中國石化積極布局綠氫業(yè)務(wù)，助力綠氫產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展

 

人類社會生產(chǎn)利用氫氣的歷史已有數(shù)百年之久，近年來，在應(yīng)對氣候變化的行動(dòng)中，綠氫因清潔低碳而備受推崇，有望取代化石能源制氫，成為氫能產(chǎn)業(yè)主流發(fā)展方向。

 

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和技術(shù)革新，綠氫的應(yīng)用場景逐漸從工業(yè)領(lǐng)域向交通、發(fā)電、建筑等部門拓展，綠氫產(chǎn)業(yè)的內(nèi)涵因而不斷擴(kuò)充，以電解水制氫為核心，向上游與可再生能源發(fā)電、設(shè)備制造等行業(yè)密切相關(guān)，向下游延伸出氫氣儲存、運(yùn)輸、加注等工藝環(huán)節(jié)。

 

從全球范圍著眼，綠氫產(chǎn)業(yè)增速亮眼但仍慢于預(yù)期。盡管在每年9000多萬噸的氫氣生產(chǎn)利用規(guī)模中，綠氫占比僅有0.1%，但與灰氫和藍(lán)氫相比，綠氫的增長速度最快，2021年的電解槽裝機(jī)規(guī)模較2020年增長了70%，亞洲和歐洲成為最主要的綠氫增量市場。IEA（國際能源署）預(yù)測，在凈零情景下，到2030年，全球綠氫規(guī)模將達(dá)到8400萬噸，遠(yuǎn)高于已宣布的綠氫項(xiàng)目產(chǎn)能；到2050年將增至3.2億噸，在氫氣消費(fèi)總量中的占比將突破60%。

 

聚焦國內(nèi)，綠氫產(chǎn)業(yè)在2022年迎來有序發(fā)展的“分水嶺”。3月，國家出臺了《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021——2035）》，明確提出重點(diǎn)發(fā)展可再生能源制氫；截至2022年底，共有24個(gè)省（自治區(qū)、直轄市）頒布了氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)規(guī)劃或指導(dǎo)意見，綠氫示范應(yīng)用在化工、鋼鐵、交通、儲能、發(fā)電等領(lǐng)域多點(diǎn)開花，2025年可再生能源制氫目標(biāo)合計(jì)超過100萬噸。這意味著我國綠氫產(chǎn)業(yè)結(jié)束了野蠻生長的階段，獲得了越來越清晰的目標(biāo)路徑和越來越完善的保障機(jī)制。

 

中國石化在打造世界領(lǐng)先潔凈能源化工公司的愿景下，提出建設(shè)中國第一氫能公司的目標(biāo)，堅(jiān)持綠氫發(fā)展方向，在助力綠氫產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，服務(wù)自身生產(chǎn)過程低碳化、提供產(chǎn)品清潔化。

 

例如，正在加緊施工的中國石化庫車綠氫示范項(xiàng)目，是全球在建的最大光伏綠氫生產(chǎn)項(xiàng)目，投產(chǎn)后年產(chǎn)綠氫可達(dá)兩萬噸，替代原有的天然氣制氫，年可減排二氧化碳48.5萬噸。

 

又如，中國石化加快推進(jìn)內(nèi)蒙古鄂爾多斯、烏蘭察布、包頭等一批綠氫煉化重大項(xiàng)目，并計(jì)劃建設(shè)一條400千米長、年吞吐量10萬噸的綠氫管道，連接京蒙兩地，促進(jìn)京津冀地區(qū)綠氫應(yīng)用與低碳發(fā)展。

 

缺乏經(jīng)濟(jì)性是當(dāng)前制約我國綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心癥結(jié)

 

