
與東京奧運會部分火炬使用氫燃料相比,北京冬奧會用氫代替了所有的火炬燃料,張家口的火炬也是世界上第一次使用綠氫。這使得氫作為一種能源產品進入了公眾的視野。
根據氫氣的生產方式,可分為灰氫、藍氫和綠氫,分別是化石能源制氫、二氧化碳捕集和封存設施的化石能源制氫和可再生能源電解水制氫。藍氫和綠氫被認為是實現零碳排放的關鍵能源品種,已被許多國家列為新能源的關鍵發展。
在北京冬奧會制氫廠,藍氫和綠氫的比例相當。然而,這些氫氣的生產成本相對較高,冬奧會后很難直接進入商業運營。
氫能可用于交通、工業、發電、供熱等領域。除了以氫為火炬燃料外,北京冬奧會還投入了數千輛氫燃料電池車輛。為此,中石化、中石油等能源企業為冬奧會建設了30多個加氫站。
東京奧運會使用的氫能元素還包括熱電聯供等場景應用,而北京冬奧會則沒有這樣的應用。日本此前發布了建設“氫能社會”的宏偉計劃,氫能在其能源結構中的比重接近8%,在世界上處于領先地位。
我國氫能產業處于發展初期,扶持政策和發展重點放在交通領域,即氫燃料電池汽車。雖然中國企業最近已經開始布局可再生能源制氫和更多氫能應用場景,但整個氫能行業的產業化時間表仍不明確,配套政策仍需完善,我國氫能整體發展的頂層設計尚未發布。冬奧會對氫能產業的發展具有象征意義,大于實際作用。
藍氫、綠氫共同亮相北京冬奧會
化石能源制氫技術非常成熟,成本低,藍氫和綠氫技術仍有待突破,且成本高。北京冬奧會計劃實現碳中和,因此使用的氫能是藍氫和綠氫。然而,藍氫的具體標準,即在化石能源制氫過程中減少了多少二氧化碳,并沒有由各國和地區設定。
冬奧會期間,北京和北京周邊共有11家制氫廠投入供應。其中,最大的兩家制氫廠是張家口綠色氫能一體化示范基地項目(以下簡稱張家口綠氫項目)和中石化燕山石化北京冬奧會氫氣新能源項目(以下簡稱燕山石化氫能項目),產品為綠氫和藍氫。
張家口綠氫項目為冬奧會上50%的氫燃料電池汽車提供氫能,采用陸上風能產生的電制氫。該項目由殼牌(中國)有限公司與張家口交通建設投資控股集團合資,年產能2萬千瓦(約4000標準立方米/小時),是世界第二大綠氫項目。
殼牌相關負責人表示,該項目建成需要13個月,預計生命周期為20年。目前,該項目有一定的政府補貼。初期,將為冬奧會期間張家口600多輛氫燃料電池汽車提供綠氫。此后,該項目生產的氫氣將用于京津冀地區的公共和商業運輸。
燕山石化氫能項目是化石能源制氫項目。氫氣作為北京主會場的主火炬燃料,也為中石化的加氫站提供能源,產能為2000標準立方米/小時。根據中石化發布的信息,該項目生產的氫氣已獲得清潔氫認證,低于傳統化石能源制氫的碳排放,這意味著它是藍氫。
以上兩個項目均為商業氫能項目。商業項目是指以商業化、可持續經營為目的的非科研、示范、試點項目。以項目規模為衡量標準,年產1萬千瓦以上的項目達到商業規模,1萬千瓦以下的項目主要以技術試點為目的。但在沒有補貼的情況下,即使是商業項目現階段也沒有經濟效益。
冬奧會11座制氫廠中,有7座是綠氫,4座是藍氫。在生產能力方面,綠氫的比例較大。但據報道,冬奧會實際使用的綠氫主要是張家口綠氫項目,化石能源制氫在所有氫氣中的比例較大。
目前尚不清楚這11座制氫廠的具體成本。一般來說,現階段藍氫、綠氫工程成本較高,無補貼無法盈利。
本屆冬奧會是我國首次大規模應用藍氫和綠氫,對氫能產業化意義不大,但具有重要的象征意義。
氫能應用場景在哪里?
