氫能產(chǎn)業(yè)頂層規(guī)劃出臺 

 

鋼鐵應(yīng)用再添新機(jī)遇——《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021-2035年）》解讀

 

信息研究所副所長 

 

于治民

 

導(dǎo)語

 

氫能是一種來源豐富、綠色低碳、應(yīng)用廣泛的二次能源，對減少二氧化碳等溫室氣體排放、實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)具有重要意義。近日，國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021-2035年）》（以下簡稱《規(guī)劃》）。《規(guī)劃》作為我國首部國家級氫能產(chǎn)業(yè)頂層政策文件，在研判全球氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展形勢，總結(jié)我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展成效、分析存在問題基礎(chǔ)上，提出了氫能產(chǎn)業(yè)三大戰(zhàn)略定位、四項(xiàng)發(fā)展原則，明確氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)，并圍繞氫能制、儲、輸、用各關(guān)鍵環(huán)節(jié)，以及氫能安全和公共服務(wù)等，提出了四方面重點(diǎn)任務(wù)。

 

《規(guī)劃》統(tǒng)籌謀劃、整體布局氫能全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，既是能源綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要抓手，也為促進(jìn)我國氫能產(chǎn)業(yè)科學(xué)、有序、健康發(fā)展指明了方向。筆者結(jié)合鋼鐵行業(yè)就《規(guī)劃》中相關(guān)工作要點(diǎn)進(jìn)行解讀分析，供探討和參考。

 

一

 

氫能制取——清潔低碳為主

 

《規(guī)劃》確定了氫能清潔低碳發(fā)展原則，并提出發(fā)展目標(biāo)。到2025年，可再生能源制氫量達(dá)到10-20萬噸/年，成為新增氫能消費(fèi)的重要組成部分，初步建立以工業(yè)副產(chǎn)氫和可再生能源制氫就近利用為主的氫能供應(yīng)體系?！兑?guī)劃》要求，結(jié)合資源稟賦特點(diǎn)和產(chǎn)業(yè)布局，因地制宜選擇制氫技術(shù)路線，著力構(gòu)建清潔化、低碳化、低成本的多元制氫體系，重點(diǎn)發(fā)展可再生能源制氫，嚴(yán)格控制化石能源制氫?！兑?guī)劃》目標(biāo)為鋼鐵企業(yè)在氫能供給側(cè)帶來新發(fā)展機(jī)遇。

 

（一）充分利用鋼鐵企業(yè)副產(chǎn)氫優(yōu)勢

 

《規(guī)劃》提出，優(yōu)先利用工業(yè)副產(chǎn)氫，鼓勵就近消納，降低工業(yè)副產(chǎn)氫供給成本。目前我國氫氣年產(chǎn)量約為3300萬噸/年，主要以化石能源制氫和工業(yè)副產(chǎn)氫為主，煤制氫和天然氣制氫占比近80%，氯堿、焦?fàn)t煤氣、丙烷脫氫等工業(yè)副產(chǎn)氫占比約20%。我國鋼鐵企業(yè)以長流程為主，一般都配備焦化廠，鋼鐵企業(yè)通常將富余焦?fàn)t煤氣用來發(fā)電或出售，一定程度上造成優(yōu)質(zhì)能源的價(jià)值錯配。當(dāng)前一段時期內(nèi)，焦?fàn)t煤氣制氫一方面可大幅降低氫氣制備成本，另一方面，也避免了“化石能源發(fā)電—電解水制氫”過程能源轉(zhuǎn)化的能量損失。

 

（二）充分開發(fā)鋼鐵企業(yè)可再生資源

 

《規(guī)劃》提出開展可再生能源制氫示范，逐步擴(kuò)大示范規(guī)模，探索季節(jié)性儲能和電網(wǎng)調(diào)峰。雖然我國可再生能源制氫體量不大，但發(fā)展態(tài)勢很積極，可再生能源裝機(jī)量全球第一，在清潔低碳的氫能供給上具有巨大潛力。鋼鐵企業(yè)可利用廠房屋頂建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，鐵礦企業(yè)可充分利用尾礦庫建設(shè)風(fēng)光一體發(fā)電站，開展可再生能源制氫項(xiàng)目，有效推進(jìn)鋼鐵企業(yè)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整。

 

 

 

二

 

氫能儲運(yùn)——安全可控為先

 

《規(guī)劃》提出安全為先的原則，把安全作為氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的內(nèi)在要求?！兑?guī)劃》明確指出，要穩(wěn)步構(gòu)建儲運(yùn)體系，以安全可控為前提，積極推進(jìn)技術(shù)材料工藝創(chuàng)新，支持開展多種儲運(yùn)方式的探索和實(shí)踐。逐步構(gòu)建高密度、輕量化、低成本、多元化的氫能儲運(yùn)體系。氫能儲運(yùn)等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)為鋼鐵材料營造新的應(yīng)用場景。

 

（一）氫能儲運(yùn)方式多元化

 

