一項(xiàng)新技術(shù)會(huì)不會(huì)被整個(gè)社會(huì)接受并被廣泛應(yīng)用開(kāi)來(lái)，以及一個(gè)新產(chǎn)業(yè)會(huì)不會(huì)迅速發(fā)展，取決于眾多因素：政策法規(guī)硬性的規(guī)定，初始發(fā)展階段政府對(duì)技術(shù)或者行業(yè)的補(bǔ)貼，用戶(hù)群對(duì)技術(shù)成熟度以及成本下降的心理預(yù)期，投資機(jī)構(gòu)基于預(yù)期投資回報(bào)率對(duì)新行業(yè)的青睞程度，原始設(shè)備供應(yīng)商針對(duì)產(chǎn)品性能提升和成本下降的研發(fā)迭代速度，以及頭部領(lǐng)軍企業(yè)在技術(shù)可行性和解決方案經(jīng)濟(jì)性上的大膽示范探索，都會(huì)對(duì)新技術(shù)和新行業(yè)的發(fā)展起促進(jìn)作用?；乜茨茉搭I(lǐng)域過(guò)去二十年，光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)絕大數(shù)人預(yù)測(cè)，而二氧化碳捕捉封存及利用則大大落后于人們的預(yù)期，這點(diǎn)從近年國(guó)際能源署對(duì)光伏行業(yè)預(yù)期可見(jiàn)一斑。
雖然很難通過(guò)水晶球來(lái)精準(zhǔn)預(yù)測(cè)未來(lái)，但是我們可以從能源領(lǐng)域技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來(lái)尋求一些共性的規(guī)律，從而有助于我們思考和布局氫能產(chǎn)業(yè)。
拿光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展為例，德國(guó)政府于2000年通過(guò)《可再生能源法》，大肆補(bǔ)貼可再生能源。隨后德國(guó)的光伏裝機(jī)實(shí)現(xiàn)快速增長(zhǎng)，從而帶動(dòng)了整個(gè)行業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展。而后中國(guó)政府入場(chǎng)，在供給端以及需求段發(fā)力。這隨即帶動(dòng)了項(xiàng)目開(kāi)發(fā)商，投資機(jī)構(gòu)，光伏企業(yè)，用戶(hù)企業(yè)等整個(gè)生態(tài)體系的迅速發(fā)展和迭代。這是一個(gè)經(jīng)典的需求拉動(dòng)供給的案例。整個(gè)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)迭代速度，以及規(guī)?；?yīng)相輔相成，快速拉動(dòng)了成本的下降，從而進(jìn)一步推動(dòng)了光伏技術(shù)的普及。
我們來(lái)看氫能產(chǎn)業(yè)。不出意外，氫能的發(fā)展，也將遵循需求拉動(dòng)供給的規(guī)律。針對(duì)綠氫的應(yīng)用，需要從端到端的全價(jià)值鏈來(lái)考量。綠氫的“制、儲(chǔ)、運(yùn)、用”四個(gè)環(huán)節(jié)，缺一不可。其中，“用”將起到?jīng)Q定性的作用。
綠氫的“用”
用氫的場(chǎng)景可分為既有場(chǎng)景和新興場(chǎng)景。
既有場(chǎng)景很好理解，就是今天應(yīng)用灰氫的行業(yè)（制氨，甲醇，原油精練，半導(dǎo)體等等），在雙碳目標(biāo)的大背景下，將來(lái)要逐步用綠氫替代灰氫的運(yùn)用。國(guó)內(nèi)領(lǐng)軍企業(yè)中石化和寶豐已經(jīng)吹響了號(hào)角，在化工和煤化工領(lǐng)域首先啟動(dòng)了綠氫項(xiàng)目。綠氫取代現(xiàn)有灰氫的應(yīng)用，綠氫成本下降帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)性，以及政策的約束性和鼓勵(lì)性是關(guān)鍵。