氫能產業化發展的關鍵是要有大規模的應用場景,帶動產業鏈各環節的技術突破和基礎設施建設。東京奧運會和北京冬奧會都在努力拓寬氫能的應用場景,火炬和車輛是主要應用場景。
東京奧運會是奧運會歷史上第一次使用氫作為火炬燃料,其中氫作為主火炬的唯一燃料;接力火炬部分地區使用氫作為燃料,部分地區使用丙烷。北京冬奧會火炬使用氫作為唯一的燃料,其中張家口火炬臺是歷史上第一次使用綠氫作為燃料。
北京冬奧會投入的氫燃料車輛數量約為東京奧運會的兩倍。北京延慶和張家口使用的車輛主要是氫燃料車輛:共投入了福田、宇通、中通、吉利等816輛氫燃料電池客車;豐田還提供了107輛柯斯達氫擎中巴車和140輛第二代MIRai氫燃料電池小轎車;此外,投入的氫燃料電池車輛還包括物流車輛、特種車輛等車型,總共約1100輛。
東京奧運會還在奧運村使用氫能供熱,比北京冬奧會有更多的應用場景。這反映了中國和日本氫能利用現狀的差異。中國目前的氫能應用場景主要集中在車輛領域,而日本更強大地推廣氫能的使用。出臺了各種扶持政策,開發了家庭住宅、商業建筑供電供暖等多元化氫能應用場景。
冬奧會前,我國氫燃料電池車輛發展規模不小,從加氫站到車輛生產都有不同程度的補貼。據中國氫能聯盟大數據中心統計,截至2021年底,全國已建成運營加氫站255座,其中在營183座,待運營69座,暫停運營3座;氫燃料電池汽車總數超過9000輛。
在北京冬奧會上如此大規模的氫燃料電池車輛集中使用,為企業和產業發展積累了寶貴的經驗。在2008年北京奧運會和2010年上海世博會上,氫燃料電池汽車也投入使用,但規模很小,后續使用不理想。如何擴大1000多輛氫燃料電池汽車的使用范圍,有效利用,是一個問題。
據全國乘用車市場信息聯席會秘書長崔東樹介紹,氫燃料電池汽車的主要應用場景是公交車、固定線路大巴和物流運輸,缺乏市場擴張機會,為了避免類似的純電動公交車有補貼和市場,沒有補貼就會萎縮的局面。
氫能產業化還有很長的路要走
目前,全球氫能產業仍處于工業化的早期階段,沒有成熟的商業模式,幾乎都必須依靠補貼來發展。東京夏季奧運會和北京冬季奧運會對氫能的青睞,對產業發展的實際促進作用不大,各國氫能產業正處于探索階段。
從灰氫到藍氫,主要問題是成本高;綠氫生產技術仍有待突破,且成本也高。德國領導的歐盟國家積極發展綠氫,重點支持綠氫生產過程的設備和技術研發,希望大規模促進產業化發展。美國對氫能的政策支持并不大,但美國主要石油公司都將藍氫作為重要的戰略方向。
北京冬奧會和東京奧運會對氫能的推廣意味著中日兩國都同意氫能在實現碳中和過程中的作用。然而,中日兩國對氫能產業的發展前景有不同的規劃。能源嚴重短缺的日本對氫能的發展寄予厚望,制定了雄心勃勃的計劃和相對完善的政策。根據其資源稟賦和技術儲備,日本重點支持氫能應用場景的發展,大力推廣氫燃料電池汽車和社區能源利用。
中國是世界上主要的灰氫生產國。這些灰氫主要是工業副產氫,沒有綠色低碳的環保效益,也沒有形成氫能產業鏈。目前,全球氫氣年產量約7000萬噸,灰氫約占95%。根據《中國氫能源及燃料電池產業白皮書2020》,中國氫氣產能約為每年4100萬噸,產量約為3342萬噸,是世界第一氫氣生產國。
然而,氫能在中國能源結構中的地位和前景尚不清楚,中央政府也沒有氫能產業發展的總體規劃。沒有明確的藍氫和綠氫的產量目標,氫能在能源結構中的比例計劃。雖然中國政府已經承認氫能是一種新能源品種,但配套政策并不完善。例如,在許多地方,氫氣仍然被管理為危險化學品,而不是作為能源產品。
與此同時,中國許多地方政府對氫能的發展充滿熱情。目前,北京、山東、河北、天津、四川、浙江、寧夏等16個省市制定了氫能發展計劃,氫燃料電池汽車示范應用城市群有5個:河北、河南、京津冀、上海、廣東城市群。
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