为落实《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》,积极拓展清洁低碳氢在工业领域应用,加快技术装备产品升级,促进氢能产业高质量发展,近日,工业和信息化部、国家发展改革委、国家能源局联合印发《加快工业领域清洁低碳氢应用实施方案》(工信厅联节函〔2024〕499号,以下简称《方案》)。

《方案》要求,到2027年,工业领域清洁低碳氢应用装备支撑和技术推广取得积极进展,清洁低碳氢在冶金、合成氨、合成甲醇、炼化等行业实现规模化应用,在工业绿色微电网、船舶、航空、轨道交通等领域实现示范应用,形成一批氢能交通、发电、储能商业化应用模式。培育一批产业生态主导力强的龙头企业和产业集聚区,以及专业水平高、服务能力强的系统解决方案供应商,初步构建较为完整的产业链和产业体系。

前景广阔   加快工业领域清洁低碳氢应用

近年来,在碳达峰碳中和目标驱动下,我国氢能产业步入全面发展新阶段。2022年,《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》将氢能正式纳入我国能源战略体系,统筹推进氢能制、储、输、用全链条发展。各地积极制定氢能产业发展相关规划,并出台制氢加氢一体站不再限制于化工园区、对氢能车辆免收高速公路通行费、对可再生能源制氢项目给予优惠等支持政策,氢能产业发展的政策体系逐步完善。

《方案》聚焦清洁低碳氢替代,氢冶金,氢碳耦合制绿色甲醇,氢氮耦合制绿色合成氨,氢燃料电池汽车,氢动力船舶、航空、轨道交通装备,氢电融合工业绿色微电网等应用场景,系统提出30项具体工作任务。从优化行业管理、加快技术攻关、培育重点企业、完善标准规范等方面提出保障举措。

工业和信息化部节能与综合利用司负责人表示,工业是氢能应用的重点领域。据国际能源署预测,到2030年氢冶金可实现规模化应用,全球年用氢需求达到660—1400万吨;绿色甲醇、绿氨的年用氢需求超过4800万吨。加快工业领域清洁低碳氢应用,是完整准确全面贯彻新发展理念的重要举措,是促进节能降碳、推进新型工业化的重要路径,是推动氢能产业高质量发展、培育新质生产力的重要方向。

“《方案》既立足实际又面向未来,聚焦冶金、化工、交通等重点行业领域,提出清洁低碳氢七大应用场景,并从技术创新、产业化示范、模式探索、清洁低碳氢源、其他关键原料来源等方向明确30项具体任务。在《方案》有序引导下,工业领域清洁低碳氢应用场景建设和市场培育将加快进行,成为氢能规模化发展的重要突破口,有力拓展氢能产业发展空间,激发绿色低碳发展新动能。”中国电子信息产业发展研究院总工程师秦海林表示。

秦海林介绍,目前,我国在突破氢能关键核心技术难题上取得积极进展,已具备制氢电解槽、氢燃料电池等氢能装备的研发制造、工艺集成能力,可再生能源制氢耦合绿色合成氨、甲醇、航空煤油等相关技术快速发展。据中国氢能联盟等分析预测,到2030年,清洁低碳氢将成为钢铁、化工等行业重要零碳原料,年消费量分别达到174、376万吨。

“氢气生产平稳增长,可再生能源制氢潜力大。”上述工信部负责人表示,2023年,我国氢气产量超3500万吨,同比增长约2.3%,占全球产量1/3左右。我国可再生能源装机规模全球第一,利用可再生能源制氢潜力巨大。据有关单位测算,截至2024年6月,我国可再生能源制氢产能突破10万吨/年,规划及在建产能约800万吨/年。

同时,氢能示范稳步推进,清洁低碳氢应用更加多元。上述工信部负责人表示介绍,我国氢能应用以氢燃料电池汽车示范应用为先导,逐步向冶金、化工、船舶等行业领域拓展。河北张家口、广东湛江百万吨级氢基竖炉冶金,新疆库车万吨级绿氢耦合炼化等项目陆续运行,可再生能源制氢耦合绿色合成氨、合成甲醇、航空煤油等技术快速发展。