新興場(chǎng)景，則是在雙碳的背景下，用綠氫來(lái)使整個(gè)行業(yè)達(dá)到深度脫碳減排。比如，在鋼鐵冶煉行業(yè)，用綠氫替代焦炭來(lái)還原氧化鐵。行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)寶武已經(jīng)在這方面做了有益的探索。
基于國(guó)際氫能委員會(huì)的報(bào)告，在碳稅達(dá)到每噸100美元的前提下，對(duì)綠氫在一些行業(yè)的應(yīng)用前景作出了預(yù)測(cè)。
綠氫在各行業(yè)的應(yīng)用前景
無(wú)論是既有場(chǎng)景抑或新興場(chǎng)景，要想綠氫的應(yīng)用在不久的將來(lái)真正普及開(kāi)來(lái)，那么整個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景端到端（制儲(chǔ)運(yùn)用）的經(jīng)濟(jì)性，要在沒(méi)有政府補(bǔ)貼的前提下達(dá)到用戶(hù)承受程度。這里規(guī)模化應(yīng)用是加速新興技術(shù)發(fā)展迭代的關(guān)鍵。而大型工業(yè)規(guī)?；瘧?yīng)用綠氫，是綠氫發(fā)展不可少的場(chǎng)景。
談完綠氫的“用”，接下來(lái)我們簡(jiǎn)單的從綠氫的“制、儲(chǔ)、運(yùn)”三個(gè)方面預(yù)測(cè)一下未來(lái)的發(fā)展。
綠氫的“制”
決定綠氫制取成本最主要的三個(gè)因素，是可再生能源綠電的成本，制氫設(shè)備的利用小時(shí)數(shù)，以及制氫設(shè)備的投資和運(yùn)行維護(hù)成本?？稍偕茉唇?jīng)過(guò)多年的發(fā)展，風(fēng)光水綠電的成本已經(jīng)下降到可以和火電媲美的程度。然而綠電上網(wǎng)費(fèi)，可再生能源以及綠氫項(xiàng)目融資成本，和土地成本的疊加，抬高了綠氫制取成本。如果政府能在綠氫行業(yè)發(fā)展的初期，扶持行業(yè)一把，把綠電制取綠氫的上網(wǎng)費(fèi)用，項(xiàng)目融資成本，和土地成本等項(xiàng)目等相應(yīng)減免，將會(huì)大大推動(dòng)行業(yè)的發(fā)展。至于制氫設(shè)備的成本，在技術(shù)進(jìn)步和規(guī)模效應(yīng)的雙重作用下，一定會(huì)盡快降低。
在制氫的技術(shù)路線(xiàn)上，目前有堿液，質(zhì)子交換膜，陰離子交換膜，以及固體氧化物電解水制氫。堿液電解水制氫技術(shù)相對(duì)比較成熟。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，單體設(shè)備容量目前可達(dá)每小時(shí)制氫1000立方以上。設(shè)備造價(jià)低，性?xún)r(jià)比高。相比堿液制氫，質(zhì)子交換膜技術(shù)和間歇性的可再生能源耦合度比較高，可以在短時(shí)間內(nèi)啟停，提供電網(wǎng)輔助服務(wù)。同時(shí)安全性和環(huán)境友好性較好，產(chǎn)生的氣體純度相對(duì)較高。質(zhì)子交換膜在電極的催化劑中應(yīng)用了貴重金屬。目前大宗產(chǎn)品價(jià)格抬升，和堿液制氫相比，成本較高。然而目前綠氫項(xiàng)目的固定成本中，有三分之一屬于工程設(shè)計(jì)、項(xiàng)目管理、風(fēng)險(xiǎn)成本，這部分成本與技術(shù)路線(xiàn)選擇無(wú)關(guān)。剩余三分之二的硬件成本中，對(duì)于堿水電解的技術(shù)路線(xiàn)，大約四分之一屬于電解槽的成本。也就是說(shuō)整體固定成本中只有大約16%~17%由技術(shù)路線(xiàn)來(lái)決定。相對(duì)來(lái)說(shuō)，目前質(zhì)子交換膜的硬件成本則達(dá)40%到50%。隨著技術(shù)研發(fā)與進(jìn)步，以及隨著質(zhì)子交換膜燃料電池行業(yè)供應(yīng)鏈的發(fā)展，未來(lái)有十足的成本降幅空間。陰離子交換膜集堿液和質(zhì)子交換膜兩種技術(shù)之長(zhǎng)，同時(shí)規(guī)避了兩者的短處。然而技術(shù)發(fā)展還在早期，離成熟規(guī)模化商業(yè)應(yīng)用且有時(shí)日。固體氧化物技術(shù)走高溫路線(xiàn)，對(duì)材料和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求阻礙了規(guī)?；l(fā)展。