盡管得到政策扶持和央企參與，但我國綠氫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)度依然不及預(yù)期，一個(gè)重要制約因素便是欠缺經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)前，我國綠氫應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性遠(yuǎn)遠(yuǎn)遜色化石能源。例如，用作工業(yè)原料時(shí)，綠氫的基準(zhǔn)平準(zhǔn)化成本在30元/千克左右，是灰氫的兩倍以上，如果對灰氫追加碳排放成本，那么需要碳價(jià)漲到500元/噸才能顯現(xiàn)綠氫的競爭力；用作交通能源時(shí)，包括制氫、儲運(yùn)、加氫等環(huán)節(jié)在內(nèi)的綠氫供應(yīng)總成本在60元/千克以上，使得汽車用氫的成本是燃油的兩倍左右，倘若再計(jì)入購車成本，綠氫交通的競爭力還會進(jìn)一步削弱；用作清潔燃料時(shí)，如果不考慮設(shè)備重置和用能效率問題，綠氫成本是同熱值煤炭的7倍多，即使煤價(jià)漲到2000元/噸，綠氫也依然不具備競爭力。

 

由于綠氫成本偏高，應(yīng)用場景難以培育，使得市場需求遲遲無法打開，影響了綠氫項(xiàng)目的融資、建設(shè)和經(jīng)營，這種影響進(jìn)一步向科研領(lǐng)域傳導(dǎo)，會遲滯技術(shù)和裝備國產(chǎn)化進(jìn)程，不利于降低綠氫成本、提升競爭力，這又更加固化了社會各界“望氫生畏”的不利局面。

 

制氫環(huán)節(jié)是影響綠氫產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)，降低制氫成本是規(guī)模化、市場化發(fā)展綠氫產(chǎn)業(yè)的前提。堿性電解水和質(zhì)子交換膜電解水是目前更為成熟的兩種綠氫制取技術(shù)，基準(zhǔn)平準(zhǔn)化成本分別為26元/千克和38元/千克，痛點(diǎn)集中體現(xiàn)在電費(fèi)畸高和設(shè)備昂貴兩個(gè)方面。

 

其中，電費(fèi)畸高一是由于電解槽的轉(zhuǎn)化效率有限，制取1千克綠氫的耗電量在50千瓦時(shí)以上，二是由于綠電價(jià)格較高，除“三北”（東北、華北、西北）地區(qū)的新能源基地外，全國大部分地區(qū)的度電成本都在0.3元以上；設(shè)備昂貴主要表現(xiàn)為質(zhì)子交換膜制氫的設(shè)備價(jià)格偏高，因?yàn)殡娊獠鬯璧馁|(zhì)子交換膜大量依賴進(jìn)口，且催化劑也離不開鉑、銥等貴金屬。

 

展望未來，預(yù)計(jì)綠氫產(chǎn)業(yè)將迎來一段10年左右的“快速降本期”，堿性電解水制氫成本將主要由規(guī)模效應(yīng)和商業(yè)模式優(yōu)化驅(qū)動(dòng)，質(zhì)子交換膜電解水制氫成本將主要由技術(shù)進(jìn)步驅(qū)動(dòng)，與此同時(shí)，煤制氫和天然氣制氫的成本將在碳價(jià)的推動(dòng)下小幅上漲。預(yù)計(jì)2035年前后，我國綠氫和灰氫將在17元/千克左右的成本區(qū)間展開競爭，到2040年，綠氫經(jīng)濟(jì)性有望全面超越灰氫，到2060年，綠氫的基準(zhǔn)平準(zhǔn)化成本將降為10元/千克左右。

 

儲存和運(yùn)輸是綠氫應(yīng)用必不可少的環(huán)節(jié)，若不重視儲運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和效率提升，或?qū)⒊蔀橹萍s綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)卡脖子環(huán)節(jié)。在綠氫遠(yuǎn)距離、規(guī)模化運(yùn)輸場景下，通過管道運(yùn)輸氣態(tài)氫氣和通過罐車運(yùn)輸?shù)蜏匾簯B(tài)氫氣是相對更具經(jīng)濟(jì)性的兩種方式。當(dāng)距離為500千米時(shí)，氫氣管道運(yùn)輸成本約為6元/千克，痛點(diǎn)在于管道建設(shè)對市場規(guī)模和投資金額的要求極高，不過，通過科學(xué)合理的規(guī)劃建設(shè)，若能將氫氣管道運(yùn)力提升1倍，則可以將運(yùn)輸成本降低50%以上；液氫罐車運(yùn)輸成本約為12元/千克，痛點(diǎn)在于氫氣液化環(huán)節(jié)能耗過高，如果將氫氣液化電耗控制在8千瓦時(shí)/千克以內(nèi)，能使運(yùn)輸成本下降約40%。