“此外,氢能装备持续升级,产业发展基础进一步巩固。”上述工信部负责人表示,电解水制氢技术路线逐步成熟,催化剂、膜电极等核心零部件实现量产,碱性电解槽大型化、高效化发展持续推进。截至2023年底,水电解槽相关企业超300家、产能达到38吉瓦。大功率长寿命质子交换膜燃料电池、高温固体氧化物燃料电池等技术水平快速提升。

中国电子信息产业发展研究院节能与环保研究所绿色制造研究室副主任李欢在接受中国工业报记者采访时也表示,2023年以来,我国百万吨级氢基竖炉冶金、万吨级绿氢耦合炼化等一批具有标志性示范意义的项目投产运行,可再生能源制氢耦合绿色合成氨、甲醇、航空煤油等相关技术快速发展,工业领域规模化应用清洁低碳氢可行性得到验证。

中国电力工程顾问集团华北电力设计院有限公司高级工程师田江南向中国工业报记者进一步介绍说,目前我国已投产多个清洁低碳氢冶金项目,包括中氢冶控回转窑绿氢冶金中试基地项目、中国钢研纯氢多稳态竖炉示范工程、河钢氢冶金绿色汽车板连铸生产线、昌黎县兴国精密机件有限公司“绿电电解水制氢高炉富氢冶炼”示范项目。

“截至2024年6月底,中国建成加氢站426座,加氢站数量已位居世界第一。加氢站是为氢燃料电池汽车服务的,这说明我国的氢燃料电池汽车技术以及产业体系已经非常完善。”田江南表示。

田江南介绍,除了清洁低碳氢冶金项目,我国还投产多个清洁低碳氢合成氨项目和天然气掺氢项目;已落地的氢动力船舶、航空、轨道交通项目,氢电融合工业绿色微电网项目;正在建设的清洁低碳氢合成绿色甲醇项目等。

“这些项目的成功落地,展示了我国清洁低碳氢技术在工业领域的广泛应用前景,也体现了我国在推动清洁低碳氢技术在工业方面的积极努力。随着技术的不断进步和政策的持续支持,预计清洁低碳氢技术将在更多领域得到应用和推广。”田江南认为。

多方突破   助力清洁低碳氢规模化应用

氢能是面向未来的前沿新兴产业,尚未孕育出成熟产业形态,推动工业领域清洁低碳氢应用仍面临成本高、标准缺、技术成熟度低等突出挑战,需统筹资金、项目、政策等要素资源,加大对重点环节领域保障支持,加快形成新质生产力,为国际社会提供优质成熟解决方案。

在李欢看来,清洁低碳氢应用成本高。我国可再生能源制氢氨醇成本是传统煤制氢氨醇的2倍以上。由于成本高、经济效益欠佳,许多企业应用清洁低碳氢动力不足、压力较大,运营模式、商业模式有待探索。同时,成熟工程应用解决方案缺乏。清洁低碳氢制绿色甲醇、航空煤油等项目仍处于施工建设阶段,无成功工程应用经验可循。合成氨生产负荷调节速率低、响应慢,变负载运行时装置寿命下降、能耗上升明显,适应风光波动性的宽负荷柔性生产工艺在经济性、可靠性、高效率等方面有较大进步空间。

田江南则表示,推动清洁低碳氢技术发展的主要挑战包括氢的制、储、运、加、用等领域。

他表示,制氢环节的技术挑战包括功率波动适应性、电解槽性能和寿命、催化剂技术、系统集成与控制技术等。“如何实现这些环节的高效集成和协同运行,以及开发出精准的智能控制系统,是一个很大的挑战。尤其是在应对可再生能源的波动性输入时,系统的控制和优化难度更大。”田江南强调。此外,成本问题、交流组网成本问题、直流组网技术瓶颈等问题依然存在。

田江南介绍,加氢站是氢能应用的重要基础设施,但目前加氢站的数量远远不能满足需求。建设加氢站需要大量的资金和土地资源,并且审批手续复杂,这限制了加氢站的建设速度。氢气管道建设滞后,与天然气管道相比,氢气管道的建设还处于起步阶段。

