氫能是一種清潔高效、來源廣泛、靈活高效、應(yīng)用場景豐富、可大量存儲的二次能源,相較于傳統(tǒng)燃料具有能量密度大、零污染、零碳排等優(yōu)點,可視為一種能夠改變傳統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)的重要載體。氫能的發(fā)展有助于環(huán)保、帶動周邊發(fā)展、打造新能源的產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈,對于解決臺灣地區(qū)經(jīng)常面臨的夏季缺電危機以及長期能源安全具有重要的意義。
氫能來源具有多元化的特性,可通過天然氣重組、煤炭氣化、電解水、光催化等方法取得。按制造方式不同可以分為四種類型:灰氫-化石能源制氫、藍(lán)氫-化石能源制氫+CCS、藍(lán)綠氫-熱裂解制氫和綠氫-再生能源水電解產(chǎn)氫。目前有許多國家及地區(qū)相繼投入綠氫生產(chǎn)規(guī)劃,但全球均無大規(guī)模綠氫生產(chǎn)案例,制氫主要仍是以灰氫與藍(lán)氫為主。
1全球氫能產(chǎn)業(yè)概況
近年來,世界各國家高度重視氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展,日本、韓國、荷蘭等國家更是將氫能源社會列為國家重要發(fā)展方向,從各自資源條件、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)、市場承載能力及財力等方面系統(tǒng)規(guī)劃。如在低碳制氫、液壓儲氫以及加氫站等氫能儲運技術(shù)上加強研究、應(yīng)用和推廣,在工業(yè)、交通、儲能、發(fā)電等多個領(lǐng)域開展實踐探索,逐步形成了各具特色的發(fā)展模式。
按照美國能源部發(fā)布的《國家清潔氫能戰(zhàn)略與路線圖》,預(yù)計未來30年美國國內(nèi)氫需求將大幅上升,同時制氫成本將降至1美元/千克;歐盟RepowerEU規(guī)劃提出到2030年要大量生產(chǎn)和進口可再生氫,用于氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展,并通過多個項目為氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供融資支持。日本“2050碳中和綠色增長戰(zhàn)略”計劃于2030年實現(xiàn)國內(nèi)氫產(chǎn)量達(dá)到300萬噸/年,2050年達(dá)到2000萬噸/年,而韓國的《促進氫經(jīng)濟和氫安全管理法》也提出了2050年實現(xiàn)進口氫替代進口原油的目標(biāo)。
根據(jù)全球氫能權(quán)威組織國際氫能委員會預(yù)測,到2050年氫能將占全球能源需求的18%,市場規(guī)模將達(dá)到2.5萬億美元。氫能的普及將助力每年減少60億噸以上的二氧化碳排放,并同時創(chuàng)造超過3000萬個就業(yè)崗位。世界能源理事會預(yù)計,到2050年氫能在全球終端能源消費量中的占比可高達(dá)25%。
2臺灣地區(qū)氫能產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展規(guī)劃
2.1氫能相關(guān)廠商布局
