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石化低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展綠氫的挑戰(zhàn)與建議

所屬分類:經(jīng)濟(jì)論文 閱讀次 時(shí)間:2021-10-19 10:54

本文摘要:摘要:將可再生能源生產(chǎn)的綠氫作為工業(yè)原料和替代燃料,用于煉油化工、冶金、建材制造和交通運(yùn)輸?shù)让撎茧y度大的行業(yè),能夠發(fā)揮顯著的碳減排作用。國際上一些著名的石油公司在新能源和氫能業(yè)務(wù)發(fā)展方面做出了表率,不少項(xiàng)目展示了良好的示范效應(yīng)。但是,綠氫

  摘要:將可再生能源生產(chǎn)的綠氫作為工業(yè)原料和替代燃料,用于煉油化工、冶金、建材制造和交通運(yùn)輸?shù)让撎茧y度大的行業(yè),能夠發(fā)揮顯著的碳減排作用。國際上一些著名的石油公司在新能源和氫能業(yè)務(wù)發(fā)展方面做出了表率,不少項(xiàng)目展示了良好的示范效應(yīng)。但是,綠氫生產(chǎn)因太陽能和風(fēng)能能量密度低,電解水制氫經(jīng)濟(jì)性差而面臨占地多、成本高等難題。石化轉(zhuǎn)型發(fā)展氫能不僅能夠鞏固交通能源供給的優(yōu)勢地位,而且有助于減少自身的碳排放,建議加強(qiáng)該領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新開發(fā),提高工藝經(jīng)濟(jì)性水平,降低投資和運(yùn)行管理成本;并充分利用社會(huì)資源,創(chuàng)新發(fā)展模式,降低發(fā)展風(fēng)險(xiǎn),獲得更多發(fā)展先機(jī)。

  關(guān)鍵詞:碳減排;可再生能源;氫能;電解水;綠氫;光伏發(fā)電;風(fēng)電

低碳能源論文

  石油石化行業(yè)擔(dān)負(fù)著國家清潔能源生產(chǎn)供應(yīng)的主體責(zé)任,但在其生產(chǎn)過程中排放大量的二氧化碳,約占全國碳排放總量的13%,工業(yè)部門的17%,主要來自用能排放和工藝排放,其中用能排放約占75%,包括化石燃料燃燒的直接排放以及外購電力、蒸汽等能源所產(chǎn)生的間接排放,工藝排放約占25%[1]。隨著劣質(zhì)原油加工比例的不斷增加和成品油質(zhì)量升級(jí)要求不斷提高,煉化企業(yè)對(duì)氫氣需求越來越多。

  石油論文范例: 論石油化工建筑的通風(fēng)空調(diào)節(jié)能措施

  2019年,中國石化用氫達(dá)3.5Mt,約占全國用氫總量的14%[2],基本由化石能源轉(zhuǎn)化而來,是煉化企業(yè)主要的二氧化碳排放源之一,減少用氫碳排放勢在必然。為此,中國石化規(guī)劃“十四五”期間建成500kt/a非化石能源制氫能力,力爭5年累計(jì)綠氫產(chǎn)量超過百萬噸,減排二氧化碳超10Mt[3]。1國際石油公司發(fā)展氫能業(yè)務(wù)的作為盡管當(dāng)前國際油價(jià)仍在高位上持續(xù),但跨國石油公司已清醒認(rèn)識(shí)到,石油需求的增長是短期的,世界能源結(jié)構(gòu)低碳化發(fā)展的趨勢不可逆轉(zhuǎn)。

  英國石油公司(BP)[45]早在2000年就開始關(guān)注可再生能源發(fā)展,陸續(xù)投巨資發(fā)展風(fēng)能、太陽能和生物燃料業(yè)務(wù)。2020年3月,BP公司新任首席執(zhí)行官BernardLooney更進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)BP公司要做能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的先鋒,在2050年實(shí)現(xiàn)凈零碳排放。2020年8月,BP公司出臺(tái)的最新10年發(fā)展戰(zhàn)略中強(qiáng)調(diào),將氫能業(yè)務(wù)增長到擁有核心市場10%的份額。2020年11月10日,BP公司宣稱已經(jīng)與全球最大的海上風(fēng)電開發(fā)商丹麥可再生能源集團(tuán)Orsted合作,共同從歐盟創(chuàng)新基金申請(qǐng)綠氫項(xiàng)目的資金,致力于利用北海的海上風(fēng)電生產(chǎn)綠氫,供應(yīng)到BP公司位于德國西北部的Lingen煉油廠,壓減該廠的天然氣制氫產(chǎn)能,并最終實(shí)現(xiàn)全部替代,一期項(xiàng)目預(yù)計(jì)于2024年正式生產(chǎn)。