“氢气管道的建设需要特殊的材料和技术,投资成本高,并且存在安全风险。缺乏完善的氢气管道网络,使得氢气的运输和配送受到限制,影响了氢能的大规模应用。”田江南说。

田江南还认为,气态储氢技术升级换代受限,传统的钢瓶储氢技术成熟,但存在质量大、效率低的问题。新兴的碳纤维材料储罐虽然质量轻、强度高、效率高,但相关技术存在“卡脖子”问题。

此外,固态储氢是最具商业化发展前景的储存方式之一。但固态储氢技术要实现大规模应用,还需要克服一些技术障碍,如储氢材料的性能优化、储氢系统的成本控制等。最后,液态储氢技术难度高、天然气管道掺氢与纯氢管道的氢脆问题等问题也存在很大挑战。

“这些技术挑战需要通过持续的研究和开发,以及政策支持和资金投入,才能逐步克服,从而推动清洁低碳氢技术的发展和应用。”田江南说。

面对挑战,秦海林表示,要促进降本增效。《方案》提出“研究建立可再生能源发电就近消纳机制。鼓励各地制定可再生能源电力制氢支持政策,鼓励可再生能源制氢项目参与电力市场”,聚焦可再生能源电力这个主要成本来源,积极推动各地方探索适宜的电价机制政策,并对符合条件的氢冶金等低碳前沿技术产业化示范项目给予产能延期置换政策支持,有利于显著降低工业领域制氢用氢成本。

“还要完善标准规范。”秦海林表示,《方案》提出“推动制定清洁低碳氢认定、多元化应用等标准,推动相关产品碳足迹国际标准规则互认”,着眼于清洁低碳氢认定、碳足迹等关键标准制定,加快完善氢冶金、绿色甲醇、绿色合成氨等氢能应用关键技术和设备设施标准体系,将为氢能工程建设和生产运行安全管理提供有力支撑,为企业利用氢能降低碳排放创造前提条件,有利于加快推动清洁低碳氢规模化应用。

李欢则认为,应持续推动工业领域清洁低碳氢应用所需材料、技术、设备、软件攻关突破,按研发、中试、产业化链条式布局重大项目。聚焦冶金、炼化、合成氨、甲醇、可持续航空燃料等重点场景,支持清洁低碳氢规模化、产业化应用,加快形成可复制、可推广工程应用解决方案。

“要提高电解水制氢技术、加大氢能储存与运输能力、提高氢燃料电池技术和绿色氢氨醇技术等。”田江南说。

作为氢能战线上的生力军,天合元氢不仅持续在材料、工艺等硬科技领域加大研发,更在氢能“制储输用”全产业链上展开生态合作,推动行业创新发展。天合元氢总裁段顺伟在接受中国工业报记者采访时表示,《方案》从发展方向上为企业提供了指引,目前看,氢作为能源和原料的双重属性,在工业领域能够得到最大的体现,企业的产品与解决方案应围绕工业领域的需求特点做创新研发。

政企合力   推进产业重点任务落地见效

《方案》提出以拓展清洁低碳氢在工业领域应用场景为着力点,加快技术装备产品升级,打造产业转型升级新增长点。明确到2027年工业领域清洁低碳氢应用装备支撑和技术推广取得积极进展,培育一批产业生态主导力强的龙头企业和产业集聚区,以及专业水平高、服务能力强的系统解决方案供应商。

上述工信部负责人表示,一是拓展多元应用场景。结合资源禀赋特点和产业布局,有序发展可再生能源制氢,推动工业副产氢就近消纳,扩大清洁低碳氢供给。支持先进技术装备市场化应用,遴选推广氢能新技术、新装备、新材料。支持工业企业、工业园区开展氢能供给、消纳相结合的一体化应用,推进产业链上下游协同发展,提升氢能综合利用效能。

二是加强技术装备攻关。着力提升高效制氢电解槽、大功率长寿命燃料电池、高压氢气储氢容器等重点产品性能指标和批量化生产能力,推进产品迭代升级。加快突破纯氢冶金、合成氨宽负荷柔性生产工艺、氢电耦合全流程协同控制等关键技术工艺。