臺灣地區(qū)氫能產(chǎn)業(yè)鏈較為完整,但整體規(guī)模不大,產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展大多處于示范或研發(fā)階段。目前制氫企業(yè)包括聯(lián)華、三福、亞東、中石化、臺灣中油等共計有23家,涉及純化回收再利用業(yè)務(wù)的企業(yè)共計有7家;涉及氫氣運輸儲存企業(yè)共計有11家,涉及儲氫合金罐業(yè)務(wù)的企業(yè)共計有6家;涉及檢測設(shè)備的企業(yè)共計有5家,涉及氨氣甲醇供應(yīng)企業(yè)共計有3家,以及各種周邊配套零部件企業(yè)共計有11家。從園區(qū)分布上來看,臺灣地區(qū)氫能產(chǎn)業(yè)將主要圍繞北、中、南三大園區(qū)(分別為北部氫氨專燒發(fā)電園區(qū)、中部再生能源產(chǎn)氫與發(fā)電園區(qū)、南部工業(yè)減碳園區(qū))發(fā)展。
2.2氫氣供需分析
2.2.1氫氣供給
臺灣地區(qū)在電解產(chǎn)氫、儲氫、運輸技術(shù)方面相對落后,缺乏工業(yè)級的技術(shù)。當(dāng)前臺灣地區(qū)氫氣有75%必須從島外進口,自產(chǎn)僅占25%。根據(jù)臺灣經(jīng)濟管理部門統(tǒng)計,2020年臺灣地區(qū)氫氣供應(yīng)量為3.86萬噸。其中,自產(chǎn)以灰氫為主,主要由島內(nèi)三大天然氣供應(yīng)商(聯(lián)華氣體工業(yè)股份有限公司、三福氣體股份有限公司和亞東工業(yè)氣體股份有限公司)供應(yīng),供應(yīng)總量約為10296噸/年,其余自產(chǎn)部分大多來源于工業(yè)副產(chǎn)氫。臺灣的制造業(yè)發(fā)展良好,每個工業(yè)園區(qū)的大型工廠都有大量的工業(yè)殘余氫。
例如,中華紙漿公司平均每天生產(chǎn)1.23噸副產(chǎn)氫。在硅片切割過程中,太陽能應(yīng)用材料技術(shù)公司每年生產(chǎn)約548噸副產(chǎn)氫。由于各廠商氫氣產(chǎn)生方式不同,副產(chǎn)氫純度區(qū)別較大,不同純度氫氣回收利用的處理方式及價格都不一致,整合利用效率不高。
臺灣地區(qū)制氫原材料如石油、天然氣與甲醇等皆依賴進口,成本較高。由于缺少合適的碳儲存區(qū)域,不適合大量生產(chǎn)藍(lán)氫。綠氫產(chǎn)制方面,目前國際上成熟的電解制氫技術(shù)效率只有60%,制氫成本偏高,難以大量推廣。根據(jù)臺灣地區(qū)“國際能源署”2021年報告,在2030年之前,臺灣地區(qū)仍將以化石燃料制氫為主。
2.2.2氫氣需求
目前臺灣地區(qū)氫氣主要應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn),其中半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)約占供應(yīng)量的29.4%,食品產(chǎn)業(yè)約占21.7%,金屬加工約占9.4%。在發(fā)電應(yīng)用方面,目前臺灣約有80%的電力來源于傳統(tǒng)高碳排放能源,氫能發(fā)電市場需求較小。臺灣地區(qū)氫能燃料電池主要應(yīng)用于電信基站的備用電力,大型發(fā)電系統(tǒng)、燃料電池車輛等新興項目目前還在驗證階段。
近年來,臺灣當(dāng)局大力推廣氫能發(fā)展,出臺了一系列氫能補貼推廣政策。據(jù)臺灣工研院發(fā)布的《臺灣2050氫氣應(yīng)用發(fā)展技術(shù)藍(lán)圖》預(yù)測,2050年臺灣地區(qū)氫需求量將達(dá)到435萬噸/年,其中工業(yè)應(yīng)用方面占174萬噸/年:電子行業(yè)占2.8%,石化制程占4.6%,煉鋼占42%,煉油占27.3%,碳循環(huán)產(chǎn)業(yè)占23.3%,發(fā)電應(yīng)用方面占241萬噸/年:集中式發(fā)電占238萬噸/年,分散式發(fā)電占3萬噸/年;載具應(yīng)用占18萬噸/年:大客車1.4萬噸/年,小貨車1.4萬噸/年,小客車3.3萬噸/年,堆高機0.1萬噸/年,大貨車12.2萬噸/年。
