“雙碳”目標的設立，加速了我國經(jīng)濟社會發(fā)展全面綠色低碳轉(zhuǎn)型的步伐。在此背景下，由可再生能源和電解水工藝制取的綠氫，既可用作清潔原料，保障工業(yè)部門的綠色發(fā)展，又可用作零碳能源，助力各領(lǐng)域深度脫碳，還可擔當能量儲存和運輸載體，支持能源系統(tǒng)安全穩(wěn)定，是一種不可或缺的優(yōu)質(zhì)資源。然而現(xiàn)階段，綠氫產(chǎn)業(yè)在蓬勃發(fā)展的同時，也面臨著技術(shù)瓶頸、需求不足、經(jīng)濟性欠缺等多重挑戰(zhàn)。
中國石化積極布局綠氫業(yè)務，助力綠氫產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展
人類社會生產(chǎn)利用氫氣的歷史已有數(shù)百年之久，近年來，在應對氣候變化的行動中，綠氫因清潔低碳而備受推崇，有望取代化石能源制氫，成為氫能產(chǎn)業(yè)主流發(fā)展方向。
隨著經(jīng)濟發(fā)展和技術(shù)革新，綠氫的應用場景逐漸從工業(yè)領(lǐng)域向交通、發(fā)電、建筑等部門拓展，綠氫產(chǎn)業(yè)的內(nèi)涵因而不斷擴充，以電解水制氫為核心，向上游與可再生能源發(fā)電、設備制造等行業(yè)密切相關(guān)，向下游延伸出氫氣儲存、運輸、加注等工藝環(huán)節(jié)。
從全球范圍著眼，綠氫產(chǎn)業(yè)增速亮眼但仍慢于預期。盡管在每年9000多萬噸的氫氣生產(chǎn)利用規(guī)模中，綠氫占比僅有0.1%，但與灰氫和藍氫相比，綠氫的增長速度最快，2021年的電解槽裝機規(guī)模較2020年增長了70%，亞洲和歐洲成為最主要的綠氫增量市場。IEA（國際能源署）預測，在凈零情景下，到2030年，全球綠氫規(guī)模將達到8400萬噸，遠高于已宣布的綠氫項目產(chǎn)能；到2050年將增至3.2億噸，在氫氣消費總量中的占比將突破60%。
聚焦國內(nèi)，綠氫產(chǎn)業(yè)在2022年迎來有序發(fā)展的“分水嶺”。3月，國家出臺了《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021——2035）》，明確提出重點發(fā)展可再生能源制氫；截至2022年底，共有24個省（自治區(qū)、直轄市）頒布了氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項規(guī)劃或指導意見，綠氫示范應用在化工、鋼鐵、交通、儲能、發(fā)電等領(lǐng)域多點開花，2025年可再生能源制氫目標合計超過100萬噸。這意味著我國綠氫產(chǎn)業(yè)結(jié)束了野蠻生長的階段，獲得了越來越清晰的目標路徑和越來越完善的保障機制。
中國石化在打造世界領(lǐng)先潔凈能源化工公司的愿景下，提出建設中國第一氫能公司的目標，堅持綠氫發(fā)展方向，在助力綠氫產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的同時，服務自身生產(chǎn)過程低碳化、提供產(chǎn)品清潔化。
例如，正在加緊施工的中國石化庫車綠氫示范項目，是全球在建的最大光伏綠氫生產(chǎn)項目，投產(chǎn)后年產(chǎn)綠氫可達兩萬噸，替代原有的天然氣制氫，年可減排二氧化碳48.5萬噸。
又如，中國石化加快推進內(nèi)蒙古鄂爾多斯、烏蘭察布、包頭等一批綠氫煉化重大項目，并計劃建設一條400千米長、年吞吐量10萬噸的綠氫管道，連接京蒙兩地，促進京津冀地區(qū)綠氫應用與低碳發(fā)展。
缺乏經(jīng)濟性是當前制約我國綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心癥結(jié)
盡管得到政策扶持和央企參與，但我國綠氫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進度依然不及預期，一個重要制約因素便是欠缺經(jīng)濟性。當前，我國綠氫應用的經(jīng)濟性遠遠遜色化石能源。例如，用作工業(yè)原料時，綠氫的基準平準化成本在30元/千克左右，是灰氫的兩倍以上，如果對灰氫追加碳排放成本，那么需要碳價漲到500元/噸才能顯現(xiàn)綠氫的競爭力；用作交通能源時，包括制氫、儲運、加氫等環(huán)節(jié)在內(nèi)的綠氫供應總成本在60元/千克以上，使得汽車用氫的成本是燃油的兩倍左右，倘若再計入購車成本，綠氫交通的競爭力還會進一步削弱；用作清潔燃料時，如果不考慮設備重置和用能效率問題，綠氫成本是同熱值煤炭的7倍多，即使煤價漲到2000元/噸，綠氫也依然不具備競爭力。