綠氫的“儲(chǔ)，運(yùn)”
氫的大規(guī)模儲(chǔ)運(yùn)目前制約著氫能產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；l(fā)展。
從技術(shù)路線(xiàn)上，氫的儲(chǔ)運(yùn)方式有液態(tài)，高壓，有機(jī)溶液，固態(tài)，管道摻氫以及基于綠氫合成的綠氨或者綠色甲醇等化合物。
液態(tài)氫可做為儲(chǔ)存氫氣的一種方式，比氣態(tài)氫省空間。液態(tài)氫在常壓需要保存在非常低的溫度下（大約在20.268開(kāi)爾文，-252.8℃）。它通常被作為火箭發(fā)射的燃料。目前基于液態(tài)氫大規(guī)模儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)還在開(kāi)發(fā)的早期，達(dá)到經(jīng)濟(jì)性上的可行還需要時(shí)間。我們要以發(fā)展的目光來(lái)看待液態(tài)氫儲(chǔ)運(yùn)的發(fā)展。首先它是大規(guī)模儲(chǔ)運(yùn)高純度氫的有效方式。正如幾十年前我們看待液化天然氣（LNG）的發(fā)展一樣，隨著需求的增加，技術(shù)的進(jìn)步，有朝一日液氫會(huì)是地區(qū)和地區(qū)之間大規(guī)模儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)中不可或缺的一環(huán)。高壓氣罐儲(chǔ)運(yùn)氫在一定距離一定容量下也是有效的方式。目前中集安瑞科與Hexagon戰(zhàn)略聯(lián)盟，將快速引入世界領(lǐng)先的Type 4儲(chǔ)氫運(yùn)輸裝備進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)。有機(jī)溶液儲(chǔ)運(yùn)氫在業(yè)界一直有爭(zhēng)議，因?yàn)檎麄€(gè)環(huán)節(jié)對(duì)能源消耗的需求以及后續(xù)提純都會(huì)增加儲(chǔ)運(yùn)的成本。規(guī)?；虘B(tài)儲(chǔ)氫尚在科研驗(yàn)證階段。而管道摻氫在某些應(yīng)用場(chǎng)景下也會(huì)是可選項(xiàng)之一。
工業(yè)氨基礎(chǔ)設(shè)施和專(zhuān)業(yè)知識(shí)的發(fā)展有一個(gè)世紀(jì)的歷史。這是綠氨發(fā)展的基石。綠氨（一個(gè)氮原子三個(gè)綠氫原子）是一種無(wú)碳化學(xué)品和燃料，由可再生電力、水和空氣制成，可以快速大規(guī)模部署，應(yīng)用在不同的場(chǎng)景中，包括航運(yùn)、大規(guī)模儲(chǔ)能、分布式發(fā)電和大量輸送氫氣。綠氨作為能源載體的顯著優(yōu)勢(shì)是儲(chǔ)存和運(yùn)輸成本低，尤其是與綠氫相比。
基于綠氫合成綠氨/綠色甲醇在各行業(yè)的應(yīng)用前景
和液氫和高壓氣氫相比，綠色甲醇和綠氨單位體積存儲(chǔ)的能源更多，而且可以利用現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施，因此作為能源載體或者燃料，應(yīng)用前景頗廣。
基于綠氫的綠氨，綠色甲醇，以及綠色燃料合成，將會(huì)把電力和化工兩個(gè)行業(yè)拉的更緊密。在將來(lái)，需要從從可再生能源，儲(chǔ)能，制氫，以及基于氫的下游合成來(lái)進(jìn)行上下游整體優(yōu)化。通過(guò)考慮整體熱平衡，壓力分布，儀控方案，從而打造出對(duì)客戶(hù)價(jià)值最高的整體解決方案。
