氫能，被譽為“21世紀的終極能源”，清潔低碳、高效又可持續。

　　這段時間，關於氫能技術突破的消息不斷——

　　全國産量最大電池燃料氫項目正式投産，全球首次海上風電無淡化海水電解制氫技術海試成功，我國長距離輸氫技術獲重大突破……

　　8月底，浙江也有個大動作。省發展改革委、省能源局、省建設廳聯合印發《浙江省加氫站發展規劃》（下稱“《規劃》”），通過佈局加氫基礎設施，推動氫燃料電池汽車的發展，氫能全産業鏈全面鋪開。

　　這條新賽道上，資源小省浙江能否走在前？

　　制氫之難

　　氫氣，是宇宙中最輕的氣體，在生活中很是常見。“終極能源”久久未能進入尋常百姓家，第一道門檻就卡在制氫上。

　　“放眼全球，工業規模制氫主要有三種路徑：化石原料制氫、工業副産氫和電解水制氫，利弊各不相同。”一直從事化學領域研究的浙江大學氫能研究院制氫技術研究中心主任侯陽説。

　　據介紹，全球近8成氫氣來自於化石原料制氫，如國外主要是天然氣制氫，國內以煤制氫為主，原因在於中國能源結構“多煤少氣”。這種方式技術難度不高、規模化、成本低，但會産生大量碳排放，故而業內稱之為“灰氫”。

　　相比之下，工業副産氫是比較理想的氫氣來源，因為很多傳統化工工藝會順帶産生氫氣，成本極低，被稱為“藍氫”。借助工業副産氫的成本優勢，是很多城市發展氫能産業的路徑之一。

　　這些年，浙江一直努力打造兩條“氫走廊”，分別是從嘉興到寧波的“環杭州灣”氫走廊，從金華到舟山的“義甬舟”氫走廊。

　　此次《規劃》正是在兩條“氫走廊”的基礎上，充分利用工業副産氫、著眼海上風電光伏發展前景，計劃打造“一核、兩區”——環杭州灣氫能産業核心城市群、義甬舟氫能産業聯動發展區和浙西南氫能産業培育區。

　　串起“氫走廊”的關鍵城市，如嘉興、寧波、舟山、紹興等，正是浙江氫能發展基礎最好的重點區域。這些地區有著一個共同特點：化工産業相對雄厚，工業副産氫富裕。

　　位於紹興的浙江圓錦烷烴綜合利用一體化項目正在建設中，預計新增5萬噸/年工業副産氫；此前，浙江閏土新材料有限公司的16萬噸離子膜燒鹼項目已投産，年産氫氣4000噸。

　　“我們充分利用化工行業集聚提升的契機，大力發展氫氣提純技術。”紹興市發改委黨組成員、産業處處長鄭曉説。

　　不過，“藍氫”成本再低，其産生過程往往伴隨著現代煤化工産業，碳排放依然不少。

　　在業內，最被看好的是電解水制氫，但是在電解水的過程中所用到的電力必須是綠電，也就是必須利用可再生能源發電來制氫，稱之為“綠氫”。

　　然而，從能源轉化效率和成本上來看，電解水制氫的路徑存在效率低和綜合成本高等問題，這是當下制氫最需要攻克的難題。

　　據相關結構測算，電價在0.616元/kwh的時候，氫氣每千克成本大概是39.06元；電價在0.3元/kwh時，每千克成本約21.22元；電價降到0.13元/kwh的時候，成本能到11.63元，才能基本實現與目前成本較低的“灰氫”平價。

　　顯而易見，制氫成本與電價緊密相關。今年6月，在福建興化灣海上風電場，全球首次海上風電無淡化海水原位直接電解制氫技術海上中試獲得成功。

　　侯陽告訴記者，海上風電場屬於可再生能源發電，但遠海輸送回陸地成本過高，直接就地制氫有效解決了風能轉化，大大拉低制氫成本，“這項技術一旦成熟，沿海經濟大省將從海上獲取大量的氫能，將地理資源優勢轉化為經濟發展優勢。”

