氫能產業頂層規劃出臺 

 

鋼鐵應用再添新機遇——《氫能產業發展中長期規劃（2021-2035年）》解讀

 

信息研究所副所長 

 

于治民

 

導語

 

氫能是一種來源豐富、綠色低碳、應用廣泛的二次能源，對減少二氧化碳等溫室氣體排放、實現碳達峰碳中和目標具有重要意義。近日，國家發展改革委、國家能源局聯合印發《氫能產業發展中長期規劃（2021-2035年）》（以下簡稱《規劃》）?！兑巹潯纷鳛槲覈撞繃壹墯淠墚a業頂層政策文件，在研判全球氫能產業發展形勢，總結我國氫能產業發展成效、分析存在問題基礎上，提出了氫能產業三大戰略定位、四項發展原則，明確氫能產業發展目標，并圍繞氫能制、儲、輸、用各關鍵環節，以及氫能安全和公共服務等，提出了四方面重點任務。

 

《規劃》統籌謀劃、整體布局氫能全產業鏈發展，既是能源綠色低碳轉型的重要抓手，也為促進我國氫能產業科學、有序、健康發展指明了方向。筆者結合鋼鐵行業就《規劃》中相關工作要點進行解讀分析，供探討和參考。

 

一

 

氫能制取——清潔低碳為主

 

《規劃》確定了氫能清潔低碳發展原則，并提出發展目標。到2025年，可再生能源制氫量達到10-20萬噸/年，成為新增氫能消費的重要組成部分，初步建立以工業副產氫和可再生能源制氫就近利用為主的氫能供應體系。《規劃》要求，結合資源稟賦特點和產業布局，因地制宜選擇制氫技術路線，著力構建清潔化、低碳化、低成本的多元制氫體系，重點發展可再生能源制氫，嚴格控制化石能源制氫?！兑巹潯纺繕藶殇撹F企業在氫能供給側帶來新發展機遇。

 

（一）充分利用鋼鐵企業副產氫優勢

 

《規劃》提出，優先利用工業副產氫，鼓勵就近消納，降低工業副產氫供給成本。目前我國氫氣年產量約為3300萬噸/年，主要以化石能源制氫和工業副產氫為主，煤制氫和天然氣制氫占比近80%，氯堿、焦爐煤氣、丙烷脫氫等工業副產氫占比約20%。我國鋼鐵企業以長流程為主，一般都配備焦化廠，鋼鐵企業通常將富余焦爐煤氣用來發電或出售，一定程度上造成優質能源的價值錯配。當前一段時期內，焦爐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“化石能源發電—電解水制氫”過程能源轉化的能量損失。

 

（二）充分開發鋼鐵企業可再生資源

 

《規劃》提出開展可再生能源制氫示范，逐步擴大示范規模，探索季節性儲能和電網調峰。雖然我國可再生能源制氫體量不大，但發展態勢很積極，可再生能源裝機量全球第一，在清潔低碳的氫能供給上具有巨大潛力。鋼鐵企業可利用廠房屋頂建設分布式光伏發電系統，鐵礦企業可充分利用尾礦庫建設風光一體發電站，開展可再生能源制氫項目，有效推進鋼鐵企業能源結構調整。

 

 

 

二

 

氫能儲運——安全可控為先

 

《規劃》提出安全為先的原則，把安全作為氫能產業發展的內在要求?！兑巹潯访鞔_指出，要穩步構建儲運體系，以安全可控為前提，積極推進技術材料工藝創新，支持開展多種儲運方式的探索和實踐。逐步構建高密度、輕量化、低成本、多元化的氫能儲運體系。氫能儲運等基礎設施建設為鋼鐵材料營造新的應用場景。

 

（一）氫能儲運方式多元化

 

《規劃》提出，提高高壓氣態儲運效率，加快降低儲運成本，有效提升高壓氣態儲運商業化水平。開展摻氫天然氣管道、純氫管道等試點示范。氫能利用以就地生產、就地消費為主，氫氣的運輸距離相對較短。我國現階段主要以高壓氣態長管拖車運輸為主，管道運輸仍為短板弱項，氫氣管道里程約400公里，在用管道僅有百公里左右。隨著我國氫能應用范圍逐步擴大，氫氣管網將成為低成本運氫的必然趨勢。

 

（二）加氫站建設快速增長

 

《規劃》提出部署建設一批加氫站，探索站內制氫、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環節。截至目前，全國共有22個省市布局了加氫基礎設施，累計建成各類加氫站200座，在營加氫站超過157座，已經超過147座的日本位居世界首位，主要服務于公共汽車、物流車和卡車等。

 

由于氫氣與鋼鐵存在氫脆現象，儲運氫氣對儲運材料有特殊要求。因此如何實現經濟、高效、安全的儲氫技術是氫能利用走向實用化、產業化的關鍵。國內相關儲運氫氣材料研究仍處于初期階段，關鍵零部件、材料仍然依賴進口。面對未來廣闊的氫能應用場景，鋼鐵企業可布局研究開發用于加氫站、儲運罐、輸氫管道等的鋼材品種。

 

 

 

三

 

鋼鐵應用——穩慎示范為上

 