  盡管當(dāng)前綠氫成本比天然氣制氫高不少,但Orsted氫能業(yè)務(wù)副總裁AndersNordstrom表示:“未來隨著更多綠氫項(xiàng)目的啟動(dòng)和技術(shù)的進(jìn)步,綠氫成本2030年將與灰氫持平。”殼牌石油公司(簡稱殼牌公司)于2016年成立了專門的新能源事業(yè)部,每年向清潔能源領(lǐng)域投資10~20×108USD發(fā)展可再生能源和低碳能源業(yè)務(wù),項(xiàng)目包括加氫站,光伏發(fā)電、風(fēng)電及制氫等,要向世界展示,殼牌公司不僅僅是一家純粹的油氣勘探開采和加工公司,還要在可再生能源方面展現(xiàn)持續(xù)的盈利能力。

  2020年2月,殼牌公司和荷蘭能源氣體聯(lián)合公司(Gasunie)宣布將共同實(shí)施位于荷蘭的NortH2項(xiàng)目[67],該項(xiàng)目包括建設(shè)北海海上風(fēng)電和埃姆斯哈文港大型電解水制氫裝置,到2040年,海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的裝機(jī)容量將達(dá)10GW,年產(chǎn)800kt綠色氫氣,將成為世界最大海上風(fēng)電制氫項(xiàng)目。

  為了給NortH2項(xiàng)目實(shí)施積累經(jīng)驗(yàn),2020年8月,殼牌公司和荷蘭電力企業(yè)Eneco聯(lián)合贏得了荷蘭最新的HollandseKustNoord海上風(fēng)電項(xiàng)目的開發(fā)權(quán),項(xiàng)目結(jié)合了漂浮式光伏、風(fēng)電制氫等多種新興技術(shù),規(guī)劃裝機(jī)容量為759MW,將于2023年投運(yùn)。殼牌公司希望借助該項(xiàng)目開發(fā)一座200MW的電解槽制氫裝置,項(xiàng)目制得的綠氫能夠被附近殼牌公司旗下的煉化廠使用。2021年4月,殼牌公司與德國萊茵集團(tuán)等簽署意向聲明,進(jìn)一步加強(qiáng)在AquaDuctus管道輸氫項(xiàng)目上的合作,該管道將把綠氫從北海直接輸送至歐洲內(nèi)陸。一旦風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)完成,從2035年起,每年將實(shí)現(xiàn)輸送綠氫1Mt。

  此外,殼牌公司計(jì)劃在2023年前建設(shè)390個(gè)氫氣零售站點(diǎn),其中230個(gè)站點(diǎn)用殼牌公司產(chǎn)品;同時(shí)正在與合作伙伴進(jìn)行船舶上使用氫燃料電池可行性試驗(yàn),如果試驗(yàn)成功,將為更清潔的氫動(dòng)力船舶鋪平道路。挪威國家石油公司本是北海最大的原油生產(chǎn)商,依托豐富的海上工程和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),轉(zhuǎn)型發(fā)展海上風(fēng)力發(fā)電業(yè)務(wù),開發(fā)了世界先進(jìn)的Hywind浮式風(fēng)力發(fā)電技術(shù)。

  目前,挪威國家石油公司在英國海岸運(yùn)營了4個(gè)風(fēng)力發(fā)電場,還在波蘭、德國、挪威和美國的近海從事更大規(guī)模的風(fēng)力項(xiàng)目,探索深海區(qū)域海上風(fēng)能解決方案。2020年挪威政府發(fā)布了氫能戰(zhàn)略,重點(diǎn)將氫能應(yīng)用到挪威海事部門、重型運(yùn)輸和工業(yè)部門。挪威政府的目標(biāo)是2030年將氫作為海洋交通運(yùn)輸?shù)娜剂咸娲,并具有市場化競爭發(fā)展的能力。挪威石油公司為此開展了跨行跨界的合作。

