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    中國已經是世界能源最大的生產國和消費國,同時也是世界上最大的碳排放國,隨著中國經濟的進一步持續發展,中國的能源發展問題將面臨嚴峻挑戰。黨的十九大報告中,習近平總書記從保障國家能源安全的全局高度,提出“四個革命、一個合作”的能源安全新戰略,推進能源生產和消費革命,構建清潔低碳、安全高效的能源體系。2020 年 9 月,習近平總書記在第七十五屆聯合國大會上表示:中國二氧化碳排放力爭于 2030 年前達到峰值,努力爭取2060 年前實現碳中和。能源高質量發展將關系到能源行業全局深刻變,可以預見,低碳、高效、清潔是世界能源發展的必然趨勢。

    長三角使用了全國17%的能源消費總量,支撐了全國超過23%的經濟總量,且90%的能源都來自于外省市的支援。通過對我國能源發展問題、“碳中和”實現路徑問題、國內外氫能發展現狀等問題進行分析,為長三角氫能發展路徑提供思路。

    1. 能源高質量發展的挑戰

    1.1 我國能源發展面臨嚴峻挑戰

    (1)供給安全問題日益突出

    推動我國能源高質量發展是確保能源安全的前提和基礎。在世界油氣產業發展風險和不確定因素增多的背景下,我國能源供應安全問題日益突出。近年來,中國的石油和天然氣對外依存度一直在上升。到2019年,中國原油對外依存度和石油對外依存度均超過70%,其中原油為72.4%,石油為70.8%,同時,天然氣對外依存度達到43%。詳見圖1。

    圖 1 1995-2018 年我國油氣對外依存度

    (2)現有能源體系仍存在結構性缺陷

    我國的資源稟賦一直是“富煤缺油少氣”。根據國家統計局數據,2019 年,中國煤炭消費占能源消費總量的 57.7%;水電、核電、風電等可再生能源消耗占比 14.9%,詳見表 1。從 發展趨勢來看,中國能源結構呈現多元化趨勢,其中低碳能源的份額逐漸增加??傮w上,盡 管清潔能源消費占比持續提升,但煤炭在未來很長一段時間內仍將處于主體性地位,“碳中 和”目標的實現仍將面臨巨大挑戰。

    表 1 2010—2019 年中國能源消費結構占比 %

    (3)能源需求和化石能源消費仍持續增長

    目前,中國仍處于工業化和城市化加速發展階段,未來能源需求增長與其他國家和地區相比仍然較為強勁。2019 年,中國能源消費總量達到 48.6 億 t 標準煤,比上年增長 3.3%,其中化石能源為 41.4 億 t 標準煤,占比 85.1%。據估計,到 2025 年,中國能源消費需求將為 55 億至 56 億t標準煤,詳見圖2,其中化石能源占比將降低至 82%。未來較長時期內,在能源結構持續轉型過程中,化石能源消費總量仍呈增長態勢。

    圖 2 2000—2025 年我國能源消費總量及增速變化

    (4)生態環境壓力加大,碳排放問題異常突出

    過去10年,全球碳排放量持續上漲,詳見圖3。2019年全球CO2排放量達到368億t,其中,我國 CO2排放量為 98 億 t,約占世界總量的 28.8%,是世界上溫室氣體排放量最大的國 家。中國承諾在 2030 年左右達到碳排放峰值,并將非化石能源在一次能源消費中的比例提高 到 20%,還有很長的路要走??傮w看,我國仍將長期面臨巨大減排壓力。

    圖 3 2000—2018 年世界主要國家 CO2排放情況

    1.2 全球能源結構轉型加速

    (1)世界能源清潔綠色轉型正在加速

    近年來,全球一次能源消費穩步增長,詳見圖4。2019年,全球一次能源消費同比增長1.3%,其中,可再生能源消費增長占比41%。全球可再生能源裝機容量達25.37億 kW,在電力總裝機中占34.7%,占電力新增裝機的 72%。從整體趨勢看,世界能源正在朝著清潔綠色方向轉型加速,其中可再生能源占比也在穩步提升,將成為未來電力增量的主體,詳見表2。

    圖 4 全球一次能源消費量發展趨勢

    表 2 2013—2019 年全球可再生能源累計裝機總量 GW

    (2)低碳轉型促使全球能源體系發生根本性變化

    2020年9月,BP發布了《BP 世界能源展望》(2020)。從能源的整體發展趨勢來看:第一,油氣煤在全球能源體系中的比重將下降,可再生能源比重將上升;第二,風能、太陽能主導的可再生能源將是未來 30 年增長最快的能源;第三,到2050年,石油、天然氣和煤炭在一次能源中的比例將從2018年的85%下降到65%~20%,而可再生能源將增加到20%~60%,詳見圖5??梢灶A見,低碳轉型將導致全球能源體系發生根本性變化。

