今年，《中華人民共和國(guó)能源法》正式實(shí)施，明確積極有序推進(jìn)氫能開(kāi)發(fā)利用，促進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。當(dāng)前，氫能產(chǎn)業(yè)正在我國(guó)加速培育，制備、儲(chǔ)運(yùn)、加氫、燃料電池等主要技術(shù)不斷突破，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)加快進(jìn)行，產(chǎn)業(yè)規(guī)模日益壯大。

在制造業(yè)基礎(chǔ)雄厚的江蘇張家港，一條氫能“制、儲(chǔ)、輸、用”產(chǎn)業(yè)鏈正在形成，并不斷延伸。這一前景廣闊的清潔能源是如何利用的?技術(shù)有何突破?怎樣降低綠氫成本?近日，本報(bào)記者深入產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)，了解氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r。

氫能用在哪?

既是“能源連接器”，又為交通供動(dòng)力

氫燃料牽引車在港口有序作業(yè)，氫能公交車行駛在大街小巷，“氫光互補(bǔ)”智能微電網(wǎng)成為新型“充電寶”……在張家港，氫能的應(yīng)用場(chǎng)景不斷拓寬。作為清潔能源，它既可以用于交通、化工等領(lǐng)域，減少汽柴油、煤炭等化石能源消費(fèi)，又可作為大規(guī)模、長(zhǎng)周期、跨季節(jié)的儲(chǔ)能方式，調(diào)節(jié)電力供需。

2月，工業(yè)和信息化部等8部門(mén)發(fā)布《新型儲(chǔ)能制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展行動(dòng)方案》，明確適度超前布局氫儲(chǔ)能等超長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)。

“風(fēng)光有間歇性、波動(dòng)性，發(fā)電存在消納問(wèn)題。用風(fēng)光發(fā)電制備氫氣，存在儲(chǔ)罐里，有需求時(shí)再通過(guò)氫燃料電池將氫氣變回電，就能實(shí)現(xiàn)風(fēng)光發(fā)電的跨季節(jié)使用。”江蘇鏵德氫能源科技有限公司副總經(jīng)理彭鵬介紹，氫能是二次能源，可作為“能源連接器”，與風(fēng)光等可再生能源協(xié)同發(fā)展。公司近年在青海西寧利用光伏能源建設(shè)了兩個(gè)氫燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn)項(xiàng)目，可在建筑工地、食堂浴室、居民社區(qū)等能源供給場(chǎng)景中應(yīng)用。

日常生活中，人們最熟悉的氫能應(yīng)用場(chǎng)景是交通運(yùn)輸。氫能能量密度大，在長(zhǎng)距離運(yùn)輸上有優(yōu)勢(shì)，已被探索應(yīng)用于公交客運(yùn)、城市配送、冷鏈運(yùn)輸、干線物流等場(chǎng)景。

蘇州市華昌能源科技有限公司電堆車間里，工人在一字排開(kāi)的伺服電堆壓裝機(jī)上“搭積木”：一層膜電極、一層雙極板，在定位桿的“引導(dǎo)”下交替疊放，不一會(huì)兒就“搭”出厚厚一摞。這就是氫燃料電池系統(tǒng)的關(guān)鍵部件：電堆。

“電堆與空氣壓縮機(jī)、氫氣循環(huán)泵、水泵以及直流轉(zhuǎn)換器共同構(gòu)成了氫燃料電池系統(tǒng)。”華昌能源技術(shù)總監(jiān)褚風(fēng)華介紹，電堆是為氫燃料電池提供動(dòng)力的“心臟”，技術(shù)門(mén)檻極高。以往國(guó)內(nèi)企業(yè)做電堆時(shí)，關(guān)鍵零部件全部依賴進(jìn)口，不僅技術(shù)上被“卡脖子”，價(jià)格還非常昂貴。為解決關(guān)鍵痛點(diǎn)問(wèn)題，江蘇華昌化工股份有限公司與電子科技大學(xué)共同成立氫能聯(lián)合研究院，并組建華昌能源公司進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)和應(yīng)用。目前，華昌能源已具備“燃料電池催化劑—膜電極—電堆—發(fā)動(dòng)機(jī)—測(cè)試設(shè)備”全產(chǎn)業(yè)鏈自主研發(fā)與快速迭代能力，每年可生產(chǎn)1000套氫燃料電池系統(tǒng)，銷往下游整車廠。