三是夯实产业发展基础。研究制定水电解制氢装备制造行业规范条件。培育氢能领域专精特新中小企业和专精特新“小巨人”企业。支持有条件的地区打造氢能产业先进制造业集群和中小企业特色产业集群。加快清洁低碳氢认定、多元化应用等标准制定。

产业的发展,离不开企业的技术创新。作为氢燃料电池企业代表,潍柴集团在推动清洁低碳氢技术在工业领域的发展过程中,已经取得了一定的进展。潍柴集团相关业务负责人在接受中国工业报记者采访时介绍,依托国家燃料电池技术创新中心,集团燃料电池核心技术取得了重大突破,在功率能量密度、效率等关键指标上实现大幅提升,对重卡应用场景实现功率全覆盖,能满足各类高强度运输需求。近期发布的大功率燃料电池系统功率300kW,为氢燃料电池在长途、重载运输领域的应用提供了新的解决方案。

“《方案》的提出,为集团氢能业务的发展带来了大量的发展机会和新的市场机遇。”潍柴集团相关业务负责人表示,从技术角度来说,《方案》强调开发大功率、高效率、长寿命燃料电池及高效率氢(氨)内燃机等,潍柴集团在氢燃料电池和氢内燃机领域已有深厚的技术积累和领先优势,此《方案》将进一步激励集团公司在这些方面的研发投入,集中力量进行技术攻关和产品优化。从市场角度来说,《方案》提出加快燃料电池汽车应用,潍柴集团作为燃料电池核心技术全面领跑氢能赛道的企业,其氢燃料电池产品已批量投放市场,且在功率能量密度及效率等指标上实现大幅提升,有望在氢燃料电池汽车市场中获得更多的订单和市场份额,特别是在高速干线物流场景和重卡应用场景中具有明显的竞争优势。

“高效率氢内燃机的开发需求为潍柴集团的氢内燃机业务提供了广阔的市场前景。潍柴集团开发的大排量氢内燃机高效、清洁、可靠,未来有望在更多领域得到应用和推广。”潍柴集团相关业务负责人进一步表示。

“工业领域是氢的最大应用领域,《方案》积极推动工业领域绿氢项目的开发与落地,以支持政策为牵引推动绿氢替代,促进整个产业链的发展,为电解槽及解决方案服务企业的高质量发展增添了信心。”段顺伟表示,2024年是天合元氢发展历程中具有里程碑意义的一年。这一年,天合元氢扬州智能化、自动化电解槽生产研发基地正式投产;与国家电投合作开发的盐碱水电解设备通过专家审查;发布了行业首个《光储氢一体化解决方案蓝皮书》;签约从国内到西班牙、澳大利亚、韩国等全球范围内多个有代表性的大型氢能项目。

“下一步,公司将聚焦电解槽在大型工业项目上的安全性和可靠性,以模块化设计,智能化数据采集,电催化剂材料的改进,DCS\SIS以及EMS为基础的3S系统为客户提供匹配流程工业需求的设备和解决方案。”段顺伟说。

在产业发展过程中,政策支持也尤为重要。

“在推进氢能产业高质量发展的过程中,政府应提供明确的政策支持和规划,如出台专项政策推动氢能产业的发展,包括氢能技术研发、示范应用、基础设施建设等方面的支持。政府还需完善氢能产业的总体规划,确保氢能产业与其他产业的协调发展,避免无序竞争和资源浪费。”田江南建议。

田江南认为,政府可以通过设立产业基金、提供财政补贴、税收优惠等方式,为企业提供必要的资金支持。同时,政府应引导和鼓励金融机构为氢能企业提供低息贷款、风险投资等金融服务,解决氢能企业在研发和市场推广中的资金问题。此外,政府应支持企业加强氢能关键技术的研发投入,推动核心技术的突破和创新能力的提升。建立氢能产业的标准化体系,包括氢能制备、储存、运输、应用技术和安全规范,为产业的健康发展提供标准支撑。政府应组织氢能技术的示范应用,如在交通、电力、工业等领域开展氢能应用的试点项目,带动市场需求的增长。