　　運氫之困

　　南水北調、西電東送、西氣東輸，這些耳熟能詳的大工程，其實都在解決資源分佈不平衡的問題。氫能也不例外。

　　“能源資源的生産端和使用端通常不在一個地方，跨區輸送帶來了新的問題。”浙江大學氫能研究院氫儲輸裝備研究中心主任施建峰説，儲運一頭連著制取、一頭連著應用，一旦不暢通就會抑制氫産業的規模化發展。

　　施建峰説，常溫常壓氫的分子間距很大，體積龐大而品質輕盈，要解決有限體積下存多少品質的問題，目前主要有加壓、降溫和金屬或有機物吸附等技術路線。

　　以最常見的加壓為例，目前國內普遍採用20兆帕氣態高壓儲氫長管拖車運輸方式，適用於中短距離的氫氣輸送，成本約為20元/公斤，佔氫氣終端消費價格的一半。降低成本的辦法是繼續加大壓強，讓單位體積可容納的氫氣更多，有浙江科研人員就在研究這問題。

　　2021年，浙江大學聯合浙江巨化集團等單位申報的一個氫氣儲存項目榮獲了2020年度國家科學技術進步二等獎，其聯合研發的98兆帕大容積儲氫罐，技術達到全球領先。

　　98兆帕是多大的壓力？如果對水加壓，水柱會飆升得比珠穆朗瑪峰還高。如今，全國運作的350余座加氫站中，大多數98兆帕高壓儲氫容器都由浙江研製和生産。

　　加壓之外，還有降溫，能讓氫分子規規矩矩排列。

　　施建峰介紹説，液態氫的存儲效率更高，密度達到71克/升，是高壓氣態儲氫的兩倍以上。但氫氣液化的溫度是零下253℃，比氮氣、天燃氣的液化溫度要低得多，這對裝備技術、工藝流程等提出了更高要求。

　　不少高端裝備企業瞄準了這個方向。比如，去年10月，浙江大學氫能研究院的研究力量和杭氧集團低溫裝備技術結合，雙方成立液氫裝備技術聯合實驗室，著力突破超低溫領域裝備“卡脖子”技術。

　　不論哪種方式儲運，還有一個技術難題：氫脆。

　　在壓力的作用下，氫氣會鑽入金屬材料，集中在裂紋的尖端，讓管道或容器更容易損壞。

　　2002年起，浙江大學氫能研究院院長鄭津洋院士牽頭國家973計劃項目、國家重點研發計劃項目，對氫脆開展了系統深入研究。

　　“我們對氫脆已有深刻認識，逐步搞清哪些材料會發生氫脆、氫脆産生的條件以及阻止或延緩的辦法。”施建峰説，比如浙江大學正在研發的非金屬柔性輸氫管道，兼具塑膠的柔性和鋼材的強度，被業內廣泛看好。

　　與此同時，國內輸氫領域屢有突破：4月16日，在寧夏銀川寧東天然氣摻氫管道示範平臺，中石油用現有天然氣管道長距離輸送氫氣的技術獲得突破；6月25日，國家管網集團管道斷裂控制試驗場，我國首次高壓力純氫管道試驗取得成功。

　　“中國的氫儲運技術已經達到國際第一梯隊的先進水準。”施建峰説，這都為我國今後實現大規模、低成本的遠距離氫能運輸提供技術支撐。

　　不過，從技術突破向産業轉化的關鍵一躍並不簡單。最成熟的高壓氣態儲氫仍面臨投資成本高、回報週期長的瓶頸，低溫液態儲氫存在能耗較高、尚未實現全鏈條技術自主等問題，輸氫管道更是需要政府性投資來支援浩大的基礎設施建設……諸多難題，還有待解決。

　　用氫之限

　　“現在氫比較貴，不足以吸引各行各業，逐步推開後，就會觸發大家對它的想像力。”浙江大學氫能研究院氫電協同技術研究中心主任夏楊紅説。

　　當前，氫氣有幾大應用方向。

　　一是交通領域。2021年，國家批復了京津冀、上海、廣東、河北、河南等五大氫燃料電池汽車示範城市群。作為浙江首批發展氫能産業的試點城市，嘉興也在向氫燃料電池公交車和重卡發力，今年投入運營了35輛氫能源公交車。

