在应对气候变化的背景下,氢能作为一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源,受到了世界的广泛关注。
氢能的成功发展,可以加速全球向低碳经济过渡。世界各地的政策制定者和相关行业已经开始布局氢能产业发展。美国能源部于今年6月发布《国家清洁氢能战略和路线图》,提出了加速清洁氢能发展的综合框架与路线图,德国、日本、澳大利亚等国也相继发布氢能相关的政策与战略。
中国也将氢能视为未来国家能源体系的重要组成部分,大力推动氢能在能源、交通、工业等领域的快速发展,然而氢能产业如何实现高质量发展,仍有几点需要考虑。
氢能发展的初心
氢能已经有了很长的应用历史,过去几年,中国相继发布《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》、《氢能产业标准体系建设指南(2023版)》等政策,打造氢能产业发展“1+N”政策体系。同时,中国也提出了碳达峰、碳中和的战略目标,在双碳的政策预期下,氢能产业的发展前景被普遍看好。
然而,氢在整个双碳目标中应该如何定位,发挥什么样的作用,目前仍有着不同的探索。其中,在探讨氢能的未来发展时,非常重要的一点是明确氢能发展的初心,这就需要我们关注到氢本身的气候影响问题。
过去对于氢的气候影响的认识,大多是从氢气生产的角度上,比如灰氢(化石燃料制氢)和蓝氢(化石燃料制氢+CCS)在生产过程中的排放。
然而,根据科学研究,氢气本身也会对气候产生影响。氢气是一种间接温室气体,它会延长大气中甲烷的寿命,也能够通过一连串的反应产生对流层臭氧和平流层水蒸气,从而导致地球的整体变暖。
今年6月,《Nature》子刊《通讯—地球与环境》发表了一项研究,该研究利用多模型评估的方法来测量氢气的增温效应,总结出氢气在100年尺度内增温效应是二氧化碳的12倍,而在20年尺度内是二氧化碳的37倍。
但这并不意味着要限制氢能的发展,如果能够将氢气排放控制在最低水平,绿氢(可再生能源电解水制氢)的气候效益可以最大化,蓝氢的气候效益也可以得到保障。
因此,在氢能产业的发展过程中,无论是生产环节、储存环节、运输环节还是终端利用环节,都需要考虑氢气本身的气候影响,最大限度的降低氢气的排放量,从而实现其气候效益的最大化。
目前,关于氢泄漏的检测主要是基于安全性考虑,氢能产业标准体系中也提出要制定氢系统泄漏率测试方法的相关标准。但如果考虑到氢气的气候影响,我们仍然需要更加精确的测量方法以量化氢气的排放,而不仅是对具有安全风险的泄漏环节进行控制。因此,从气候角度出发,国家还需要制定氢气泄漏的相关标准,企业也需要制定氢气泄露检测标准并研发相关的检测技术。
明确氢能发展的产业路径
当前,氢能在不同领域已经开展了应用,如交通、工业、电力等。未来氢能产业能否走得更长远,可以从多个领域去探索,但是从效率的角度来讲,我们需要考虑哪种技术路径的效率会更高。
比如,在乘用车方面,用氢相比于用电可能并不具备优势,电动汽车的效率和减排效果可能比氢燃料汽车更好,也是更加经济的选择。但是在工业、船舶、航空等方面,电力可能难以替代目前的化石燃料,氢能就具备了优势。
另外,氢能的未来发展路径也要考虑到可再生能源的发展,以及如何处理氢和其他可再生能源之间的关系。
一方面,可再生能源的发展扩展了氢的需求,比如在储能方面,可以将可再生能源转化为氢来储存,从而适应未来可再生能源大规模发展之后的冗余问题;另一方面,可再生能源储氢与可再生能源电力之间的竞争关系、相关的能源损耗问题、以及长远来看的效率和经济性等问题,都还需要我们不断探索。
东西产业布局
当前氢能发展的区域主要是基于可再生能源的生产端和消费端的分布,产氢主要集中于可再生能源发达的西部地区,而用氢则主要集中于东部地区,在地区的分布上并不十分匹配。在这种情况下,我们需要考虑如何对氢能产业进行布局,并从中发现一些新的机会。
在东部地区等氢需求量大的地方,可以大力发展可再生能源,例如,海上风电现在正迎来大量的机会,海上风电和氢能的融合发展能够实现绿氢就近生产利用,降低运输成本,同时带动海上风电的开发与消纳。
未来,无论是东部的航运中心,还是钢铁、石化等氢能需求产业中心,我们都可以利用东部地区发展可再生能源,加速可再生能源和氢能融合发展,从而解决氢能的区域分布问题。
另外,从西部地区的角度,氢能产业链的延长也是一个很大的机会。当前西部地区生产的氢气要么是直接运输出去,要么是发电后通过电网输送出去,然而这些方式可能无法为当地的产业链发展带来新的机遇。
因此,将可再生能源制氢的产业链延长,利用氢气来生产甲醇、氨、可持续航空燃料等化工产品,可能会为西部地区带来一些发展机遇,而这需要政府从政策层面提供支持,将氢能发展和区域发展的理念相融合,从而为氢能产业带来更大的发展空间。