高頂云：氫能碳中和技術發展路線探討

2023年7月5日-7日，由中國汽車工業協會主辦的第13屆中國汽車論壇在上海嘉定舉辦。本屆論壇以“新時代 新使命 新動能——助力建設現代化產業體系”為主題，設置“1場閉門峰會+1個大會論壇+16個主題論壇+N場發布”共18場會議及若干發布、展示、推廣等活動，旨在凝聚各方力量，形成發展共識，為建設現代化產業體系貢獻汽車行業的智慧和力量。其中，在7月7日下午舉辦的“主題論壇十二：探索氫能多元化應用及商業化發展”上，上海舜華新能源系統有限公司董事長高頂云發表了精彩演講。

 

在“雙碳”政策下來之后，市有關委辦組織了相關的專家對碳中和技術路線圖開展了研究，大體分為工業、農業、交通、能源、建筑等領域。我參加了能源領域的碳中和路線圖的研究，重點參加氫能碳中和路線圖的研究。借今天的論壇向大家介紹一下研究的階段性內容，有希望得到建議。

 

剛才氫能港邱鵬主任已介紹了氫能的邏輯，即，碳中和需要非化石能源，按照專家的預測，到2060年非化石能源要占到80-90%，同時可再生能源大概可以占到60-70%。而可再生能源則需要儲能，儲能則離不開氫能。氫可以與太陽能、風能等可再生能源進行高效的耦合，同時充當能源緩沖的載體，能提高能源系統的韌性。同時也可以實現大規模可再生能源的消納、儲存，實現長周期、跨區域的儲運，簡單說具有跨時空儲能的特性。而它的應用最終產物是水，可以實現零碳排放，是典型的清潔能源。同時，應用場景也相當廣泛，在工業（冶金、化工等）、交通、建筑、能源等領域都能用到，可以實現應用端的深度脫碳。

 

上海市結合雙碳政策，在去年陸續出臺了“1+1+8+13”的政策體系，著力實施碳達峰碳中和行動，涉及到氫能這塊，2017年就發布了《上海市燃料電池的發展規劃》，2022年6月發布了《上海市氫能產業發展中長期規劃》，特別是對交通領域有一些具體的數據，大家都可以從有關媒體上了解到。比如，加氫站在2025年實現70座，最近有一個最新的數字是達到93座。因為我們主要承擔加氫站等基礎設施的工作，深感目標巨大。還有燃料電池汽車的發展規模等等，目標是要成為國際一流的氫能承載城市。同樣，最近幾年國家和地方的政策相繼大量出臺，截止2023年4月國家出臺的政策達到62項，地方政策發布達353項。從氫能產業各個方面都提出了明確的要求，并給予氫能行業發展積極的引導和具體的指導方案。

 

上海市在氫能方面的投入，特別是政府的支持已經持續了20多年，上海是國內氫能行業的先行者和領跑者?，F在已經形成了嘉定區、臨港兩個研發產業的高地，形成了寶山區、金山區兩個氫源高地，形成了青浦、嘉定、臨港等應用場景的重點區域，使得上海的氫能推廣快速地向前發展。為了確保上海市氫能領域的領先地位，確保上海氫能行業的健康有序發展，政府相關部門組織相關專家對氫能的技術進行梳理，按照制、儲、運、用等的技術發展路線開展研究梳理工作。這項工作是基于德爾菲的調查問卷方式開展的，首先以對全國高校、研究所、企業等氫能方面的專家進行問卷調查結果為樣本，并綜合評估和分析，制定上海市氫能碳中和技術發展路線。首先，我們把氫能劃分成三個大類：

 

（1）氫能動力與發電應用；

 

（2）氫氣儲存與輸配技術；

 

（3）制氫及氫氣轉存技術。

 

對三個大類的小項分別開展了兩方面的特性研究，即：第一方面是氫能技術特性，包括成本特性、時間特性、上海發展特性、上海推廣特性等。上海發展是指上海有條件發展該項技術，但應用的場景可能在外地，甚至在國外。上海推廣當然是在上海本地區域里具有應用的技術，同時能夠對碳中和做出貢獻；第二方面是氫能技術對碳中和貢獻度，即這個技術好不好，還要考慮對碳中和的貢獻量，具體又把它分成四個方面，包括提高能源利用效率、改善能源結構、保障能源安全、降低碳排放等。

 