  2021年4月8日,挪威石油公司宣布,與英國公用事業(yè)公司(SSE)聯(lián)合在英國開發(fā)世界上第一座100%氫燃料發(fā)電廠;與挪威海事局(NMA)、挪威國防物資署(海軍系統(tǒng),DNMA)等政府部門一起,聯(lián)合殼牌、法液化空、林德、巴拉德、康明斯等26家公司組成聯(lián)盟共同致力于MarHySafe項(xiàng)目開發(fā),推出《氫燃料船舶手冊(cè)》,以解決船用燃料氫的各種難題,為未來國際氫能規(guī)則的制訂提供基礎(chǔ)。以埃克森美孚公司和雪佛龍公司為代表的北美石油公司的新能源發(fā)展戰(zhàn)略與歐洲石油公司存在較大區(qū)別,前者采取了以碳捕集與封存為主的相對(duì)保守的能源轉(zhuǎn)型策略。

  但是受前幾年油氣價(jià)格低迷的影響和歐洲石油公司的帶動(dòng),?松梨诠鹃_始關(guān)注發(fā)展氫能,2021年3月,?松梨诎l(fā)布的公司發(fā)展新戰(zhàn)略中,下調(diào)了未來油氣產(chǎn)量目標(biāo),表示要加大氫能技術(shù)、碳捕獲與封存(CCS)技術(shù)的應(yīng)用,正在推進(jìn)位于荷蘭鹿特丹的氫能項(xiàng)目,以實(shí)現(xiàn)利用CCS技術(shù)大量生產(chǎn)低碳?xì)錃狻?/p>

  雪佛龍公司于2021年4月宣布與豐田汽車公司結(jié)成氫技術(shù)聯(lián)盟,達(dá)成諒解備忘錄,共同合作促進(jìn)氫基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展和研究開發(fā)氫動(dòng)力燃料運(yùn)輸和儲(chǔ)存。雪佛龍公司美國燃料與潤滑油總裁安迪•沃爾茲表示,“建立氫能源戰(zhàn)略聯(lián)盟是尋求在低碳領(lǐng)域大規(guī)模發(fā)展業(yè)務(wù)的機(jī)會(huì),是對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品的補(bǔ)充,能夠利用現(xiàn)有的市場地位、資產(chǎn)、技術(shù)和組織能力,推進(jìn)未來低碳發(fā)展。”中東是世界上油氣資源最豐富的地區(qū),也擁有驕陽當(dāng)空的廣袤土地和持續(xù)不斷的紅海海風(fēng),具有發(fā)展綠色氫能源產(chǎn)業(yè)的得天獨(dú)厚優(yōu)勢,中東地區(qū)的石油公司期待未來在出口油氣的同時(shí),還可以出口氫能產(chǎn)品[8]。

  沙特阿拉伯國家石油公司(沙特阿美公司)擁有世界上探明儲(chǔ)量最多的油氣資源,但十分重視發(fā)展氫能。2020年2月,沙特阿美公司宣布未來幾年將斥資1100×108USD開發(fā)Jafurah天然氣田,但強(qiáng)調(diào)不會(huì)將這些天然氣以液化天然氣的形式出口,而是將其用來制氫,同時(shí)進(jìn)行二氧化碳捕集與封存,以藍(lán)氫產(chǎn)品的形式出口銷售。實(shí)際上沙特阿美公司在2019年已經(jīng)聯(lián)合空氣產(chǎn)品公司(AirProducts)建設(shè)了沙特的第一座加氫站,成立了一個(gè)燃料電池汽車示范車隊(duì)。2020年沙特阿美公司還向日本出口了世界上第一批藍(lán)氨(由藍(lán)氫生產(chǎn)的合成氨)。

  當(dāng)前,沙特王儲(chǔ)穆罕默德·本·薩勒曼正在推動(dòng)建設(shè)沙特特大未來城NEOM,建成后整個(gè)城市將使用綠色電力。沙特阿美公司計(jì)劃在未來城NEOM中建造世界最大的采用光伏電和風(fēng)電聯(lián)合電解水制氫的工廠(Helios),裝機(jī)規(guī)模4GW,綠氫產(chǎn)能約600kt/a,將耗資50×108USD,預(yù)計(jì)2025年建成交付運(yùn)行,為Neom城穩(wěn)定供能提供保障,估計(jì)制氫成本僅1.5USD/kgH2,為全球最低,甚至低于天然氣制氫的成本。

  2綠氫發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

  截止目前,全球建成和在建的綠氫項(xiàng)目近百個(gè),投資者除石油公司外,還包括電力公司以及大量社會(huì)投資公司,綠氫正被期待發(fā)展成為助力全球?qū)崿F(xiàn)氣候目標(biāo)的一個(gè)新興領(lǐng)域[9]。與此同時(shí),綠氫發(fā)展也面臨諸多挑戰(zhàn),其中最值得關(guān)注的是占地和投資發(fā)展成本問題,必須加以研究解決[10]。