同時(shí)去往整車廠的，還有一路之隔的江蘇國(guó)富氫能技術(shù)裝備股份有限公司的供氫系統(tǒng)——由數(shù)個(gè)氫瓶和相應(yīng)的閥門(mén)、管道、接頭組成。

金龍聯(lián)合汽車工業(yè)(蘇州)有限公司氫能業(yè)務(wù)項(xiàng)目經(jīng)理陳濤介紹，2018年起，公司開(kāi)始定制化生產(chǎn)氫能公交車。氫燃料電池系統(tǒng)和供氫系統(tǒng)分別被安裝在車頂、車尾，通過(guò)特質(zhì)鋼管和降壓系統(tǒng)連通，當(dāng)氫氣通過(guò)電堆時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，從而生成電流，相當(dāng)于燃油車上的發(fā)動(dòng)機(jī)，為車輛行駛提供動(dòng)力。

張家港經(jīng)開(kāi)區(qū)嘉化加氫站每天可供氫1000公斤，在這里，記者看到一輛金龍公司生產(chǎn)的公交車正在加氫。操作員先用靜電夾夾住車身釋放靜電，再操作控制面板并用加氫槍加注——這個(gè)過(guò)程和加油相似。“車上8個(gè)氫瓶全部加滿是26公斤，需要20分鐘。”公交車駕駛員陳周華介紹，加滿后可以跑400公里，一到兩天需加氫一次。

張家港市港城公共交通有限公司總經(jīng)理張成劍給記者算了一筆賬：與傳統(tǒng)燃油車相比，一輛氫能公交車一年可減少二氧化碳排放55噸左右。6年間，張家港氫能公交車增至73輛，截至去年底，運(yùn)行總里程達(dá)1429.48萬(wàn)公里，累計(jì)減少二氧化碳排放10300余噸。

除了公交車，在張家港的港口碼頭、大街小巷，還奔跑著5臺(tái)氫燃料港口專用牽引車、65輛氫能重卡、500多輛氫能助力自行車。但在場(chǎng)景不斷豐富的同時(shí)，氫能應(yīng)用也遇到了“成長(zhǎng)的煩惱”。

張家港市交通運(yùn)輸綜合行政執(zhí)法大隊(duì)大隊(duì)長(zhǎng)吳勇坦言，加氫站5座，日加氫能力3.2噸，足夠氫能源交通車輛“在家里”使用。而一旦“走出去”，加氫站數(shù)量遠(yuǎn)少于加油站、充電樁，限制了氫能源交通車輛的運(yùn)輸能力。

分析原因，一方面，加氫站主管部門(mén)尚未明確，建設(shè)審批流程長(zhǎng)，影響了建設(shè)效率;另一方面，制氫屬于化工行業(yè)，只能在化工園區(qū)進(jìn)行，影響了制氫加氫一體站的布局。“已有省份放開(kāi)了制氫落地限制，張家港也在積極探索為加氫站的建設(shè)運(yùn)營(yíng)提供支持。”吳勇說(shuō)。

2月，江蘇省發(fā)布推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展行動(dòng)方案(2025—2030年)，提出到2030年，清潔低碳、安全高效的氫能供給及應(yīng)用體系初步形成;建設(shè)加氫站100座以上，推廣燃料電池汽車超過(guò)1萬(wàn)輛。據(jù)了解，近年來(lái)，山東、四川、內(nèi)蒙古、吉林、河南等多省份出臺(tái)氫能車相關(guān)政策，如免收高速費(fèi)、放開(kāi)路權(quán)限制等。政策發(fā)力，推動(dòng)降低氫能應(yīng)用成本，促進(jìn)氫能車示范運(yùn)行。

氫能從哪來(lái)?