《規(guī)劃》提出，提高高壓氣態(tài)儲運(yùn)效率，加快降低儲運(yùn)成本，有效提升高壓氣態(tài)儲運(yùn)商業(yè)化水平。開展摻氫天然氣管道、純氫管道等試點(diǎn)示范。氫能利用以就地生產(chǎn)、就地消費(fèi)為主，氫氣的運(yùn)輸距離相對較短。我國現(xiàn)階段主要以高壓氣態(tài)長管拖車運(yùn)輸為主，管道運(yùn)輸仍為短板弱項(xiàng)，氫氣管道里程約400公里，在用管道僅有百公里左右。隨著我國氫能應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大，氫氣管網(wǎng)將成為低成本運(yùn)氫的必然趨勢。

 

（二）加氫站建設(shè)快速增長

 

《規(guī)劃》提出部署建設(shè)一批加氫站，探索站內(nèi)制氫、儲氫和加氫一體化的加氫站等新模式。對于氫燃料電池汽車等小而分散的終端用氫需求，加氫站是必不可少的中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)。截至目前，全國共有22個省市布局了加氫基礎(chǔ)設(shè)施，累計(jì)建成各類加氫站200座，在營加氫站超過157座，已經(jīng)超過147座的日本位居世界首位，主要服務(wù)于公共汽車、物流車和卡車等。

 

由于氫氣與鋼鐵存在氫脆現(xiàn)象，儲運(yùn)氫氣對儲運(yùn)材料有特殊要求。因此如何實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、高效、安全的儲氫技術(shù)是氫能利用走向?qū)嵱没a(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。國內(nèi)相關(guān)儲運(yùn)氫氣材料研究仍處于初期階段，關(guān)鍵零部件、材料仍然依賴進(jìn)口。面對未來廣闊的氫能應(yīng)用場景，鋼鐵企業(yè)可布局研究開發(fā)用于加氫站、儲運(yùn)罐、輸氫管道等的鋼材品種。

 

 

 

三

 

鋼鐵應(yīng)用——穩(wěn)慎示范為上

 

《規(guī)劃》提出穩(wěn)慎應(yīng)用，示范先行的原則，不搞齊步走、一刀切，嚴(yán)禁“跑馬圈地”?！兑?guī)劃》明確堅(jiān)持點(diǎn)線結(jié)合、以點(diǎn)帶面，因地制宜拓展氫能應(yīng)用場景，穩(wěn)慎推動氫能在工業(yè)等領(lǐng)域的多元應(yīng)用。鋼鐵工業(yè)的氫能應(yīng)用場景主要有以下兩方面：

 

（一）氫能冶金

 

《規(guī)劃》提出，不斷提升氫能利用經(jīng)濟(jì)性，開展以氫作為還原劑的氫冶金技術(shù)研發(fā)應(yīng)用，探索氫能在工業(yè)生產(chǎn)中作為高品質(zhì)熱源的應(yīng)用，擴(kuò)大工業(yè)領(lǐng)域氫能替代化石能源應(yīng)用規(guī)模。開展以氫作為還原劑的氫冶金技術(shù)研發(fā)應(yīng)用是鋼鐵行業(yè)綠色低碳發(fā)展重要途徑之一，鋼鐵企業(yè)氫能應(yīng)用潛力巨大。2021年，我國粗鋼產(chǎn)量為10.35億噸，按照中鋼協(xié)重點(diǎn)統(tǒng)計(jì)鋼鐵企業(yè)549kgce的綜合能耗進(jìn)行初步測算，鋼鐵行業(yè)能源消耗總量為5.68億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，如果鋼鐵行業(yè)10%的能源消耗以氫能替代，則需要?dú)錃饧s1163萬噸，可減排二氧化碳約1.9億噸，對我國實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)具有重大意義。

 

近年來，我國部分鋼鐵企業(yè)聯(lián)合科研機(jī)構(gòu)積極開展氫能冶金技術(shù)探索和研究，并進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)，取得一定成效。中國寶武、河鋼集團(tuán)、建龍集團(tuán)等大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)帶頭開展了氫能冶金試驗(yàn)示范。2022年2月，中國寶武湛江鋼鐵零碳示范工廠百萬噸級氫基豎爐工程正式開工，該項(xiàng)目是國內(nèi)首套百萬噸級氫基豎爐，也是首套集成氫氣和焦?fàn)t煤氣進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)的直接還原生產(chǎn)線。

 

（二）清潔運(yùn)輸

 

《規(guī)劃》提出，立足本地氫能供應(yīng)能力、產(chǎn)業(yè)環(huán)境和市場空間等基礎(chǔ)條件，結(jié)合道路運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展特點(diǎn)，重點(diǎn)推進(jìn)氫燃料電池中重型車輛應(yīng)用，在礦區(qū)、港口、工業(yè)園區(qū)等運(yùn)營強(qiáng)度大、行駛線路固定區(qū)域，探索開展氫燃料電池貨車運(yùn)輸示范應(yīng)用。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年，我國氫能重卡在新能源重卡中銷量增速最快，同比增長超33倍，2021年前9月交付客戶的氫能重卡有400余臺，遠(yuǎn)超2020年17臺的銷量。“柴改氫”是推進(jìn)氫能應(yīng)用的一個重要的方向，預(yù)計(jì)到2050年，將有超過50%重型卡車將氫燃料電池作為發(fā)動機(jī)。