  2.1占地問題

  當(dāng)前,技術(shù)相對(duì)成熟的可再生能源制氫包括太陽能光伏發(fā)電電解水制氫、風(fēng)力發(fā)電電解水制氫和生物質(zhì)制氫,其中最受關(guān)注并寄予厚望的是來源于光伏風(fēng)電的可再生電力電解水制氫。中國屬太陽能資源豐富的國家之一,中國陸地面積每年接收的太陽輻射總量相當(dāng)于2.4×106Mt標(biāo)準(zhǔn)煤,遠(yuǎn)超每年全國能源消費(fèi)總量[11]。

  中國太陽能資源分布總體呈“高原大于平原、西部干燥區(qū)大于東部濕潤區(qū)”的分布特點(diǎn)。其中,青藏高原最為豐富,年總輻射量超過6480MJ/m2,部分地區(qū)甚至超過7200MJ/m2。四川盆地資源相對(duì)較少,存在低于3600MJ/m2的區(qū)域。中國國家氣象局風(fēng)能太陽能評(píng)估中心將全國太陽能資源地區(qū)分為5類[11]。

  同樣,中國也是風(fēng)能資源豐富的國家之一[1112]。全國陸地50、70和100m高度層風(fēng)能資源技術(shù)開發(fā)量分別為2000、2600和3400GW[12],而2020年中國電力總裝機(jī)量為2200GW。中國國家氣象局風(fēng)能太陽能評(píng)估中心將全國風(fēng)能資源地區(qū)分為4類。

  中國豐富的太陽能和風(fēng)能資源是綠氫發(fā)展能源基礎(chǔ),但風(fēng)能和太陽能單位面積能量密度低,規(guī)模性制氫需要大量土地安裝光伏或風(fēng)電設(shè)施。以50kt/a綠氫規(guī)模為例,按電耗6×104kWh/tH2,則電力需求為3×109kWh/a,對(duì)應(yīng)的光伏發(fā)電裝機(jī)量跟安裝所在地的太陽能資源關(guān)系很大。

  光伏發(fā)電設(shè)施占地面積影響因素很多,包括場址條件、地理維度、光伏陣列傾角、光伏組件效率等,其中安裝方式又分為固定式、平單軸、斜單軸、雙軸,不同的安裝方式,占地面積差異很大[14]。根據(jù)2015年12月2日,國土資源部發(fā)布的關(guān)于《光伏發(fā)電站工程項(xiàng)目用地控制指標(biāo)》的通知(國土資規(guī)〔2015〕11號(hào)),使用當(dāng)前較為常用的310Wp規(guī)格光伏組件系統(tǒng),在相對(duì)平坦地面,考慮到地域和安裝方式和方法等因素進(jìn)行估算。

  滿足50kt/a綠氫生產(chǎn)要求的光伏發(fā)電方陣場區(qū)占地需要數(shù)萬畝,而且不同地域、不同安裝方式建設(shè)相同裝機(jī)容量的光伏方陣場區(qū)占地面積相差很大,甚至超過10倍以上。地域的影響表現(xiàn)在所處的地理緯度上,緯度每升高5°,光伏場區(qū)占地面積大約會(huì)增加10%~30%。緯度影響主要由影子倍率決定,即遮擋物形成的影子長度與其高度的比值。在黑龍江、新疆、內(nèi)蒙等省份的北部高緯度地區(qū),緯度在40°N以上,影子倍率超過3;而在廣東、廣西等緯度低于25°N地區(qū),影子倍率大約在1.5以內(nèi)。

  因此,在北部地區(qū),前后方陣間距會(huì)達(dá)到6m以上;而在南方的一些地方,前后方陣間距留2m的檢修通道就夠了。與最佳傾角固定式安裝方式相比,安裝角度可調(diào)節(jié)的支架跟蹤系統(tǒng)占地更多,但太陽能轉(zhuǎn)化效率提高,如平單軸式能提高10%20%的發(fā)電量、斜單軸式能提高20%~25%的發(fā)電量、雙軸式甚至能提高40%的發(fā)電量,這樣就可以減少裝機(jī)容量,降低早期投資成本。