由于綠氫成本偏高，應用場景難以培育，使得市場需求遲遲無法打開，影響了綠氫項目的融資、建設和經(jīng)營，這種影響進一步向科研領(lǐng)域傳導，會遲滯技術(shù)和裝備國產(chǎn)化進程，不利于降低綠氫成本、提升競爭力，這又更加固化了社會各界“望氫生畏”的不利局面。
制氫環(huán)節(jié)是影響綠氫產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟性的基礎(chǔ)，降低制氫成本是規(guī)模化、市場化發(fā)展綠氫產(chǎn)業(yè)的前提。堿性電解水和質(zhì)子交換膜電解水是目前更為成熟的兩種綠氫制取技術(shù)，基準平準化成本分別為26元/千克和38元/千克，痛點集中體現(xiàn)在電費畸高和設備昂貴兩個方面。
其中，電費畸高一是由于電解槽的轉(zhuǎn)化效率有限，制取1千克綠氫的耗電量在50千瓦時以上，二是由于綠電價格較高，除“三北”（東北、華北、西北）地區(qū)的新能源基地外，全國大部分地區(qū)的度電成本都在0.3元以上；設備昂貴主要表現(xiàn)為質(zhì)子交換膜制氫的設備價格偏高，因為電解槽所需的質(zhì)子交換膜大量依賴進口，且催化劑也離不開鉑、銥等貴金屬。
展望未來，預計綠氫產(chǎn)業(yè)將迎來一段10年左右的“快速降本期”，堿性電解水制氫成本將主要由規(guī)模效應和商業(yè)模式優(yōu)化驅(qū)動，質(zhì)子交換膜電解水制氫成本將主要由技術(shù)進步驅(qū)動，與此同時，煤制氫和天然氣制氫的成本將在碳價的推動下小幅上漲。預計2035年前后，我國綠氫和灰氫將在17元/千克左右的成本區(qū)間展開競爭，到2040年，綠氫經(jīng)濟性有望全面超越灰氫，到2060年，綠氫的基準平準化成本將降為10元/千克左右。
儲存和運輸是綠氫應用必不可少的環(huán)節(jié)，若不重視儲運基礎(chǔ)設施建設和效率提升，或?qū)⒊蔀橹萍s綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個卡脖子環(huán)節(jié)。在綠氫遠距離、規(guī)模化運輸場景下，通過管道運輸氣態(tài)氫氣和通過罐車運輸?shù)蜏匾簯B(tài)氫氣是相對更具經(jīng)濟性的兩種方式。當距離為500千米時，氫氣管道運輸成本約為6元/千克，痛點在于管道建設對市場規(guī)模和投資金額的要求極高，不過，通過科學合理的規(guī)劃建設，若能將氫氣管道運力提升1倍，則可以將運輸成本降低50%以上；液氫罐車運輸成本約為12元/千克，痛點在于氫氣液化環(huán)節(jié)能耗過高，如果將氫氣液化電耗控制在8千瓦時/千克以內(nèi)，能使運輸成本下降約40%。
在綠氫短距離、靈活性運輸場景下，通過長管拖車運輸高壓氣態(tài)氫氣最為常見，當距離為100千米時，運輸成本約為8元/千克，痛點在于氣瓶工作壓力受政策限制不能高于20兆帕，使得運輸效率僅有1wt%（氫氣重量只占長管拖車+氫氣總重量的1%），若能將氣瓶工作壓力升至50兆帕，就可使運輸成本降低一半左右。
加氫環(huán)節(jié)是對交通氫氣終端零售價格影響最大的一個環(huán)節(jié)。盡管目前看來，綠氫極少用于交通部門，但是綠氫的雜質(zhì)更少、純度更高，比灰氫更適用于燃料電池，待綠氫成本競爭力提升，必將廣泛用于氫能交通場景。
現(xiàn)階段，即使有投資獎勵、加氫補貼等優(yōu)惠政策的加持，我國加氫站生命周期平準化的加氫成本仍在25——30元/千克，主要原因是氫能交通市場規(guī)模有限，使得加氫站的設備利用率整體偏低。
如果一個加氫站每天只能服務兩三車次，那么加氫成本將高至70元/千克；如果一個加氫站可以滿負荷運行，那么加氫成本將低至7元/千克。由此可見，加氫成本對設備利用率的變動極為敏感。
預計2030年前后，我國氫能交通產(chǎn)業(yè)將進入規(guī)模化發(fā)展階段，加氫業(yè)務經(jīng)濟性也會隨之改善；到2040年，加氫環(huán)節(jié)成本將降為15元/千克左右，氫燃料電池汽車的能耗成本將全面優(yōu)于燃油車，并能與電動車競爭；到2060年，加氫成本有望降至10元/千克以內(nèi)。