三個大類分別采集到十幾個小項樣本，其中制氫及氫氣轉存技術有14個小項，氫氣儲存與輸配技術有13個小項，氫能動力與發電應用有15個小項，同時每個小項技術的成熟度得到數據評價。也對各個氫能特性進行分析，具體的打分進行評價?？梢园l現每一類中有被強烈推薦的、可以發展的及不建議推薦的。碳中和貢獻方面的評價，有的技術貢獻度很小，有些是比較適當，有些很高，這里也進行了評價。也對大類及小類進行了打分，總體表明上海市技術和產業高地，應用場景豐富，相關技術的成熟度和經濟性還有待提升。

 

根據上述樣本進行評價和研究，提出上海市的氫能碳中和路線的發展路徑提出了近期、中期、遠期目標。具體是：

 

近期目標主要對電解水制氫、光解水制氫、海水制氫等低碳多元制氫技術研發應用。進行安全可控的儲氫和輸氫技術研發與實踐，促進氫能在交通領域的商業應用，并拓展儲能、分布式發電、工業、建筑等領域的示范應用。

 

中期目標主要是推進可再生能源制氫、綠色氫基燃料制備的規?；瑯嫿ǜ呙芏?、輕量化、低成本的儲運網絡。

 

遠期目標主要是形成整個氫能生態，與電能、熱能形成深度融合，促進形成多元的互補融合新型能源系統。

 

形象的說就是近期各項氫能技術分別進行技術突破和示范引領，到中期看這項技術能不能規?；瘧?，能不能降本增效。假如這個技術很好，但成本一直下不來，也沒法規?；?，可能就遭到淘汰，遠期的技術主要著重于和能源生態或者電力生態，包括各個行業的能源生態的融合。依此形成的目標，總共梳理了重點技術有制氫和儲運氫、氫能應用等方面共三十多項技術，包括氫能燃料電池汽車方面、加氫站、分布式功能等，包括船用、航空等應用場景。

 

當前我國在氫能技術及裝備的水平大體上也進行了具體的評價，特別是裝備類，分為制氫、運輸環節、應用環節，與國外水平接近、與國外水平差距明顯、國內外都處于研發階段的技術也進行了簡單的歸類。比如制氫端的堿水制氫，國內的技術和國外是相當階段，在固體氧化物制氫方面，國內國外都處于研發狀態，在PEM制氫方面，國外已經進入到產業化的示范，國內也在快速追趕，AEM方面國內外還處在實驗室的狀態。在應用領域，燃料電池汽車在國內外的技術比較相當，國內特別是商用車的技術，走得還是比較前面。加氫站現在的水平和國外沒有什么太大的差距，在局部領域有超越的可能。說到氫能發展的關鍵環節，大家最關心的是三個方面：制、儲、運、用，瓶頸是運。所以，氫能發展的關鍵是儲運，特別是運。這里有一組數據涉及到天然氣，現在天然氣在國家的一次能源里比重大概10%不到一點，但需要的輸配設備包括：西氣東輸一線到五線，還有“川氣東送”、中緬線、中俄線，還有沿海十幾個LNG接收站。如此大規模的輸配儲運的基礎設施，可以以此對照氫能對基礎設施的需求。按照專家的預測，在2060年，氫能在消費端占的比重為12%，國際預測更樂觀，要達18%。就是12%的規模對照目前天然氣10%不到規模，可以想象一下它的基礎設施的規模了，這是一個很大的問題。好在今年上半年聽到了一些好消息，首先是中石化400公里從內蒙到燕山石化的純氫管道，其次是中石油有390公里的摻氫24%的天然氣管道開建，還有最近的是國家管網高壓純氫管道試驗成功，純氫壓力達到6.3兆帕，最高的壓力可以達到九點多兆帕，和現在天然氣主干線上的輸配壓力接近。管道儲運為大規模的氫利用帶來希望，管道本身不光是運送的工具，更是儲存的設施，也能適應規模化。

 

6月6日BP發表的2023年中文版的BP《世界能源展望》里提到能源系統三個維度：安全性、可負擔性、可持續性，共同構成了能源“不可能三角”。氫氣要成為氫能，首先要解決安全問題。第二個要解決成本問題、可負擔即經濟性，第三個是可持續，具有規?；＿@三個問題從儲運端的解決主要是靠管道輸運，盡管現在有固態儲氫、液態儲氫等等技術方向，但最終都要面臨能源“不可能三角”的拷問。

 