    圖 5 1990—2050 年全球能源發展趨勢

    1.3 大國擔當下的“碳中和”承諾

    根據聯合國環境規劃署 2019 年碳排放差距報告,當前僅 G20 國家的碳排放量就占到全球 總排放量的 78%。截至 2020 年 11 月,G20 成員國中有 9 個國家已出臺時間表來承諾實現凈 零排放目標:中國、加拿大、法國、德國、日本、韓國、南非、英國和歐盟。習近平總書記在第七十五屆聯合國大會上向全球首次明確中國實現碳中和的時間點,是向世界傳遞中國未來綠色發展的決心和毅力。

    2. 氫能——推動能源高質量發展的必然選擇

    2.1 氫能是“碳中和”目標下的解決方案

    (1)氫能有望成為下一個“主體能源”

    2015 年國際能源署(IEA) 根據能源的應用形式將能源分為熱、電和交通工具燃料三類。對于目前能夠規?;瘧玫哪茉炊?,只有石油是能夠同時用作熱、電和交通工具燃料這三類的能源。氫是宇宙中最為豐富的元素,能量密度高,可儲存,無碳。國際能源署(IEA)認為,未來的能源中,氫氣將和石油一樣,是能夠同時用作熱、電和交通工具燃料的能源。因此,在“碳中和”發展目標框架下,氫能有望成為下一個“主體能源”。

    (2)氫能是實現“碳中和”發展目標的最優解

    要實現“碳中和”的目標,就必須在能源結構上進行調整,增加清潔能源比重。而氫能是 100%的清潔能源,是實現“碳中和”目標的重要途徑,具有以下不可比擬的優勢:一是零碳排放,其能量轉化后的最終產物只有水;二是可以實現能源互補,可以作為電、熱、氣轉換的媒介,是在可預見的未來實現跨能源網絡協同優化的有效途徑[8];三是應用場景廣泛,可應用于交通、工業、民生、發電等眾多領域;四是儲能優勢明顯,其具有儲能密度高、周期長、環保無污染、電能質量高等特點。

    (3)藍氫是同時實現煤炭高效轉化與碳捕集的有效途徑

    世界能源理事會把伴有大量二氧化碳排放制得的氫稱為“灰氫”;把將二氧化碳通過捕 集、埋存、利用,避免了大量排放制得的氫稱為“藍氫”;把以可再生能源發電獲得的清潔電力進行電解,全程沒有碳排放制得的氫稱為“綠氫”。綠氫是氫能利用的理想形態,但現在距離真正綠氫的實現仍有較遠距離,目前的主流制氫手段是化石燃料制氫,得到的是“灰氫”。從長遠看,灰氫不可取,未來的氫能制取將以藍氫為過渡措施,同時,積極向綠氫發展。結合 CCUS 技術的制氫,化石燃料的 CO2排放量能降低 90%。

    2.2 當前國外氫能發展的現狀及趨勢

    (1)全球氫能發展趨勢

    隨著全球能源消費結構向低碳轉型的加速,氫能作為一種清潔的二次能源再次受到各方關注。日本、美國、歐盟、韓國等國家和地區逐步明確了氫能在國家能源體系中的戰略地位,制定了與氫能相關的多元化政策,并結合自身的資源稟賦和產業技術現狀,引導其氫能產業健康發展,詳見圖6。

    圖 6 2000 年以來世界主要國家氫能戰略與計劃

    (2)歐美日等國氫能發展路徑

    如表 3 所示,美國采用融合氫能模式,提出大規模融合氫能的能源系統概念,推動氫能的大規模生產和應用。美國更注重氫能產業技術優勢的確立和前瞻性技術的控制,注重氫能整個產業鏈的發展,并積極推動商業應用。

    表 3 歐美日等國和地區氫能發展特點比較

    日本選擇的是自下而上的氫能發展模式,是目前全球氫能發展的積極推動者。其希望在前期普及氫能和燃料電池的下游應用,不斷擴大下游市場規模,大力推進家用燃料電池熱電聯產、燃料電池商業化等氫能項目,并致力于建設氫能社會,實現能源供應多元化,提高能源自給率。

    德國選擇自上而下的氫能發展模式,重點發展電轉氣(P2G)模式,大力發展可再生能源電 解水制氫,盡快為下游氫能應用提供便利基礎設施,進而激活下游應用場景。

    歐盟建立一體化能源系統模式,結合風能、太陽能生產可再生氫能,實現能源密集產業規?;瘧?。歐盟將氫能作為能源轉型和低碳發展的重要保障,并將綠色氫作為未來發展的重點。歐盟計劃建立一個一體化綜合能源系統,讓氫支持整個歐洲的工業、交通、發電和建筑的脫碳,將氫能的潛力轉化為現實。

    3. 長三角氫能發展的優劣勢分析

    3.1 優勢明顯

    (1)長三角政策環境優越

    持續加快推進氫能發展是推動長三角地區能源供給側結構性改革的重大戰略舉措,也是落實推進長三角區域一體化戰略、打造世界級先進制造集群的重要突破口。長三角地區對推動氫能發展已達成基本共識,紛紛出臺了相關政策規劃,如表 4 所示。