  當(dāng)然,角度可調(diào)的支架制造成本和維護(hù)成本也提高,需要綜合考慮?偟恼f來,滿足50kt/a綠氫生產(chǎn)要求的光伏發(fā)電方陣場區(qū)占地需要幾萬畝至幾十萬畝。這種規(guī)模成片占地即使在我國西北沙漠、戈壁地區(qū)也面臨很多實(shí)際困難,更不要說我國東部、東南部和南部經(jīng)濟(jì)相對(duì)發(fā)達(dá),土地資源相對(duì)緊缺的地區(qū)。

  因此,應(yīng)因地制宜建設(shè)光伏發(fā)電基地,將集中式光伏和分布式光伏結(jié)合起來解決用地問題。至于風(fēng)力發(fā)電方陣場區(qū)的占地,由于風(fēng)機(jī)間距一般需要500m,算下來比光伏發(fā)電占地更多,滿足50kt/a綠氫生產(chǎn)的風(fēng)電方陣場區(qū)占地面積少則近30×104hm2,多則近百萬畝。但是,風(fēng)電占地對(duì)土地的其它用途影響較小,只有風(fēng)機(jī)安裝基礎(chǔ)占地才影響土地的利用。不過,單個(gè)風(fēng)機(jī),以3MW的為例,其實(shí)際占地僅約340m2,風(fēng)機(jī)安裝總占地不到300hm2,解決起來難度較小。

  2.2投資成本問題

  綠氫生產(chǎn)首要是建設(shè)光伏發(fā)電場或風(fēng)電場。光伏發(fā)電場建設(shè)目前報(bào)價(jià)較為透明,約4.0×106CNY/MW(包括光伏組件系統(tǒng)及設(shè)計(jì)、施工安裝,滿足50kt/a綠氫生產(chǎn)的光伏方陣場區(qū)的投資最少需要54.4×108CNY(陽光資源最豐富地區(qū)),最多171.2×108CNY(陽光資源一般地區(qū)),按25年折舊,僅此投資帶來的成本分?jǐn)傊辽贋?.4CNY/kgH2,至多到13.7CNY/kgH2。

  風(fēng)電建設(shè),以陸上風(fēng)電為例,均價(jià)約為6.0×106CNY/MW,滿足50kt/a綠氫生產(chǎn)的光伏方陣場區(qū)的投資最少81.6×108CNY(風(fēng)力資源豐富地區(qū)),最多171×108CNY(風(fēng)力資源一般地區(qū)),按25年折舊,僅此投資帶來的成本分?jǐn)傊辽贋?.48CNY/kgH2,至多到13.56CNY/kgH2。 利用光伏和風(fēng)電等可再生電力生產(chǎn)綠氫,可以就地上網(wǎng)輸電異地取電制氫,也可以就地制氫運(yùn)輸?shù)綒錃庀M(fèi)應(yīng)用場所。目前這兩種模式各有優(yōu)勢和不足,還需要進(jìn)一步發(fā)展與完善。但無論采取哪種模式都面臨電解水巨額投資的問題。

  電解水制氫技術(shù)中得到工業(yè)規(guī)模應(yīng)用是堿水電解制氫(AWE)和質(zhì)子交換膜純水電解(PEM)工藝,固體氧化物高溫水電解(SOEC)工藝尚在開發(fā),還未實(shí)現(xiàn)商業(yè)化[15]。堿水電解制氫技術(shù)已發(fā)展近百年,但一直用于小規(guī)模用氫場所制氫,國內(nèi)單臺(tái)設(shè)備產(chǎn)氫量最多可為1000Nm3/h,國外單臺(tái)設(shè)備最多可達(dá)3000Nm3/h,電解系統(tǒng)投資國內(nèi)報(bào)價(jià)為2.80×106CNY/MW左右(含設(shè)計(jì)、安裝和系統(tǒng)設(shè)備)。

  PEM純水電解制氫技術(shù)正處在擴(kuò)大推廣應(yīng)用階段,單臺(tái)設(shè)備產(chǎn)氫量為300Nm3/h,由于設(shè)備緊湊,可以組合安裝以節(jié)省占地,電解系統(tǒng)投資國內(nèi)報(bào)價(jià)為1.0×107CNY/MW左右(含設(shè)計(jì)、安裝和系統(tǒng)設(shè)備),進(jìn)口報(bào)價(jià)1.6×107CNY/MW左右(含設(shè)計(jì)、安裝和系統(tǒng)設(shè)備)。