 

在綠氫短距離、靈活性運(yùn)輸場景下，通過長管拖車運(yùn)輸高壓氣態(tài)氫氣最為常見，當(dāng)距離為100千米時(shí)，運(yùn)輸成本約為8元/千克，痛點(diǎn)在于氣瓶工作壓力受政策限制不能高于20兆帕，使得運(yùn)輸效率僅有1wt%（氫氣重量只占長管拖車+氫氣總重量的1%），若能將氣瓶工作壓力升至50兆帕，就可使運(yùn)輸成本降低一半左右。

 

加氫環(huán)節(jié)是對交通氫氣終端零售價(jià)格影響最大的一個(gè)環(huán)節(jié)。盡管目前看來，綠氫極少用于交通部門，但是綠氫的雜質(zhì)更少、純度更高，比灰氫更適用于燃料電池，待綠氫成本競爭力提升，必將廣泛用于氫能交通場景。

 

現(xiàn)階段，即使有投資獎(jiǎng)勵(lì)、加氫補(bǔ)貼等優(yōu)惠政策的加持，我國加氫站生命周期平準(zhǔn)化的加氫成本仍在25——30元/千克，主要原因是氫能交通市場規(guī)模有限，使得加氫站的設(shè)備利用率整體偏低。

 

如果一個(gè)加氫站每天只能服務(wù)兩三車次，那么加氫成本將高至70元/千克；如果一個(gè)加氫站可以滿負(fù)荷運(yùn)行，那么加氫成本將低至7元/千克。由此可見，加氫成本對設(shè)備利用率的變動(dòng)極為敏感。

 

預(yù)計(jì)2030年前后，我國氫能交通產(chǎn)業(yè)將進(jìn)入規(guī)模化發(fā)展階段，加氫業(yè)務(wù)經(jīng)濟(jì)性也會隨之改善；到2040年，加氫環(huán)節(jié)成本將降為15元/千克左右，氫燃料電池汽車的能耗成本將全面優(yōu)于燃油車，并能與電動(dòng)車競爭；到2060年，加氫成本有望降至10元/千克以內(nèi)。

 

綜上所述，在技術(shù)進(jìn)步和規(guī)模效應(yīng)共同作用下，在企業(yè)持續(xù)投入和政策大力扶持的共同加持下，我國綠氫煉化產(chǎn)業(yè)鏈的經(jīng)濟(jì)性拐點(diǎn)有望在2035年前后出現(xiàn)，綠氫交通產(chǎn)業(yè)鏈的經(jīng)濟(jì)性拐點(diǎn)有望在2040年前后出現(xiàn)，助力綠氫產(chǎn)業(yè)邁上規(guī)模化、市場化發(fā)展軌道。

 

孕育綠氫社會、迎接碳中和的未來，需要社會各界通力協(xié)作

 

在碳中和目標(biāo)下，我國綠氫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展軌跡可以在經(jīng)濟(jì)性技術(shù)上劃分為導(dǎo)入期、成長期、成熟期和再發(fā)展期四個(gè)階段。

 

在當(dāng)前的導(dǎo)入期，綠氫成本較高，建議將綠氫定位于滿足附加值較高的工業(yè)原料增量需求，與灰氫區(qū)別對待，產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)是技術(shù)攻關(guān)、示范項(xiàng)目和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

 

在成長期，綠氫市場競爭力提升，能夠廣泛替代用作工業(yè)原料的灰氫，產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)在于建立規(guī)模化、規(guī)范化的供應(yīng)體系。

 

