中国汽车论坛 - 高顶云：氢能碳中和技术发展路线探讨

2023年7月5日-7日，由中国汽车工业协会主办的第13届中国汽车论坛在上海嘉定举办。本届论坛以“新时代 新使命 新动能——助力建设现代化产业体系”为主题，设置“1场闭门峰会+1个大会论坛+16个主题论坛+N场发布”共18场会议及若干发布、展示、推广等活动，旨在凝聚各方力量，形成发展共识，为建设现代化产业体系贡献汽车行业的智慧和力量。其中，在7月7日下午举办的“主题论坛十二：探索氢能多元化应用及商业化发展”上，上海舜华新能源系统有限公司董事长高顶云发表了精彩演讲。以下内容为现场演讲实录： 各位专家、各位领导，下午好！在“双碳”政策下来之后，市有关委办组织了相关的专家对碳中和技术路线图开展了研究，大体分为工业、农业、交通、能源、建筑等领域。我参加了能源领域的碳中和路线图的研究，重点参加氢能碳中和路线图的研究。借今天的论坛向大家介绍一下研究的阶段性内容，有希望得到建议。刚才氢能港邱鹏主任已介绍了氢能的逻辑，即，碳中和需要非化石能源，按照专家的预测，到2060年非化石能源要占到80-90%，同时可再生能源大概可以占到60-70%。而可再生能源则需要储能，储能则离不开氢能。氢可以与太阳能、风能等可再生能源进行高效的耦合，同时充当能源缓冲的载体，能提高能源系统的韧性。同时也可以实现大规模可再生能源的消纳、储存，实现长周期、跨区域的储运，简单说具有跨时空储能的特性。而它的应用最终产物是水，可以实现零碳排放，是典型的清洁能源。同时，应用场景也相当广泛，在工业（冶金、化工等）、交通、建筑、能源等领域都能用到，可以实现应用端的深度脱碳。上海市结合双碳政策，在去年陆续出台了“1+1+8+13”的政策体系，着力实施碳达峰碳中和行动，涉及到氢能这块，2017年就发布了《上海市燃料电池的发展规划》，2022年6月发布了《上海市氢能产业发展中长期规划》，特别是对交通领域有一些具体的数据，大家都可以从有关媒体上了解到。比如，加氢站在2025年实现70座，最近有一个最新的数字是达到93座。因为我们主要承担加氢站等基础设施的工作，深感目标巨大。还有燃料电池汽车的发展规模等等，目标是要成为国际一流的氢能承载城市。同样，最近几年国家和地方的政策相继大量出台，截止2023年4月国家出台的政策达到62项，地方政策发布达353项。从氢能产业各个方面都提出了明确的要求，并给予氢能行业发展积极的引导和具体的指导方案。上海市在氢能方面的投入，特别是政府的支持已经持续了20多年，上海是国内氢能行业的先行者和领跑者。现在已经形成了嘉定区、临港两个研发产业的高地，形成了宝山区、金山区两个氢源高地，形成了青浦、嘉定、临港等应用场景的重点区域，使得上海的氢能推广快速地向前发展。为了确保上海市氢能领域的领先地位，确保上海氢能行业的健康有序发展，政府相关部门组织相关专家对氢能的技术进行梳理，按照制、储、运、用等的技术发展路线开展研究梳理工作。这项工作是基于德尔菲的调查问卷方式开展的，首先以对全国高校、研究所、企业等氢能方面的专家进行问卷调查结果为样本，并综合评估和分析，制定上海市氢能碳中和技术发展路线。首先，我们把氢能划分成三个大类：（1）氢能动力与发电应用；（2）氢气储存与输配技术；（3）制氢及氢气转存技术。对三个大类的小项分别开展了两方面的特性研究，即：第一方面是氢能技术特性，包括成本特性、时间特性、上海发展特性、上海推广特性等。上海发展是指上海有条件发展该项技术，但应用的场景可能在外地，甚至在国外。上海推广当然是在上海本地区域里具有应用的技术，同时能够对碳中和做出贡献；第二方面是氢能技术对碳中和贡献度，即这个技术好不好，还要考虑对碳中和的贡献量，具体又把它分成四个方面，包括提高能源利用效率、改善能源结构、保障能源安全、降低碳排放等。三个大类分别采集到十几个小项样本，其中制氢及氢气转存技术有14个小项，氢气储存与输配技术有13个小项，氢能动力与发电应用有15个小项，同时每个小项技术的成熟度得到数据评价。也对各个氢能特性进行分析，具体的打分进行评价。