  滿足50kt/a綠氫生產(chǎn)的電解水系統(tǒng)功率約為400MW,則采用堿水電解技術(shù)的為投資11.2×108CNY,按20年折舊,僅此投資帶來的成本分?jǐn)倿?.12CNY/kgH2。采用PEM水電解技術(shù),國內(nèi)設(shè)備系統(tǒng)投資為40×108CNY,國外則為64×108CNY,按20年折舊,僅此項(xiàng)投資帶來的成本分?jǐn)偅瑖鴥?nèi)為4CNY/kgH2,國外為6.4CNY/kgH2。在光伏電場或風(fēng)電場就地制氫,再輸送氫氣到用氫場所,對(duì)于50kt/a的制用氫規(guī)模,現(xiàn)有技術(shù)條件只有采用管道輸送才是可行的。

  管道壓力按4MPa使用要求建造,管道單位投資額估算為3.50×106CNY/km,管道輸送長度1000km估算,管道建設(shè)投資額度為35×108CNY,按30年折舊,則管道投資形成的氫氣輸運(yùn)成本為2.33CNY/kgH2;但管道投入使用后需要運(yùn)行維護(hù)和管理,運(yùn)維、增壓和管理費(fèi)用每年按管道建設(shè)投資額的7%提取,攤到的成本約為4.9CNY/kgH2。合計(jì)成本為7.23CNY/kgH2。實(shí)際上也可以選擇將光伏電場或風(fēng)電場發(fā)出的電通過電網(wǎng)公司接入電網(wǎng)并完成輸配服務(wù),在用氫場所從電網(wǎng)取電電解水制氫就地使用。這樣需要支付給電網(wǎng)公司過網(wǎng)服務(wù)費(fèi)。

  從西北陽光、風(fēng)力資源豐富地區(qū)將光伏或風(fēng)電輸配到東南部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū),按1000km輸電距離,涉及到跨省甚至于跨網(wǎng),過網(wǎng)費(fèi)影響因素多,如果按0.15CNY/kWh收取過網(wǎng)費(fèi),氫氣耗電60kWh/kg,攤到的成本為9.0CNY/kgH2;如果按0.08CNY/kWh收取過網(wǎng)費(fèi),則攤到的成本為4.8CNY/kgH2。

  從以上分析的結(jié)果可以看出,建設(shè)50kt/a綠氫生產(chǎn)能力的設(shè)備投資巨大,僅電力生產(chǎn)、制氫兩個(gè)環(huán)節(jié),投資少者需要僅70×108CNY,多者超過百億元,而同量級(jí)的天然氣制氫投資僅需10×108CNY左右。實(shí)際上綠氫生產(chǎn)成本影響因素繁多,技術(shù)成熟度不一,無論是技術(shù)上還是經(jīng)濟(jì)都存在很多不確定因素,給綠氫發(fā)展帶來巨大風(fēng)險(xiǎn)。因此,因地制宜,開展不同的技術(shù)路線、不同運(yùn)營模式及其組合進(jìn)行示范十分必要,總結(jié)經(jīng)驗(yàn),揚(yáng)長避短,促進(jìn)綠氫產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量快速發(fā)展。

  3石油石化發(fā)展綠氫業(yè)務(wù)的建議

  石油石化行業(yè)未來發(fā)展的挑戰(zhàn)一方面來自于交通電動(dòng)化導(dǎo)致的汽、柴油市場萎縮;另一方面來自于實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)對(duì)發(fā)展空間的壓縮。發(fā)展氫能可謂一舉兩得,既鞏固了交通能源供給的地位,又可助力碳減排。有關(guān)建議如下:

  (1)加快綠氫成套技術(shù)研發(fā),掌握關(guān)鍵技術(shù)的自主運(yùn)作權(quán)。

  技術(shù)研發(fā)實(shí)力是衡量一個(gè)企業(yè)競爭力的重要指標(biāo)之一。綠氫發(fā)展的基礎(chǔ)是光伏、風(fēng)電等可再生能源,技術(shù)關(guān)鍵是電解水制氫與氫儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)。為此,國際石油公司紛紛布局氫能前沿技術(shù)研發(fā),申請(qǐng)技術(shù)專利。BP集團(tuán)首席技術(shù)官大衛(wèi)·艾頓認(rèn)為,氫能利用發(fā)展的瓶頸不是氫氣的制備,主要挑戰(zhàn)是存儲(chǔ)、運(yùn)輸和使用。BP公司圍繞能源效率、數(shù)字技術(shù)、可再生能源、儲(chǔ)能和脫碳五個(gè)方面開展分析與評(píng)估氫能的作用與地位,探討可能產(chǎn)生行業(yè)顛覆性作用的領(lǐng)域和技術(shù)。