 

按照鋼鐵行業(yè)超低排放A級企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，清潔運(yùn)輸比例必須達(dá)到80%以上，氫能重卡的應(yīng)用對鋼鐵企業(yè)環(huán)保創(chuàng)A工作有重要的現(xiàn)實(shí)意義。2021年7月，河鋼集團(tuán)首批次30輛49噸氫能重卡投入運(yùn)營，主要用于從唐山港京唐港區(qū)到唐鋼新區(qū)之間的貨物運(yùn)輸，這是我國首條市場化運(yùn)營的氫能重卡運(yùn)輸線。榮程眾和自用氫能源項(xiàng)目是天津市首個氫能運(yùn)輸示范應(yīng)用場景，項(xiàng)目包括一座加氫站和11輛氫能重卡。

 

 

 

四

 

結(jié)語與建議

 

“十四五”期間，地方政府和鋼鐵企業(yè)要充分認(rèn)識發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)與合理利用氫能對我國實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的重要意義，準(zhǔn)確把握氫能替代的趨勢和新發(fā)展機(jī)遇，強(qiáng)化責(zé)任擔(dān)當(dāng)，積極主動適應(yīng)，提前謀劃布局，努力作出貢獻(xiàn)。

 

（一）統(tǒng)籌規(guī)劃，合理布局

 

一是地方政府層面，應(yīng)充分領(lǐng)會和理解《規(guī)劃》內(nèi)涵，結(jié)合國家氫能產(chǎn)業(yè)部署，立足當(dāng)?shù)貧淠墚a(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)和資源稟賦條件，先試先行；研究探索“工業(yè)副產(chǎn)氫+可再生能源發(fā)電制氫—氫能冶金”全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的支持性政策；協(xié)同推進(jìn)氫能制取、儲運(yùn)、應(yīng)用等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，加快推進(jìn)鋼鐵行業(yè)“以氫減碳”“以氫代碳”的試驗(yàn)、示范、推廣和應(yīng)用。有條件的地方可規(guī)劃打造“工業(yè)副產(chǎn)氫—氫能冶金+可再生能源發(fā)電制氫—氫能物流”等氫能應(yīng)用產(chǎn)業(yè)示范園區(qū)，引領(lǐng)氫能與鋼鐵創(chuàng)新發(fā)展。

 

二是鋼鐵企業(yè)層面，要緊跟綠色低碳發(fā)展要求，抓住工業(yè)副產(chǎn)氫發(fā)展新機(jī)遇，積極研究編制煤氣平衡診斷與利用規(guī)劃、新能源發(fā)電制氫規(guī)劃，探索氫能在鋼鐵企業(yè)應(yīng)用新技術(shù)、新場景。

 

（二）標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)，協(xié)同發(fā)展

 

一是圍繞鋼鐵行業(yè)氫能制、儲、輸、用等全產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵核心技術(shù)、材料和裝備開展標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，構(gòu)建清潔化、低碳化、低成本的多元制氫和用氫體系，充分發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范和引領(lǐng)作用，指導(dǎo)氫能在鋼鐵行業(yè)不斷向綠色化、低碳化發(fā)展。

 

二是鼓勵龍頭企業(yè)積極參與各類標(biāo)準(zhǔn)研制工作，尤其是已經(jīng)布局氫能冶金的鋼鐵企業(yè)，占領(lǐng)標(biāo)準(zhǔn)先機(jī)。推動氫冶金關(guān)鍵核心技術(shù)和安全技術(shù)協(xié)同發(fā)展，加強(qiáng)氫氣泄漏檢測報(bào)警以及氫能相關(guān)特種設(shè)備的檢驗(yàn)、檢測等先進(jìn)技術(shù)研發(fā)，確保氫能利用安全可控。

 

三是積極參與國際氫能標(biāo)準(zhǔn)化活動，加強(qiáng)與氫能技術(shù)領(lǐng)先的國家和地區(qū)開展項(xiàng)目合作，堅(jiān)持共商共建共享原則，探索開展氫能貿(mào)易、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、產(chǎn)品開發(fā)等標(biāo)準(zhǔn)化合作。

 

（三）專利布局，規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)

 

截至目前，全球氫能冶金相關(guān)專利申請主要集中在富氫高爐、氫基豎爐和氫基熔融還原等方面，近兩年國內(nèi)企業(yè)專利申請數(shù)量顯著增加，但仍亟需系統(tǒng)的專利布局，以規(guī)避知識產(chǎn)權(quán)風(fēng)險(xiǎn)。鋼鐵企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)應(yīng)充分利用知識產(chǎn)權(quán)工具保護(hù)好科研成果，同時借助專利分析主動關(guān)注競爭對手，積極開展海外專利布局，提升企業(yè)綜合競爭力。