工程院院士、中國石化集團董事長張玉卓介紹,目前中國石化每年氫氣的產量約300萬噸,占全國氫氣產量的14%左右。擁有3萬多座加油站,目前已建成若干油氫合建示范站。

也就是說,無論是上游制氫還是中游或者下游的應用,氫能產業鏈的各個環節石油公司均可參與。“我國氫能產業發展還處于培育階段,需要有實力的大型企業來承擔示范任務,擔當產業排頭兵。”中國工程院院士、中國工程院能源與礦業工程學部主任蘇義腦說。這對家底豐厚的石油公司的來說,也是一大優勢。

但氫能產業發展方向如何選擇、發展路徑如何優化、發展時機如何把握,仍然存在疑問甚至爭議。

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