　　此次《規劃》正是以交通領域為突破口，計劃到2025年，建設加氫站50座以上、日加氫能力35.5噸以上。同時，改造提升現有的加油加氣站和綜合供能服務站，基本形成氫源保障體系和加氫網路體系，基本建成市域、城區100公里輻射半徑的加氫網路。

　　二是電網儲能領域。隨著新能源佔比越來越高，風電和光伏發電靠天吃飯、隨機性較強，與電網供需平衡的屬性形成天然衝突，氫能可以起到調節作用。

　　在風光大發時，用電解水制氫儲存能量，在缺電時再利用氫燃料電池或氫能燃機發電補足缺額，實現氫與電的協同。比起電池4-5小時的存儲容量，氫儲能具備大容量、跨季節等優勢。

　　能源載體只是氫的一個方向，它還有無窮的可能。

　　比如，氫的清潔特性有待進一步發掘，鋼鐵行業嘗試在製造工藝中用氫替代碳來還原氧化物，原本排放二氧化碳的過程轉變為生成水，生産出“綠鋼”，有效促進高耗能行業減排；

　　二氧化碳加氫人工合成澱粉，可以解決農業用地面積大、春播秋收時間長等問題，二氧化碳加氫還能製成甲醇，無論是用於汽車燃料還是作為大眾化工原料，思路將更加開闊。

　　不過，在應用前景廣闊的電網儲能領域，氫電協同走入現實應用還需要翻越多座大山——

　　比如，損耗問題，氫電雙向迴圈的效率仍然偏低，普遍在60%左右；匹配問題，新能源發電的運作範圍覆蓋0-100%，傳統電解槽的運作範圍在40%-100%，當新能源發電低於40%時難以匹配；成本問題，制氫過程中電費佔到成本50%，還需從材料、控制等技術層面降低耗電水準……

　　夏楊紅告訴記者，浙江在氫電協同領域做了不少探索。

　　比如今年6月底，國網浙江電力有限公司聯合浙江大學等科研機構承擔的國家重點研發計劃專項——國內首個氫電耦合中壓直流微網在寧波慈溪濱海工業園投運。

　　光伏、風電和制氫機、直流充電機，配合儲能、燃料電池形成一張自發自用的微電網，不僅能脫離大電網連續運作168小時，還能每天滿足10輛氫能車加氫、50輛電動車快充的需求。

　　“項目實現新能源直接電解制氫，綜合餘熱供暖，整體利用效率達到82.5%，已經非常可觀。”夏楊紅説。

　　浙江是用能大省、資源小省，西部送浙和省內自發的新能源很少出現富餘。

　　放長遠看，未來浙江要往海上走，大規模開發中遠海風電、漂浮光伏、海流能等，可能因新能源過多難以消耗，出現階段性的負電價，原地制氫或成為一種趨勢；同時，遠距離輸氫成本將大大降低，氫電協同的經濟性和市場需求將會隨之上升，想像空間進一步打開。

　　安全之鐘

　　“隨著氫能應用場景不斷增多，氫能安全應用至關重要。”浙江大學氫能研究院氫安全研究中心主任花爭立特別補充説，這也是制約氫能普及的重要因素。

　　與現有工業體系中相似的裝備對比，氫能裝備呈現出特殊性，例如相較傳統天然氣裝備，氫氣易爆、易泄漏以及易發生氫脆的性質，使得氫能裝備在選材、設計方法、密封等方面存在差異。

　　據介紹，要實現氫能裝備的安全服役，通常需要從三個方面著手：

　　一是提高裝備本身的性能，實現裝備的高品質設計製造；二是建立完善的裝備運作管理體系，形成多元化和多層次的監檢測和應急管理策略；三是提高用戶端相關人員的安全和風險意識。

　　當下，氫安全體系建設仍待完善。8月，國家六部門發佈國家層面首個氫能全産業鏈標準體系建設指南，正是在當前背景下，推動氫能安全健康發展。

　　這一切，讓氫能仿佛就在眼前，卻依然還很遙遠。 

來源：潮新聞    | 撰稿：金梁 胡靜漪 朱銀燕    | 責編：汪傑菲    審核：張淵

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