2.3氫氣儲運基礎(chǔ)
臺灣地區(qū)目前暫無成熟的加氫站或氫氣輸送管路,液氫接收站等相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施及技術(shù)仍處于前期評估階段,未來將通過尋求更多的國際合作引進相關(guān)領(lǐng)先技術(shù)和設(shè)施。目前島內(nèi)氫氣運輸主要以高壓槽車(氣體)為主,且均為進口,每次運送量約為2800Nm3。
臺灣地區(qū)計劃將在2023年底前于南部縣市建置第一座加氫站。該項目將由臺灣地區(qū)三大氣體公司提供氫氣,屆時可為氫能車加氫。中興電從2022年開始啟動氫能華亞園區(qū)“A+”計劃,在華亞園區(qū)租地建造氫能生產(chǎn)基地,主要應(yīng)用于開發(fā)分布式加氫站、燃油車除碳機、氫能備源電力、低功率氫能車、氫能微電網(wǎng)系統(tǒng)及碳捕捉系統(tǒng)等產(chǎn)品。此外,臺灣工研院正在著力研發(fā)載具專用儲氫瓶,未來將應(yīng)用在氫能載具上。
2.4氫能應(yīng)用產(chǎn)業(yè)
2.4.1氫能發(fā)電
2050年以前臺灣地區(qū)將以發(fā)展混氫發(fā)電及氫燃料電池為主。
1)混氫發(fā)電方面,為響應(yīng)臺灣地區(qū)“經(jīng)濟部能源局”提出了2025年起陸續(xù)進行間歇性供氫燃燒計劃。目前臺電與臺灣中研院、西門子等單位合作,在高雄永安的興達(dá)電廠開始實行“混氫5%發(fā)電示范計劃”,在氫氣槽車載來氫氣后,通過管線傳輸?shù)綇S區(qū)內(nèi)的氫氣與天然氣混合設(shè)備工作,原先100%天然氣發(fā)電的機組,經(jīng)過調(diào)整后混入5%氫氣進行工作。按全年運轉(zhuǎn)7000小時,一臺機組就能產(chǎn)生7130噸的二氧化碳減排量,計劃未來混氫比例將逐步提升至20%;
2)氫燃料電池方面,臺灣地區(qū)氫燃料電池產(chǎn)業(yè)已具備完整的上、中、下游供應(yīng)體系,擁有一定的燃料電池整合及零組件制造能力,其中以備用電源應(yīng)用最具成效。近年來,臺灣燃料電池項目開始整合到交通工具、智能電網(wǎng)和智能社區(qū)中。目前臺灣氫燃料電池產(chǎn)業(yè),主要以開發(fā)電池組、系統(tǒng)外圍零組件或燃料電池系統(tǒng)廠商居多且具備了與國際接軌的技術(shù)。如康舒科技為美國知名燃料電池大廠BloomEnergy唯一電源轉(zhuǎn)換器供應(yīng)商,高力熱處理公司則供應(yīng)燃料電池反應(yīng)盒給BloomEnergy,宏進金屬及保來得公司亦協(xié)助BloomEnergy進行燃料電池關(guān)鍵性零組件連接板的制作以及陶瓷噴涂表面處理。
2.4.2工業(yè)減碳
臺灣地區(qū)正大力推進工業(yè)低碳化,在鋼鐵業(yè)、石化業(yè)、半導(dǎo)體等領(lǐng)域推動氫應(yīng)用發(fā)展。特別是在煉鋼領(lǐng)域,臺灣地區(qū)經(jīng)濟管理部門提出在燃料轉(zhuǎn)換及創(chuàng)新技術(shù)范疇,2025-2030年以氫能應(yīng)用評估及發(fā)展高爐氫能煉鋼的創(chuàng)新技術(shù)為主;2030-2040年以氫混合天然氣及高爐氫能煉鋼示范為主;2040-2050年以綠氫應(yīng)用示范與普及高爐氫能煉鋼技術(shù)為主。中國鋼鐵股份有限公司和臺灣成功大學(xué)、臺灣大學(xué)、臺灣清華大學(xué)等學(xué)校以及22位學(xué)者專家合作,成立了氫能冶金研究中心。研究通過高爐噴吹氫氣、低碳燃料轉(zhuǎn)換、鋼化聯(lián)產(chǎn)的技術(shù)以降低制程碳排,朝全氫能煉鋼發(fā)展。其中,高爐富氫氣體噴吹減碳技術(shù)將作為重要發(fā)展方向,目前處于示范驗證階段。富氫操作可通過增加爐內(nèi)氫氣含量,以氫代碳提升爐身間接還原反應(yīng),減少爐下部強吸熱的直接反應(yīng),有助于降低煉鋼過程中約10%的碳排放。