2060年碳中和下上海的能源愿景（能源結構）會是怎樣？碳中和能源技術路線也許可以給出眉目，即上海市行政區域的主供能源來自于域外的綠電、綠氫、海外的綠氫或者氫基燃料，還有沿海一帶的海上風電及海上風電制氫，傳統能源作為保供和保障性能源，共同構成氫網、電網、天然氣網和熱網互相融合的新型能源供應體系，建成全球綠色之都。

 

舜華新能源是一家因氫而生、因氫能成長的國家級“專精特新”小巨人企業，成立于2004年，主要從事高壓氫氣管理技術研究，加氫站的裝備、車載儲氫系統等制造工作，業務范圍覆蓋制氫、加氫站、儲氫系統、核電、軍工、分布式能源等領域。參與了二十幾項國家標準行業標準的編制，完成專利200多項。

 

舜華目前建設完成加氫站八十余座，其中七座具有70兆帕加氫能力的加氫站，六座是制加氫一體站。舜華公司承建的嘉定區氫能港加氫站和郊野公園加氫站都已結構封頂，最近將進入設備調試階段，這兩個站都具有70兆帕的加氫能力。

 

車載儲氫系統是舜華的支柱產品，目前已經完成4000多套，最具特色是70兆帕的車載儲氫系統的正向開發能力，目前為上汽大通的這款乘用車提供了70兆帕車載儲氫系統，與此同時還其它數家整車廠提供70兆帕車載儲氫系統。在開發系統過程中，一些關鍵的零部件已經逐漸采用了自己研制的產品。

 

在技術和裝備開發中，我們也采取剝洋蔥的方式，從系統到關鍵設備再到關鍵零部件，這兩個站的所有設備全是國產化。2019年建成的金山的加氫站，70兆帕壓縮機采用進口的。而今氫能港加氫站和郊野公園加氫站的70兆帕壓縮機已經采用國產，特別是壓縮機由舜華公司自己來生產。

 

此外，舜華旗下的堿水電解水制氫產品已在2022年下線，主要滿足上游可再生能源制氫領域的應用場景市場。

 

舜華具有的安全評價技術是氫能企業中最具特色的，我們對所做的氫系統、加氫站要開展安全評價，給用戶帶去安心。

 

另外舜華也在積極推廣氫能的創新應用，如第三代核電站，包括某些特種場合高壓氫氣管理裝置，同時推進天然氣摻氫在燃氣輪機、調峰電廠發電的應用，我們提供了天然氣摻氫、混氫的技術和裝備，以及燃氣輪機的前置模塊和調壓裝備。并以燃料電池動力系統為基礎推進燃料電池在分布式能源領域的應用，同時我們也在促進低熱值的工業富產氫在分布式能源領域的應用，進一步提升低熱值富氫尾氣利用價值。

 

上海氫能利用工程技術研究中心是“民非”機構，主要是為政府、企業、氫能行業的單位提供安全評價、數據分析、標準研究以及合作交流的工作。

 

這里是2023中國汽車論壇，借此披露一個與汽車密切相關的信息。大家一定都了解，有很多參加本次論壇的整車廠都在開展氫能燃料電池乘用車的研究和開發，有些上公告了有些已小批量生產了。但大家有一個困惑，如何推廣乘用車的應用？。為此，我們和有關的整車廠已開展研究一個名為“小行星計劃”的計劃，全稱是“小行星加氫基礎設施網絡建設計劃”，以服務氫能燃料電池乘用車規?；茝V為首選目標，快速布局70兆帕加氫站網絡。該網絡具有站小點多、服務區域大、快速加注（就像加油一樣），服務的車輛多（我們希望這個項目能夠達到萬輛級），服務效率高等特點。

 

現在國內大概有近10家左右整車廠涉及到氫能燃料電池乘用車的領域，其中有5家已經上公告，而上汽大通已經小批量推向市場，現在還有其它整車廠都在開展這方面的工作。乘用車和商用車相比有一些明顯的運行特征：一是乘用車的運行軌跡是不固定的；二是乘用車的加氫壓力都需要70兆帕的加氫能力的加氫站；三是乘用車加氫的量不大，五六公斤就夠了；四是乘用車不一定是每天需要來加氫。它有這樣四個特征和燃油車是完全一樣的，所以我們要根據氫能燃料電池乘用車的特點，開展加氫網絡的設計，使得乘用車有可能快速推廣。

 

在這里發布這個信息目的是，希望有更多的乘用車廠家，甚至氫能源的供應廠家以及對平臺應用有興趣的廠家共同參與這件事情，因為這個網絡的本身就是氫能燃料電池乘用車、加氫站、氫源及其供應商和運營商共同的平臺。