40余家企業(yè)構(gòu)成產(chǎn)業(yè)完整生態(tài)

在國(guó)富氫能的測(cè)試場(chǎng)，長(zhǎng)約2米、由300多個(gè)“小室”組成的圓柱形電解槽中，水溶液在電流下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，分解成氫氣和氧氣。質(zhì)量較重的氧氣排出后，較輕的氫氣被管道收集起來(lái)，經(jīng)過(guò)提純、吸附、干燥等若干工序，得到的就是高純度氫氣。

“這樣一套設(shè)備每小時(shí)可制氫1000標(biāo)方。”國(guó)富氫能總經(jīng)理王凱示意記者注意電解槽的進(jìn)口處，那里正源源不斷涌入純凈水和用作輔助介質(zhì)的氫氧化鉀溶液，制氫后剩余的堿液，則通過(guò)出口去往下一步的回收利用。

制氫，是氫能產(chǎn)業(yè)鏈的第一個(gè)環(huán)節(jié)。利用化石能源的工業(yè)副產(chǎn)氫目前應(yīng)用較廣，而利用電解水制綠氫則是未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。王凱介紹，行業(yè)中最普遍的做法是通過(guò)堿性電解水制氫。隨著技術(shù)發(fā)展，近年又出現(xiàn)質(zhì)子交換膜電解水制氫、陰離子交換膜電解水制氫等新方式。

產(chǎn)業(yè)鏈中游是儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)，包括高壓氣態(tài)運(yùn)輸、液態(tài)運(yùn)輸及管道運(yùn)輸?shù)?氫能轉(zhuǎn)化，可通過(guò)氫燃料電池和氫內(nèi)燃裝置等方式進(jìn)行。

2022年，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃(2021—2035年)》，首次明確氫能是未來(lái)國(guó)家能源體系的重要組成部分。各地積極投入氫能發(fā)展，促進(jìn)氫能應(yīng)用。

多方努力下，我國(guó)已初步掌握氫能制備、儲(chǔ)運(yùn)、加氫、燃料電池和系統(tǒng)集成等主要技術(shù)和生產(chǎn)工藝，氫氣年產(chǎn)能超4000萬(wàn)噸，建成加氫站超500座，形成了頗具規(guī)模的完整產(chǎn)業(yè)鏈。

以張家港為例，該市有涉氫企業(yè)40余家，搭建起從“制”到“用”的氫能產(chǎn)業(yè)完整生態(tài)。華昌化工等化工企業(yè)，每年可提供工業(yè)副產(chǎn)氫20萬(wàn)噸;國(guó)富氫能、鏵德氫能等氫能裝備制造企業(yè)，江蘇清能等氫燃料電池相關(guān)企業(yè)，豐富了產(chǎn)業(yè)鏈的上下兩端。

張家港市重大項(xiàng)目推進(jìn)中心主任鄭遠(yuǎn)介紹，張家港制造業(yè)基礎(chǔ)較強(qiáng)，特別是高壓容器制造經(jīng)驗(yàn)豐富，為氫能裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，多家鋰電龍頭企業(yè)先后落地，提供氫燃料電池系統(tǒng)中的關(guān)鍵材料，是氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的有力支撐。依托優(yōu)勢(shì)，張家港積極布局氫能產(chǎn)業(yè)，強(qiáng)鏈補(bǔ)鏈延鏈，構(gòu)建氫能全鏈條產(chǎn)業(yè)生態(tài)，產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值超百億元。

成本怎么降?

風(fēng)光發(fā)電制氫，發(fā)展儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)

成本，是氫能產(chǎn)業(yè)成長(zhǎng)壯大亟須克服的挑戰(zhàn)，尤其是綠氫成本。

氫能的“綠化”程度取決于制取方式。相比于煤、天然氣制取的“灰氫”和工業(yè)副產(chǎn)氫等“藍(lán)氫”，用可再生能源發(fā)電制取的“綠氫”雖然更清潔，但獲取成本也更高，電力成本約占制氫總成本的70%。在張家港，加氫車的氫氣來(lái)自工業(yè)副產(chǎn)氫，即便利用電解水制氫，由于電來(lái)自電網(wǎng)中的火電，依然不是綠氫。

截至2024年6月，我國(guó)可再生能源制氫產(chǎn)能突破10萬(wàn)噸/年，規(guī)劃及在建產(chǎn)能約800萬(wàn)噸/年，利用可再生能源制氫潛力巨大。2024年底，工業(yè)和信息化部等部門(mén)發(fā)布加快工業(yè)領(lǐng)域清潔低碳?xì)鋺?yīng)用實(shí)施方案，部署加快技術(shù)裝備產(chǎn)品升級(jí)，加速清潔低碳?xì)淠墚a(chǎn)業(yè)發(fā)展。

