与东京奥运会部分火炬使用氢燃料相比,北京冬奥会用氢代替了所有的火炬燃料,张家口的火炬也是世界上第一次使用绿氢。这使得氢作为一种能源产品进入了公众的视野。
根据氢气的生产方式,可分为灰氢、蓝氢和绿氢,分别是化石能源制氢、二氧化碳捕集和封存设施的化石能源制氢和可再生能源电解水制氢。蓝氢和绿氢被认为是实现零碳排放的关键能源品种,已被许多国家列为新能源的关键发展。
在北京冬奥会制氢厂,蓝氢和绿氢的比例相当。然而,这些氢气的生产成本相对较高,冬奥会后很难直接进入商业运营。
氢能可用于交通、工业、发电、供热等领域。除了以氢为火炬燃料外,北京冬奥会还投入了数千辆氢燃料电池车辆。为此,中石化、中石油等能源企业为冬奥会建设了30多个加氢站。
东京奥运会使用的氢能元素还包括热电联供等场景应用,而北京冬奥会则没有这样的应用。日本此前发布了建设“氢能社会”的宏伟计划,氢能在其能源结构中的比重接近8%,在世界上处于领先地位。
我国氢能产业处于发展初期,扶持政策和发展重点放在交通领域,即氢燃料电池汽车。虽然中国企业最近已经开始布局可再生能源制氢和更多氢能应用场景,但整个氢能行业的产业化时间表仍不明确,配套政策仍需完善,我国氢能整体发展的顶层设计尚未发布。冬奥会对氢能产业的发展具有象征意义,大于实际作用。
蓝氢、绿氢共同亮相北京冬奥会
化石能源制氢技术非常成熟,成本低,蓝氢和绿氢技术仍有待突破,且成本高。北京冬奥会计划实现碳中和,因此使用的氢能是蓝氢和绿氢。然而,蓝氢的具体标准,即在化石能源制氢过程中减少了多少二氧化碳,并没有由各国和地区设定。
冬奥会期间,北京和北京周边共有11家制氢厂投入供应。其中,最大的两家制氢厂是张家口绿色氢能一体化示范基地项目(以下简称张家口绿氢项目)和中石化燕山石化北京冬奥会氢气新能源项目(以下简称燕山石化氢能项目),产品为绿氢和蓝氢。
张家口绿氢项目为冬奥会上50%的氢燃料电池汽车提供氢能,采用陆上风能产生的电制氢。该项目由壳牌(中国)有限公司与张家口交通建设投资控股集团合资,年产能2万千瓦(约4000标准立方米/小时),是世界第二大绿氢项目。
壳牌相关负责人表示,该项目建成需要13个月,预计生命周期为20年。目前,该项目有一定的政府补贴。初期,将为冬奥会期间张家口600多辆氢燃料电池汽车提供绿氢。此后,该项目生产的氢气将用于京津冀地区的公共和商业运输。
燕山石化氢能项目是化石能源制氢项目。氢气作为北京主会场的主火炬燃料,也为中石化的加氢站提供能源,产能为2000标准立方米/小时。根据中石化发布的信息,该项目生产的氢气已获得清洁氢认证,低于传统化石能源制氢的碳排放,这意味着它是蓝氢。
以上两个项目均为商业氢能项目。商业项目是指以商业化、可持续经营为目的的非科研、示范、试点项目。以项目规模为衡量标准,年产1万千瓦以上的项目达到商业规模,1万千瓦以下的项目主要以技术试点为目的。但在没有补贴的情况下,即使是商业项目现阶段也没有经济效益。
冬奥会11座制氢厂中,有7座是绿氢,4座是蓝氢。在生产能力方面,绿氢的比例较大。但据报道,冬奥会实际使用的绿氢主要是张家口绿氢项目,化石能源制氢在所有氢气中的比例较大。
目前尚不清楚这11座制氢厂的具体成本。一般来说,现阶段蓝氢、绿氢工程成本较高,无补贴无法盈利。
本届冬奥会是我国首次大规模应用蓝氢和绿氢,对氢能产业化意义不大,但具有重要的象征意义。
氢能应用场景在哪里?