  雪佛龍公司與美國發(fā)動(dòng)機(jī)制造商康明斯簽署了一份諒解備忘錄,旨在聯(lián)合開發(fā)氫能源的商業(yè)機(jī)會(huì),進(jìn)一步探索開發(fā)在煉油廠使用電解水制氫和燃料電池技術(shù)。技術(shù)研發(fā)可以采取自主研發(fā),也可以選擇合作研發(fā),以降低研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)和成本。BP公司向普林斯頓、哈佛等多所大學(xué)的低碳技術(shù)研究提供資助,?松梨诠驹谒固垢4髮W(xué)、麻省理工學(xué)院、普林斯頓大學(xué)等有選擇資助有突破性新能源技術(shù)領(lǐng)域開展研究。

  當(dāng)前,中國電解水制氫技術(shù)中質(zhì)子交換膜(PEM)水電解制氫技術(shù)與國際先進(jìn)水平差距較大,單臺(tái)產(chǎn)能小、成套化設(shè)計(jì)與制造水平和能力低,制造電解槽所需的基本材料基本依賴進(jìn)口;儲(chǔ)氫使用的70MPaIV型瓶,其制造技術(shù)及所需的高性能樹脂和高端碳纖維等關(guān)鍵材料和管閥組件等依賴進(jìn)口;燃料電池技術(shù)上雖然掌握了電堆設(shè)計(jì)和裝配技術(shù),但其耐久性以及水、熱、電的管理及系統(tǒng)運(yùn)行自動(dòng)檢測技術(shù)等低于國際先進(jìn)水平,制造燃料電池所需的質(zhì)子交換膜、催化劑、擴(kuò)散層材料基本依賴進(jìn)口,膜電極技術(shù)落后一代。不解決核心裝備制造及關(guān)鍵材料技術(shù),產(chǎn)業(yè)發(fā)展越快,“卡脖子”受制于人將越發(fā)嚴(yán)重。

  (2)積極發(fā)展新能源和綠氫生產(chǎn),開展綠氫煉化示范。當(dāng)前煉化企業(yè)使用的氫氣來源于副產(chǎn)氫和制氫裝置,屬于灰氫范疇,碳排放強(qiáng)度大,使用綠氫替代灰氫是實(shí)現(xiàn)煉廠碳減排的有力措施。綠氫在石油煉制和化工上的應(yīng)用還未受到關(guān)注,利用綠氫降低油品和化學(xué)品生產(chǎn)的碳排放強(qiáng)度具有很強(qiáng)的示范效應(yīng)。煉化企業(yè)生產(chǎn)綠氫可以通過可再生電力電解水制氫和生物質(zhì)制氫來實(shí)現(xiàn)。風(fēng)電和光伏發(fā)電建設(shè)可以就地,也可以異地或就地與異地結(jié)合,生產(chǎn)的電力直接用于電解水制氫。生物質(zhì)制氫可以大量采用農(nóng)作物秸稈,解決秸稈的出路問題,助力農(nóng)殘的資源化利用。傳統(tǒng)生物質(zhì)氣化制氫存在氫氣收率低、能量轉(zhuǎn)化效率低的問題。

  將生物質(zhì)制氫與電解水制氫耦合起來,利用電解水制氫伴產(chǎn)的氧氣用作生物質(zhì)制氫氧化劑,不僅提高氫氣收率,還方便CO2的捕集利用。當(dāng)前,綠氫生產(chǎn)的缺陷是成本高,但隨著光伏、風(fēng)電、電解水制氫技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大,成本有望大幅度下降。未來10年將是綠氫技術(shù)成熟期、投資關(guān)鍵機(jī)遇期以及氫能產(chǎn)業(yè)政策的完善期,建議石化企業(yè)抓住這個(gè)戰(zhàn)略機(jī)遇,發(fā)揮優(yōu)勢,積極投入支持綠氫工業(yè)應(yīng)用和示范項(xiàng)目的實(shí)施。此外,煉廠在制氫、氫氣管輸以及安全管理積累的豐富經(jīng)驗(yàn)對(duì)綠氫發(fā)展具有重要價(jià)值,必將促進(jìn)煉化企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展,相得益彰。