2.4.3氫能汽車
臺灣地區(qū)氫能汽車產(chǎn)業(yè)起步較晚,目前未有正式上路的氫能汽車,計劃到2050年前實現(xiàn)25%的高載重、長途運輸?shù)拇笮涂蛙嚺c貨車使用氫燃料發(fā)電。為達(dá)成2050年計劃目標(biāo),在基礎(chǔ)配套設(shè)施方面,臺灣地區(qū)計劃于2023年6月前完成“氫能汽車示范計劃”草案,并完善配套基礎(chǔ)設(shè)施,推動氫能汽車正式上路。在氫能車自主研發(fā)方面,2022年4月臺灣研華科技有限公司聯(lián)合彩碤新能源自制并成功上路全臺首輛氫能巴士;在產(chǎn)品引進方面,臺灣和泰汽車與臺灣工業(yè)氣體廠商聯(lián)華氣體合作,引進了日本最新氫能電動車TOYOTAMIRAI,預(yù)計于2024年初開展試運行計劃。
2.5氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃
2.5.1技術(shù)及政策方面
臺灣地區(qū)計劃2040年前持續(xù)修訂完善氫能生產(chǎn)、運輸及進口相關(guān)法規(guī):2025-2030年以發(fā)展氫生產(chǎn)及發(fā)電技術(shù)為主;2040-2050年以發(fā)展自產(chǎn)氫氣、氫運輸技術(shù)為主;2035-2050年實施氫能發(fā)電的小型示范機組商業(yè)化計劃。在燃料轉(zhuǎn)換及創(chuàng)新技術(shù)范疇,2025-2030年以氫能應(yīng)用評估及發(fā)展高爐氫能煉鋼的創(chuàng)新技術(shù)為主;2030-2040年以氫混合天然氣及高爐氫能煉鋼示范為主;2040-2050年以綠氫應(yīng)用示范與普及高爐氫能煉鋼技術(shù)為主。
2.5.2供氫發(fā)展方面
一是主要依賴國際藍(lán)氫及綠氫的進口,配合相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),保障氫氣穩(wěn)定供給。二是逐步提高自產(chǎn)氫氣:一方面憑借較好的風(fēng)場與夏季日照時長優(yōu)勢,將太陽能與風(fēng)力發(fā)電技術(shù)整合并聯(lián)。將多余電力用于水電解產(chǎn)制綠氫,以燃料電池為載體作為備用電源,保障穩(wěn)定供電;另一方面是采用天然氣重組產(chǎn)生氫氣,采用碳封存的方式生產(chǎn)藍(lán)氫。
2.5.3儲運發(fā)展方面
不考慮鋪設(shè)長距離氫氣輸送管路,主要以車輛運輸,圍繞北、中、南三大特色園區(qū)及其他小園區(qū)的方式布建供氫網(wǎng)絡(luò),到2050年前建立完整氫氣輸儲體系?;A(chǔ)設(shè)施方面,一是在高速公路沿途布建加氫站;二是逐步進行氫氣運輸接收站設(shè)置工作;三是開發(fā)液氨/氫氣儲存槽焊接技術(shù)及材料,搭建整合型液氨/氫氣儲運系統(tǒng)。
2.5.4應(yīng)用發(fā)展方面
臺灣氫能應(yīng)用發(fā)展將以氫能發(fā)電、工業(yè)低碳化為主。能源發(fā)電采用先混燒、后專燒的方式,計劃2050年氫能發(fā)電占比達(dá)到9-12%;工業(yè)低碳化方面,導(dǎo)入氫能煉鋼工藝,開發(fā)高爐噴吹氫氣、低碳燃料轉(zhuǎn)換、鋼化聯(lián)產(chǎn),持續(xù)面向全氫能煉鋼發(fā)展。
3福建省氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及合作建議
3.1發(fā)展現(xiàn)狀