到成熟期，綠氫經(jīng)濟(jì)性全面超越灰氫，成為主流的氫氣來源，應(yīng)用場景從工業(yè)、交通拓展到發(fā)電部門，產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)化氫電耦合的技術(shù)路徑和商業(yè)模式。

 

之所以說綠氫產(chǎn)業(yè)在成熟之后不衰退，而是迎來再發(fā)展新階段，是因?yàn)榫G氫將成為一種平價(jià)的清潔能源，深度參與工業(yè)、建筑等部門的碳中和過程，產(chǎn)業(yè)邊界會再次拓展。

 

盡管前景藍(lán)圖十分廣闊，但是未來5——10年很是緊要，綠氫產(chǎn)業(yè)若要克服導(dǎo)入期的重重挑戰(zhàn)，順利進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展軌道，真正擔(dān)當(dāng)起服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會綠色低碳轉(zhuǎn)型的重任，亟須生產(chǎn)者、消費(fèi)者和監(jiān)管者三方通力協(xié)作。

 

一是以科技研發(fā)為先導(dǎo)，以產(chǎn)業(yè)制造為基石，協(xié)同推進(jìn)綠氫領(lǐng)域技術(shù)攻關(guān)和供應(yīng)鏈建設(shè)。一方面，建議加強(qiáng)企業(yè)間、跨行業(yè)的交流合作，開展靈活多樣的聯(lián)合研發(fā)、協(xié)同攻關(guān)、試驗(yàn)示范等活動(dòng)，加快關(guān)鍵技術(shù)和核心裝備的國產(chǎn)化進(jìn)程，并大力探索綠氫的多元應(yīng)用可能性。另一方面，建議增強(qiáng)研發(fā)中心與制造中心之間的緊密聯(lián)系，加快實(shí)現(xiàn)綠氫產(chǎn)業(yè)鏈自主可控，建立健全綠氫供應(yīng)鏈標(biāo)準(zhǔn)體系，增強(qiáng)我國綠氫產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的韌性，為碳達(dá)峰碳中和行動(dòng)提供堅(jiān)強(qiáng)支撐。

 

二是以點(diǎn)帶線、以線成面，通過綠氫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)梯次營造綠氫應(yīng)用場景。在綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期，不同應(yīng)用場景難以齊頭并進(jìn)，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也不宜過度超前、貪大求全。建議首先聚焦少數(shù)優(yōu)質(zhì)區(qū)位，因地制宜地培育綠氫應(yīng)用小生態(tài)，例如在“三北”地區(qū)的新能源基地示范發(fā)展綠氫煉化，又如在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的東部地區(qū)率先發(fā)展氫能交通，在此過程中興建制氫、儲運(yùn)、加氫等基礎(chǔ)設(shè)施，革新國產(chǎn)化技術(shù)與設(shè)備，總結(jié)和推廣綠氫業(yè)務(wù)管理經(jīng)驗(yàn)，從而逐步連接四通八達(dá)的氫走廊，開拓廣闊的綠氫應(yīng)用大市場。

 

三是倡導(dǎo)政策層面給予綠氫更多針對性扶持，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入更強(qiáng)內(nèi)生動(dòng)力。綠氫在節(jié)能降碳方面具有顯著的外部性價(jià)值，發(fā)展綠氫是與“雙碳”政策目標(biāo)高度契合的。但現(xiàn)階段，市場機(jī)制還不能充分補(bǔ)償外部性，綠氫發(fā)展需要政策這雙“有形的手”扶一段、送一程。在制氫環(huán)節(jié)，如果對可再生能源制氫企業(yè)實(shí)施用電優(yōu)惠、稅費(fèi)減免等政策，就能夠降低綠氫生產(chǎn)成本，增強(qiáng)整條產(chǎn)業(yè)鏈的競爭力。在加氫環(huán)節(jié)，如果基于氫源認(rèn)證體系進(jìn)行差異化的加氫補(bǔ)貼，就能促進(jìn)綠氫的應(yīng)用，進(jìn)而帶動(dòng)整條產(chǎn)業(yè)鏈提速發(fā)展。