    表 4 長三角氫能相關政策及規劃

    (2)長三角工業副產氫富裕,先發優勢明顯

    氫能發展初期最可靠、最經濟的來源就是工業副產氫,而長三角區域擁有大量的氯堿、乙烷裂解、丙烯脫氫(PHD)等工業副產氫資源,可利用的工業副產氫產能在33萬 t 以上,可供 150 萬輛以上燃料電池乘用車使用。

    (3)長三角有良好的氫能制造業基礎

    長三角區域氫能產業技術實力雄厚,聚集了大量氫能產業優勢企業,如上游制氫的上海啟元空分、淳華氫能、蘇州競立等企業;中游儲運的上海浦江特種氣體、液化空氣(上海)、林德氣體(上海)、富瑞特種裝備、浙江巨化等;下游應用的上海重塑能源、上燃動力、明天氫能、寧波索福人等。特別是氫燃料電池技術產業鏈齊全,居國內領先地位。

    (4)長三角科技研發能力強

    長三角區域擁有一批國內頂尖的科研院所,同時,許多實力企業擁有自己的科研機構,研發實力強勁,如浙大、同濟大學、東南大學、杭氧、舜華、愛德曼等高校和企業,共同為長三角區域氫能產業發展奠定科研創新基礎,日益縮小在氫能高端裝備制造和燃料電池基礎研究領域與歐美日差距。

    3.2 存在的瓶頸

    (1)發展目標不明確,政策落地難

    2019 年 5 月,中國汽車工程學會發布《長三角氫能走廊建設發展規劃》,加快長三角氫能產業一體化進程。但目前上游、中游、下游仍缺乏統一規劃和具體目標,各城市乃至各單位間存在缺乏協作、單打獨斗等問題,尚未有效達成站車協調、互通聯動、互利共贏的局面。同時,還存在以下問題:①基礎設施不足,不同地區間加氫站缺乏協作;②操作過程中仍把氫作為?;?,政策落地難;③氫能汽車規模小、運營范圍小,運營成本高;④合作模式相對比較單一,主要集中在氫基礎設施與氫燃料電池汽車。

    (2)長三角發展綠氫資源少,制氫成本高

    近期來看,工業副產氫氣將是長三角氫能的主要來源。中長期來看,由于產業結構調整和節能減排壓力的雙重作用,長三角化學工業的發展將進一步受到限制,電解制氫等新的制氫路線將成為一個重要的發展方向。同時,主要依靠可再生能源水解制氫的綠氫也是實現“碳中和”發展目標的最佳方式。但長三角地區的可再生能源并不豐富,基本上不存在“三棄”問題,且電解水制氫成本高昂,詳見圖7。

    圖 7 浙江省各類原料成本測算制氫成本比較

    (3)商業化推廣模式尚未建立

    氫能發展還存在的一個問題就是商業化推廣模式尚未建立。仍需加強氫能在各個領域的規?;瘧?,開展重點地區的商業化示范運營,拉伸整個產業鏈的支撐能力,提高整個產業的成熟度,實現商業化運營。

    4. 長三角氫能發展建議

    (1)明確氫能發展目標,完善政策標準法規體系

    長三角氫能生態圈的建設,需要逐步推進以下幾點:①明確氫能發展目標,完善政策標準法規體系;②在保障安全的前提下,放開制氫場所限;③明確加氫站主管部門,加強規劃管理;④制定可落地的加氫站補貼政策;⑤因地制宜給予電解水制氫電價優惠政策;⑥積極推動長三角氫能團體標準建設,為促進行業、國家標準的建立打好“前哨戰”。

    (2)統籌構建氫能資源保障體系

    未來的氫源將主要表現為大規模集中供氫和小規模分散式供氫,而現階段仍處于小規模分散式供氫,氫源比較分散。為合理利用長三角區域豐富的氫資源,需完善頂層設計和跨省聯動,在發展初期充分利用長三角灰氫資源,同時發展藍氫,突破 CCUS 技術并大幅降低 CCUS成本;并布局綠氫降低可再生能源電解水成本。根據各地的資源優勢以及氫能市場情況合理布局和使用氫資源,縮短氫源補給距離,防止各地盲目開展重復建設,并進一步優化氫源產業布局。

    (3)長三角氫能一體化生態圈建設

    為應對不同市場和地區需求,降低氫氣銷售價格,實現區域協同發展,長三角一體化供氫、儲運系統建設必不可少,力爭形成與現有汽柴油供應“無差異”的加氫網絡,形成短距離高壓氣態氫儲運、長距離低溫液氫儲運為主的運輸方式。同時,開展天然氣管道摻氫關鍵技術研究,探索管道運輸可行性。

    (4)氫能應用安全保障體系

    氫氣在制備、儲存、運輸、充裝和使用過程中的安全性非常重要,一旦發生災難性事故,就可能會損害公眾對氫能和燃料電池的看法。在氫能產業的全產業鏈發展中,安全必然是首位。具體措施建議如下:①加強氫的制、儲、運各環節安全技術研究,確保技術裝備安全可靠;②加強行業監管,完善氫能應用的安全標準體系和安全管理規范;③建立長三角地區各城市認可的氫能產業質量和產品檢測平臺。


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