福建發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)具有得天獨厚的條件。一方面是供氫基礎(chǔ)扎實,工業(yè)副產(chǎn)氫資源豐富,制氫潛力巨大,制儲運區(qū)位優(yōu)勢明顯;另一方面是應(yīng)用場景豐富,煉化,化工、冶金,化肥等工業(yè)基礎(chǔ)良好,用氫量巨大,全省有新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)7家、專用車生產(chǎn)企業(yè)1家,具備氫燃料客車、物流車(含冷鏈物流)、專用車等整車研發(fā)及生產(chǎn)能力,有一定的氫燃料電池生產(chǎn)技術(shù)和研發(fā)能力,且多項氫燃料產(chǎn)業(yè)項目正在落地。
雖然福建氫能產(chǎn)業(yè)具有巨大的發(fā)展?jié)摿?,但也面臨不少困難和制約。一是全省氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)模尚未形成,優(yōu)勢企業(yè)正處于項目落地階段,帶動全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的龍頭效應(yīng)尚未顯示;二是氫能產(chǎn)業(yè)研發(fā)創(chuàng)新能力不足,全產(chǎn)業(yè)鏈存在多處核心技術(shù)短板,研發(fā)團隊及人才隊伍緊缺;三是基于氫燃料電池應(yīng)用、氫冶金等新型氫能應(yīng)用場景不多、規(guī)模偏小,工業(yè)副產(chǎn)氫提純、電解水制氫等高純度氫氣供應(yīng)不足;加氫站布局相對滯后,當(dāng)前氫氣加注成本相對較高。
3.2合作建議
1)鼓勵技術(shù)創(chuàng)新。圍繞國家氫能高質(zhì)量發(fā)展
重大需求,因地制宜把握氫能產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展方向。加強閩臺雙方技術(shù)交流合作,聚焦技術(shù)短板及前沿技術(shù),持續(xù)加強基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵技術(shù)和顛覆性技術(shù)創(chuàng)新,集中攻克氫能產(chǎn)業(yè)亟待解決的難題,完善產(chǎn)業(yè)鏈布局,打造完整產(chǎn)業(yè)生態(tài)。
2)豐富應(yīng)用場景。目前福建省氫能應(yīng)用開發(fā)
項目主要以氫燃料電池汽車為主,模式較為單一??蓞⒖寂_灣氫能領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)發(fā)展動態(tài)并結(jié)合省情,探索氫能新應(yīng)用場景,如港口機械、船舶等,持續(xù)擴大產(chǎn)業(yè)規(guī)模。同時可以利用福建沿海交通的便利性,積極探索氫氣出口的可能性。
3)合作共拓市場。貫徹落實“鼓勵兩岸企業(yè)
相互持股、合作創(chuàng)新、共創(chuàng)品牌、共拓市場”政策,深化閩臺氫能領(lǐng)域交流合作,引入相關(guān)設(shè)備,持續(xù)完善產(chǎn)業(yè)生態(tài)。針對閩臺氫能產(chǎn)業(yè)尚處于發(fā)展初期的現(xiàn)狀,發(fā)揮兩岸市場規(guī)模大、產(chǎn)業(yè)門類多、市場前景廣、國際競爭力不斷增強的優(yōu)勢,加強共性技術(shù)開發(fā),開展技術(shù)合作創(chuàng)新,共同開拓國內(nèi)與國際市場。
原標(biāo)題:臺灣地區(qū)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