眾所周知的胡煥庸線(xiàn)（黑河—騰沖線(xiàn)），展示了中國(guó)獨(dú)特的地理特性以及人口東密西疏的格局。對(duì)于綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展來(lái)說(shuō)，可再生能源集中在三北地區(qū)，即胡煥庸線(xiàn)的上方。而我國(guó)絕大多數(shù)人口和產(chǎn)業(yè)，分布在胡煥庸線(xiàn)的下方。面向未來(lái)，或者我們通過(guò)綠電或者綠氫的方式從西向東大規(guī)模搬送可再生能源，或者我們將新建的耗能產(chǎn)業(yè)搬到可再生能源和水資源豐富的地區(qū)。目前已經(jīng)有企業(yè)計(jì)劃或者實(shí)施將電解鋁，金屬冶煉，以及化工等行業(yè)在西部籌建，或者由東部向西部遷徙，由此可以大幅降低大規(guī)模儲(chǔ)運(yùn)綠電以及綠氫的需求。隨著技術(shù)的進(jìn)步以及成本的降低，東南沿海海上風(fēng)電制氫將是一條可探討的路徑。首先東南沿海優(yōu)質(zhì)的風(fēng)場(chǎng)資源不少。其次，沿海到陸上距離不遠(yuǎn)，而大灣區(qū)長(zhǎng)三角的用能大戶(hù)較為集中。相比于從三北地區(qū)大規(guī)模輸運(yùn)綠氫到東南沿海，對(duì)于特定地區(qū)特定應(yīng)用場(chǎng)景海上風(fēng)電制氫會(huì)是未來(lái)的可選項(xiàng)之一。
在探討綠氫大規(guī)模儲(chǔ)運(yùn)方案的同時(shí)，還有兩個(gè)問(wèn)題需要整個(gè)生態(tài)體系加以重視，從而加快氫能產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。
首先是氫能在連續(xù)工業(yè)過(guò)程中的應(yīng)用，和可再生能源間歇性的矛盾。
上文提到的綠氫應(yīng)用場(chǎng)景，原油精練，煤化工，金屬冶煉，制氨，甲醇等等，都是24小時(shí)7天連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的工業(yè)流程。對(duì)于上規(guī)模連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)設(shè)施，頻繁啟停不可想像。
同時(shí)，一年8760小時(shí)，大多光伏工廠(chǎng)的運(yùn)行小時(shí)數(shù)介于1000到2000之間。一般陸上風(fēng)場(chǎng)的平均運(yùn)行小時(shí)數(shù)稍好，但也就是2000到3000多小時(shí)。而且一片云，一陣風(fēng)，一場(chǎng)雨雪，都會(huì)對(duì)可再生能源發(fā)電產(chǎn)生影響。水電相對(duì)風(fēng)光要好的多，雖然也有枯水旺水期，但基本能保障綠電的連續(xù)供給。因此綠氫的應(yīng)用場(chǎng)景，有條件應(yīng)該從水電入手。其次，風(fēng)光結(jié)合電網(wǎng)也比單一的光場(chǎng)或風(fēng)場(chǎng)好的多。在不并網(wǎng)，而且只有單一光或者風(fēng)的條件下，為了配合下游的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，大規(guī)模儲(chǔ)電或者儲(chǔ)氫必不可少。而在現(xiàn)階段，大規(guī)模儲(chǔ)電或者儲(chǔ)氫，無(wú)論從技術(shù)方案的集成以及經(jīng)濟(jì)性上，都不是很成熟。有條件的地方，可以考慮工業(yè)副產(chǎn)氫和綠氫結(jié)合運(yùn)用，從而滿(mǎn)足下游連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的需求。