《規劃》提出穩慎應用，示范先行的原則，不搞齊步走、一刀切，嚴禁“跑馬圈地”。《規劃》明確堅持點線結合、以點帶面，因地制宜拓展氫能應用場景，穩慎推動氫能在工業等領域的多元應用。鋼鐵工業的氫能應用場景主要有以下兩方面：

 

（一）氫能冶金

 

《規劃》提出，不斷提升氫能利用經濟性，開展以氫作為還原劑的氫冶金技術研發應用，探索氫能在工業生產中作為高品質熱源的應用，擴大工業領域氫能替代化石能源應用規模。開展以氫作為還原劑的氫冶金技術研發應用是鋼鐵行業綠色低碳發展重要途徑之一，鋼鐵企業氫能應用潛力巨大。2021年，我國粗鋼產量為10.35億噸，按照中鋼協重點統計鋼鐵企業549kgce的綜合能耗進行初步測算，鋼鐵行業能源消耗總量為5.68億噸標準煤，如果鋼鐵行業10%的能源消耗以氫能替代，則需要氫氣約1163萬噸，可減排二氧化碳約1.9億噸，對我國實現碳達峰碳中和目標具有重大意義。

 

近年來，我國部分鋼鐵企業聯合科研機構積極開展氫能冶金技術探索和研究，并進行工業性試驗，取得一定成效。中國寶武、河鋼集團、建龍集團等大型鋼鐵聯合企業帶頭開展了氫能冶金試驗示范。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，該項目是國內首套百萬噸級氫基豎爐，也是首套集成氫氣和焦爐煤氣進行工業化生產的直接還原生產線。

 

（二）清潔運輸

 

《規劃》提出，立足本地氫能供應能力、產業環境和市場空間等基礎條件，結合道路運輸行業發展特點，重點推進氫燃料電池中重型車輛應用，在礦區、港口、工業園區等運營強度大、行駛線路固定區域，探索開展氫燃料電池貨車運輸示范應用。據有關數據統計，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，遠超2020年17臺的銷量。“柴改氫”是推進氫能應用的一個重要的方向，預計到2050年，將有超過50%重型卡車將氫燃料電池作為發動機。

 

按照鋼鐵行業超低排放A級企業標準要求，清潔運輸比例必須達到80%以上，氫能重卡的應用對鋼鐵企業環保創A工作有重要的現實意義。2021年7月，河鋼集團首批次30輛49噸氫能重卡投入運營，主要用于從唐山港京唐港區到唐鋼新區之間的貨物運輸，這是我國首條市場化運營的氫能重卡運輸線。榮程眾和自用氫能源項目是天津市首個氫能運輸示范應用場景，項目包括一座加氫站和11輛氫能重卡。

 

 

 

四

 

結語與建議

 

“十四五”期間，地方政府和鋼鐵企業要充分認識發展氫能產業與合理利用氫能對我國實現雙碳目標的重要意義，準確把握氫能替代的趨勢和新發展機遇，強化責任擔當，積極主動適應，提前謀劃布局，努力作出貢獻。

 

（一）統籌規劃，合理布局

 

一是地方政府層面，應充分領會和理解《規劃》內涵，結合國家氫能產業部署，立足當地氫能產業發展基礎和資源稟賦條件，先試先行；研究探索“工業副產氫+可再生能源發電制氫—氫能冶金”全產業鏈發展的支持性政策；協同推進氫能制取、儲運、應用等基礎設施建設，加快推進鋼鐵行業“以氫減碳”“以氫代碳”的試驗、示范、推廣和應用。有條件的地方可規劃打造“工業副產氫—氫能冶金+可再生能源發電制氫—氫能物流”等氫能應用產業示范園區，引領氫能與鋼鐵創新發展。

 

二是鋼鐵企業層面，要緊跟綠色低碳發展要求，抓住工業副產氫發展新機遇，積極研究編制煤氣平衡診斷與利用規劃、新能源發電制氫規劃，探索氫能在鋼鐵企業應用新技術、新場景。

 

（二）標準引領，協同發展

 

一是圍繞鋼鐵行業氫能制、儲、輸、用等全產業鏈關鍵核心技術、材料和裝備開展標準體系建設，構建清潔化、低碳化、低成本的多元制氫和用氫體系，充分發揮標準的規范和引領作用，指導氫能在鋼鐵行業不斷向綠色化、低碳化發展。

 

二是鼓勵龍頭企業積極參與各類標準研制工作，尤其是已經布局氫能冶金的鋼鐵企業，占領標準先機。推動氫冶金關鍵核心技術和安全技術協同發展，加強氫氣泄漏檢測報警以及氫能相關特種設備的檢驗、檢測等先進技術研發，確保氫能利用安全可控。

 

三是積極參與國際氫能標準化活動，加強與氫能技術領先的國家和地區開展項目合作，堅持共商共建共享原則，探索開展氫能貿易、基礎設施建設、產品開發等標準化合作。

 

（三）專利布局，規避風險

 

截至目前，全球氫能冶金相關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，近兩年國內企業專利申請數量顯著增加，但仍亟需系統的專利布局，以規避知識產權風險。鋼鐵企業和科研機構應充分利用知識產權工具保護好科研成果，同時借助專利分析主動關注競爭對手，積極開展海外專利布局，提升企業綜合競爭力。