那么，綠氫從哪來(lái)?近年來(lái)，氫能相關(guān)企業(yè)紛紛布局風(fēng)光發(fā)電資源豐富的西部地區(qū)，用價(jià)格更低的綠電，降低綠氫制取成本。

在國(guó)富氫能的“氫云大數(shù)據(jù)監(jiān)控指揮中心”大屏上，公司遍及全國(guó)的1603臺(tái)設(shè)備運(yùn)行情況一覽無(wú)余。點(diǎn)開(kāi)新疆“場(chǎng)站車”項(xiàng)目，立即跳出實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)：當(dāng)日制氫量200千克、加氫量190千克、剩余量10千克……每次數(shù)字跳動(dòng)，就意味著正在有車輛加氫。

“場(chǎng)站車”項(xiàng)目由制氫場(chǎng)、加氫站和燃料電池車組成。當(dāng)?shù)睾献鞣綖豸斈君R市隆盛達(dá)環(huán)?？萍加邢薰径麻L(zhǎng)魏明介紹，屋頂上分布式光伏發(fā)的綠電，直接通到附近的制氫場(chǎng)，每天可制氫2400標(biāo)方。再由管束車將氫氣運(yùn)往3公里外的加氫站，11臺(tái)物流車加注后，去往千家萬(wàn)戶。

充分發(fā)揮當(dāng)?shù)仫L(fēng)光資源發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，2023年，新疆印發(fā)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展三年行動(dòng)方案，并推出一系列配套措施，推動(dòng)一批氫能項(xiàng)目加快落地。如新疆庫(kù)車綠氫示范項(xiàng)目同年投產(chǎn)，在國(guó)內(nèi)首次規(guī)?；霉夥l(fā)電直接制氫，綠氫被送往中國(guó)石化塔河煉化公司，“綠化”煉油產(chǎn)品。

“綠氫除了本地消納，還能二次銷售。”“場(chǎng)站車”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、國(guó)富氫能研究院院長(zhǎng)王朝告訴記者，公司正在烏魯木齊規(guī)劃新建兩座加氫站，在滿足當(dāng)?shù)亟煌ㄓ脷涞幕A(chǔ)上，通過(guò)液氫向東部省份運(yùn)送。

東南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院教授倪中華認(rèn)為，我國(guó)能源的生產(chǎn)端和使用端主要分布在東西兩頭：西部有豐富的資源，東部有廣闊的市場(chǎng)。如要充分利用西部風(fēng)光資源，有兩種途徑——綠電直給或綠氫運(yùn)輸，前者需要特高壓電網(wǎng)、投資巨大，后者需要長(zhǎng)距離運(yùn)輸、成本極高。“如果走通氫液化路徑，東西部之間的運(yùn)氫成本就能大幅降低，氫氣價(jià)格會(huì)下降、應(yīng)用場(chǎng)景更多，讓整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)芤妗?rdquo;倪中華說(shuō)。

為何是液氫?

“氫氣經(jīng)過(guò)三級(jí)膨脹，放熱制冷，成為液氫。”國(guó)富氫能總工程師況開(kāi)鋒解釋，氫氣密度低，大規(guī)模遠(yuǎn)距離運(yùn)輸時(shí)，重量還不及運(yùn)載車及氫瓶重量的1%，相當(dāng)于只拉了一堆鐵在路上跑，很不劃算。轉(zhuǎn)換成液氫后，同樣的運(yùn)載車可多拉5倍的氫、運(yùn)輸成本卻只要1/8。

“液化后的綠氫還具有高純度優(yōu)勢(shì)。”倪中華說(shuō)，零下253攝氏度時(shí)，絕大多數(shù)氣體已達(dá)冰點(diǎn)成為顆粒，過(guò)濾后即可得到高純度的氫，可用于半導(dǎo)體、集成電路、芯片等新興產(chǎn)業(yè)，也將帶動(dòng)鋼鐵、冶金、化工等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型。

2023年4月，國(guó)富氫能下線自主研發(fā)的國(guó)內(nèi)首臺(tái)日產(chǎn)10噸級(jí)氫液化工廠核心設(shè)備，打破了國(guó)外對(duì)大規(guī)模氫液化產(chǎn)品的長(zhǎng)期壟斷。目前，國(guó)富氫能的液化工廠已建設(shè)完工、投產(chǎn)在即。