如何針對(duì)不同行業(yè)的客戶(hù)需求，提供一套從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性上都健壯而且靈活的方案，需要生態(tài)體系中的各方攜起手來(lái)，共同打造經(jīng)典的示范項(xiàng)目，可復(fù)制，可規(guī)?；?。
其次是氫能應(yīng)用的安全性的問(wèn)題。
一說(shuō)起氫能利用的安全性，大多數(shù)人腦海里會(huì)閃現(xiàn)百年前氫飛艇爆炸的場(chǎng)面。事實(shí)上，近百年來(lái)，人類(lèi)一直在制儲(chǔ)運(yùn)用氫。氫的安全在技術(shù)上已經(jīng)解決，并不是問(wèn)題。目前在我國(guó)，氫和汽油，柴油，天然氣一樣，都被歸為?；芬活?lèi)。我們?cè)谄?，柴油天然氣等?；返陌踩婪逗吞幚砩隙嗄陙?lái)積累了許多實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
氫能應(yīng)用潛在的安全性風(fēng)險(xiǎn)，在于新應(yīng)用場(chǎng)景，以及規(guī)?；瘧?yīng)用。這里技術(shù)手段依然不是根本問(wèn)題。而是人的意識(shí)，以及行為習(xí)慣會(huì)帶來(lái)潛在風(fēng)險(xiǎn)。目前氫能應(yīng)用逐漸向規(guī)?；l(fā)展，項(xiàng)目開(kāi)發(fā)商，投資機(jī)構(gòu)，EPC整體系統(tǒng)集成商，關(guān)鍵產(chǎn)品部件的供應(yīng)商等對(duì)大規(guī)模項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)識(shí)程度不盡相同。如果在行業(yè)規(guī)?；l(fā)展的初期盲目壓低價(jià)格，會(huì)造成一些供應(yīng)商為了最低價(jià)中標(biāo)而采用更便宜的材料和組件，并降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)裕度。這里一旦發(fā)生事故，會(huì)對(duì)整個(gè)行業(yè)帶來(lái)沖擊，就向2011年3月福島核電站事故，對(duì)全球核電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來(lái)巨大的沖擊和影響。因此產(chǎn)業(yè)內(nèi)的各方對(duì)于綠氫應(yīng)用安全性的重視，應(yīng)該高于對(duì)綠氫應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性的考量。
2021年9月24日晚，聯(lián)合國(guó)秘書(shū)處組織召開(kāi)聯(lián)合國(guó)能源高級(jí)別對(duì)話(huà)會(huì)。國(guó)家能源局局長(zhǎng)章建華指出：“作為全球能源科技發(fā)展的推動(dòng)者，中國(guó)將加快部署新型儲(chǔ)能、氫能等關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)、推廣和應(yīng)用?！边@樣的頂層設(shè)計(jì)將推動(dòng)整個(gè)生態(tài)體系，從而加速氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。另外一個(gè)利好消息是中國(guó)在加快有關(guān)碳稅，碳資產(chǎn)，和碳交易的實(shí)踐。我相信這些舉措都將加快催生更多對(duì)綠氫規(guī)?；男枨?。而規(guī)?；男枨蟊貙⒗瓌?dòng)投資以及技術(shù)和產(chǎn)業(yè)更新?lián)Q代的迭代速度，從而在供給端真正替代目前的化石能源方案。
（作者為西門(mén)子能源股份公司新能源業(yè)務(wù)全球首席戰(zhàn)略官兼新能源亞太區(qū)業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人）