  (3)充分利用各種優(yōu)惠政策,創(chuàng)新投資和管理模式,差別化管理新能源業(yè)務(wù)。當(dāng)前,國內(nèi)外氫能產(chǎn)業(yè)存在發(fā)展成本高,經(jīng)濟(jì)效益差的弊端,需要政府給予一定的補(bǔ)貼和優(yōu)惠政策才能生存。建議石油石化企業(yè)把發(fā)展氫能作為戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè),創(chuàng)新投資和管理模式,通過發(fā)行“綠債”,充分利用綠能基金、各種優(yōu)惠政策,降低發(fā)展氫能的投融資和運(yùn)行成本。

  BP公司單獨(dú)設(shè)立了新能源業(yè)務(wù)板塊,統(tǒng)一管理公司旗下太陽能、風(fēng)能、氫能和電力等業(yè)務(wù)。道達(dá)爾公司則在原有天然氣業(yè)務(wù)板塊(事業(yè)部)基礎(chǔ)上,整合可再生能源和發(fā)電業(yè)務(wù),成立天然氣、可再生能源和電力事業(yè)部,采用新機(jī)制運(yùn)轉(zhuǎn)。由于綠氫是建立在可再生能源基礎(chǔ)上發(fā)展的,但新能源業(yè)務(wù)發(fā)展目前還存在較大不確定性,風(fēng)險(xiǎn)比較高。因此,國際石油公司普遍建立風(fēng)險(xiǎn)投資基金來運(yùn)營管理可再生能源業(yè)務(wù),在投資模式上,主要采用投資并購、全資收購來擁有可再生能源資產(chǎn),或者采用風(fēng)險(xiǎn)投資參股可再生能源領(lǐng)域等。

  2016年以來,歐洲的殼牌、道達(dá)爾、BP等石油公司投資并購新能源項(xiàng)目逐年遞增,并購項(xiàng)目類型從最初的分布式能源、儲(chǔ)能/電池技術(shù),擴(kuò)展到包括太陽能、海上風(fēng)電、替代燃料、綜合能源、電網(wǎng)布局等多個(gè)領(lǐng)域。氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展處在起步階段,各國政府出臺(tái)了多種優(yōu)惠政策持續(xù)扶持推進(jìn)新能源發(fā)展,支持的范圍包括大產(chǎn)能PEM電解水制氫成套技術(shù)、高彈模量碳纖維材料、燃料電池和電解水貴金屬催化劑制備技術(shù)、燃料電池膜電極技術(shù)等,新成立的公司不斷涌現(xiàn),可選擇其中佼佼者通過投資模式創(chuàng)新深度滲透,通過差別化管理實(shí)現(xiàn)共贏。

  4發(fā)展展望

  據(jù)估測,中國碳達(dá)峰時(shí)二氧化碳凈排放量為1.1×109t左右[16],再用30年左右時(shí)間實(shí)現(xiàn)碳中和,意味著碳減排任務(wù)十分艱巨。2021年的全國兩會(huì)上碳達(dá)峰和碳中和首次寫入政府工作報(bào)告,強(qiáng)調(diào)要扎實(shí)做好碳達(dá)峰、碳中和各項(xiàng)工作,制定具體行動(dòng)方案,優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu),大力發(fā)展新能源,加快建設(shè)全國用能權(quán)、碳排放權(quán)交易市場,完善能源消費(fèi)雙控制度,以實(shí)際行動(dòng)為全球應(yīng)對(duì)氣候變化作出應(yīng)有貢獻(xiàn)。

  中國實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的難點(diǎn)在于工業(yè)部門,綠氫將在工業(yè)部門脫碳行動(dòng)中發(fā)揮重要作用,如鋼鐵氫碳替代、化工綠氫灰氫替代、可再生電力利用氫儲(chǔ)能解決間歇性和波動(dòng)性問題等方面同時(shí)發(fā)揮作用,到2050年預(yù)計(jì)綠氫需求量將達(dá)81Mt,給綠氫發(fā)展提供巨大商機(jī)。石油石化發(fā)展氫能,向社會(huì)提供用氫保障具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢,關(guān)鍵是大力發(fā)展新能源,奠定綠氫生產(chǎn)能源基礎(chǔ)。

  參考文獻(xiàn):

  [1]中國石油新聞中心.石化行業(yè)該如何通過碳減排大考[N/OL].

  [2]經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào).氫能為何成投資熱點(diǎn)[N/OL].

  [3]每日經(jīng)濟(jì)新聞.中國石化凌逸群:打造“中國第一氫能公司”[N/OL].

  作者:杜澤學(xué),黃順賢,曹東學(xué)

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