氢能产业化发展的关键是要有大规模的应用场景,带动产业链各环节的技术突破和基础设施建设。东京奥运会和北京冬奥会都在努力拓宽氢能的应用场景,火炬和车辆是主要应用场景。
东京奥运会是奥运会历史上第一次使用氢作为火炬燃料,其中氢作为主火炬的唯一燃料;接力火炬部分地区使用氢作为燃料,部分地区使用丙烷。北京冬奥会火炬使用氢作为唯一的燃料,其中张家口火炬台是历史上第一次使用绿氢作为燃料。
北京冬奥会投入的氢燃料车辆数量约为东京奥运会的两倍。北京延庆和张家口使用的车辆主要是氢燃料车辆:共投入了福田、宇通、中通、吉利等816辆氢燃料电池客车;丰田还提供了107辆柯斯达氢擎中巴车和140辆第二代MIRai氢燃料电池小轿车;此外,投入的氢燃料电池车辆还包括物流车辆、特种车辆等车型,总共约1100辆。
东京奥运会还在奥运村使用氢能供热,比北京冬奥会有更多的应用场景。这反映了中国和日本氢能利用现状的差异。中国目前的氢能应用场景主要集中在车辆领域,而日本更强大地推广氢能的使用。出台了各种扶持政策,开发了家庭住宅、商业建筑供电供暖等多元化氢能应用场景。
冬奥会前,我国氢燃料电池车辆发展规模不小,从加氢站到车辆生产都有不同程度的补贴。据中国氢能联盟大数据中心统计,截至2021年底,全国已建成运营加氢站255座,其中在营183座,待运营69座,暂停运营3座;氢燃料电池汽车总数超过9000辆。
在北京冬奥会上如此大规模的氢燃料电池车辆集中使用,为企业和产业发展积累了宝贵的经验。在2008年北京奥运会和2010年上海世博会上,氢燃料电池汽车也投入使用,但规模很小,后续使用不理想。如何扩大1000多辆氢燃料电池汽车的使用范围,有效利用,是一个问题。
据全国乘用车市场信息联席会秘书长崔东树介绍,氢燃料电池汽车的主要应用场景是公交车、固定线路大巴和物流运输,缺乏市场扩张机会,为了避免类似的纯电动公交车有补贴和市场,没有补贴就会萎缩的局面。
氢能产业化还有很长的路要走
目前,全球氢能产业仍处于工业化的早期阶段,没有成熟的商业模式,几乎都必须依靠补贴来发展。东京夏季奥运会和北京冬季奥运会对氢能的青睐,对产业发展的实际促进作用不大,各国氢能产业正处于探索阶段。
从灰氢到蓝氢,主要问题是成本高;绿氢生产技术仍有待突破,且成本也高。德国领导的欧盟国家积极发展绿氢,重点支持绿氢生产过程的设备和技术研发,希望大规模促进产业化发展。美国对氢能的政策支持并不大,但美国主要石油公司都将蓝氢作为重要的战略方向。
北京冬奥会和东京奥运会对氢能的推广意味着中日两国都同意氢能在实现碳中和过程中的作用。然而,中日两国对氢能产业的发展前景有不同的规划。能源严重短缺的日本对氢能的发展寄予厚望,制定了雄心勃勃的计划和相对完善的政策。根据其资源禀赋和技术储备,日本重点支持氢能应用场景的发展,大力推广氢燃料电池汽车和社区能源利用。
中国是世界上主要的灰氢生产国。这些灰氢主要是工业副产氢,没有绿色低碳的环保效益,也没有形成氢能产业链。目前,全球氢气年产量约7000万吨,灰氢约占95%。根据《中国氢能源及燃料电池产业白皮书2020》,中国氢气产能约为每年4100万吨,产量约为3342万吨,是世界第一氢气生产国。
然而,氢能在中国能源结构中的地位和前景尚不清楚,中央政府也没有氢能产业发展的总体规划。没有明确的蓝氢和绿氢的产量目标,氢能在能源结构中的比例计划。虽然中国政府已经承认氢能是一种新能源品种,但配套政策并不完善。例如,在许多地方,氢气仍然被管理为危险化学品,而不是作为能源产品。
与此同时,中国许多地方政府对氢能的发展充满热情。目前,北京、山东、河北、天津、四川、浙江、宁夏等16个省市制定了氢能发展计划,氢燃料电池汽车示范应用城市群有5个:河北、河南、京津冀、上海、广东城市群。
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