綜上所述，在技術(shù)進步和規(guī)模效應共同作用下，在企業(yè)持續(xù)投入和政策大力扶持的共同加持下，我國綠氫煉化產(chǎn)業(yè)鏈的經(jīng)濟性拐點有望在2035年前后出現(xiàn)，綠氫交通產(chǎn)業(yè)鏈的經(jīng)濟性拐點有望在2040年前后出現(xiàn)，助力綠氫產(chǎn)業(yè)邁上規(guī)模化、市場化發(fā)展軌道。
孕育綠氫社會、迎接碳中和的未來，需要社會各界通力協(xié)作
在碳中和目標下，我國綠氫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展軌跡可以在經(jīng)濟性技術(shù)上劃分為導入期、成長期、成熟期和再發(fā)展期四個階段。
在當前的導入期，綠氫成本較高，建議將綠氫定位于滿足附加值較高的工業(yè)原料增量需求，與灰氫區(qū)別對待，產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點是技術(shù)攻關(guān)、示范項目和基礎(chǔ)設施建設。
在成長期，綠氫市場競爭力提升，能夠廣泛替代用作工業(yè)原料的灰氫，產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點在于建立規(guī)模化、規(guī)范化的供應體系。
到成熟期，綠氫經(jīng)濟性全面超越灰氫，成為主流的氫氣來源，應用場景從工業(yè)、交通拓展到發(fā)電部門，產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)化氫電耦合的技術(shù)路徑和商業(yè)模式。
之所以說綠氫產(chǎn)業(yè)在成熟之后不衰退，而是迎來再發(fā)展新階段，是因為綠氫將成為一種平價的清潔能源，深度參與工業(yè)、建筑等部門的碳中和過程，產(chǎn)業(yè)邊界會再次拓展。
盡管前景藍圖十分廣闊，但是未來5——10年很是緊要，綠氫產(chǎn)業(yè)若要克服導入期的重重挑戰(zhàn)，順利進入高質(zhì)量發(fā)展軌道，真正擔當起服務經(jīng)濟社會綠色低碳轉(zhuǎn)型的重任，亟須生產(chǎn)者、消費者和監(jiān)管者三方通力協(xié)作。
一是以科技研發(fā)為先導，以產(chǎn)業(yè)制造為基石，協(xié)同推進綠氫領(lǐng)域技術(shù)攻關(guān)和供應鏈建設。一方面，建議加強企業(yè)間、跨行業(yè)的交流合作，開展靈活多樣的聯(lián)合研發(fā)、協(xié)同攻關(guān)、試驗示范等活動，加快關(guān)鍵技術(shù)和核心裝備的國產(chǎn)化進程，并大力探索綠氫的多元應用可能性。另一方面，建議增強研發(fā)中心與制造中心之間的緊密聯(lián)系，加快實現(xiàn)綠氫產(chǎn)業(yè)鏈自主可控，建立健全綠氫供應鏈標準體系，增強我國綠氫產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的韌性，為碳達峰碳中和行動提供堅強支撐。
二是以點帶線、以線成面，通過綠氫基礎(chǔ)設施建設梯次營造綠氫應用場景。在綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期，不同應用場景難以齊頭并進，基礎(chǔ)設施建設也不宜過度超前、貪大求全。建議首先聚焦少數(shù)優(yōu)質(zhì)區(qū)位，因地制宜地培育綠氫應用小生態(tài)，例如在“三北”地區(qū)的新能源基地示范發(fā)展綠氫煉化，又如在經(jīng)濟發(fā)達的東部地區(qū)率先發(fā)展氫能交通，在此過程中興建制氫、儲運、加氫等基礎(chǔ)設施，革新國產(chǎn)化技術(shù)與設備，總結(jié)和推廣綠氫業(yè)務管理經(jīng)驗，從而逐步連接四通八達的氫走廊，開拓廣闊的綠氫應用大市場。
三是倡導政策層面給予綠氫更多針對性扶持，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入更強內(nèi)生動力。綠氫在節(jié)能降碳方面具有顯著的外部性價值，發(fā)展綠氫是與“雙碳”政策目標高度契合的。但現(xiàn)階段，市場機制還不能充分補償外部性，綠氫發(fā)展需要政策這雙“有形的手”扶一段、送一程。在制氫環(huán)節(jié)，如果對可再生能源制氫企業(yè)實施用電優(yōu)惠、稅費減免等政策，就能夠降低綠氫生產(chǎn)成本，增強整條產(chǎn)業(yè)鏈的競爭力。在加氫環(huán)節(jié)，如果基于氫源認證體系進行差異化的加氫補貼，就能促進綠氫的應用，進而帶動整條產(chǎn)業(yè)鏈提速發(fā)展。