可以发现每一类中有被强烈推荐的、可以发展的及不建议推荐的。碳中和贡献方面的评价，有的技术贡献度很小，有些是比较适当，有些很高，这里也进行了评价。也对大类及小类进行了打分，总体表明上海市技术和产业高地，应用场景丰富，相关技术的成熟度和经济性还有待提升。根据上述样本进行评价和研究，提出上海市的氢能碳中和路线的发展路径提出了近期、中期、远期目标。具体是：近期目标主要对电解水制氢、光解水制氢、海水制氢等低碳多元制氢技术研发应用。进行安全可控的储氢和输氢技术研发与实践，促进氢能在交通领域的商业应用，并拓展储能、分布式发电、工业、建筑等领域的示范应用。中期目标主要是推进可再生能源制氢、绿色氢基燃料制备的规模化，构建高密度、轻量化、低成本的储运网络。远期目标主要是形成整个氢能生态，与电能、热能形成深度融合，促进形成多元的互补融合新型能源系统。形象的说就是近期各项氢能技术分别进行技术突破和示范引领，到中期看这项技术能不能规模化应用，能不能降本增效。假如这个技术很好，但成本一直下不来，也没法规模化，可能就遭到淘汰，远期的技术主要着重于和能源生态或者电力生态，包括各个行业的能源生态的融合。依此形成的目标，总共梳理了重点技术有制氢和储运氢、氢能应用等方面共三十多项技术，包括氢能燃料电池汽车方面、加氢站、分布式功能等，包括船用、航空等应用场景。当前我国在氢能技术及装备的水平大体上也进行了具体的评价，特别是装备类，分为制氢、运输环节、应用环节，与国外水平接近、与国外水平差距明显、国内外都处于研发阶段的技术也进行了简单的归类。比如制氢端的碱水制氢，国内的技术和国外是相当阶段，在固体氧化物制氢方面，国内国外都处于研发状态，在PEM制氢方面，国外已经进入到产业化的示范，国内也在快速追赶，AEM方面国内外还处在实验室的状态。在应用领域，燃料电池汽车在国内外的技术比较相当，国内特别是商用车的技术，走得还是比较前面。加氢站现在的水平和国外没有什么太大的差距，在局部领域有超越的可能。说到氢能发展的关键环节，大家最关心的是三个方面：制、储、运、用，瓶颈是运。所以，氢能发展的关键是储运，特别是运。这里有一组数据涉及到天然气，现在天然气在国家的一次能源里比重大概10%不到一点，但需要的输配设备包括：西气东输一线到五线，还有“川气东送”、中缅线、中俄线，还有沿海十几个LNG接收站。如此大规模的输配储运的基础设施，可以以此对照氢能对基础设施的需求。按照专家的预测，在2060年，氢能在消费端占的比重为12%，国际预测更乐观，要达18%。就是12%的规模对照目前天然气10%不到规模，可以想象一下它的基础设施的规模了，这是一个很大的问题。好在今年上半年听到了一些好消息，首先是中石化400公里从内蒙到燕山石化的纯氢管道，其次是中石油有390公里的掺氢24%的天然气管道开建，还有最近的是国家管网高压纯氢管道试验成功，纯氢压力达到6.3兆帕，最高的压力可以达到九点多兆帕，和现在天然气主干线上的输配压力接近。管道储运为大规模的氢利用带来希望，管道本身不光是运送的工具，更是储存的设施，也能适应规模化。6月6日BP发表的2023年中文版的BP《世界能源展望》里提到能源系统三个维度：安全性、可负担性、可持续性，共同构成了能源“不可能三角”。氢气要成为氢能，首先要解决安全问题。第二个要解决成本问题、可负担即经济性，第三个是可持续，具有规模化。这三个问题从储运端的解决主要是靠管道输运，尽管现在有固态储氢、液态储氢等等技术方向，但最终都要面临能源“不可能三角”的拷问。2060年碳中和下上海的能源愿景（能源结构）会是怎样？碳中和能源技术路线也许可以给出眉目，即上海市行政区域的主供能源来自于域外的绿电、绿氢、海外的绿氢或者氢基燃料，还有沿海一带的海上风电及海上风电制氢，传统能源作为保供和保障性能源，共同构成氢网、电网、天然气网和热网互相融合的新型能源供应体系，建成全球绿色之都。舜华新能源是一家因氢而生、因氢能成长的国家级“专精特新”小巨人企业，成立于2004年，主要从事高压氢气管理技术研究，加氢站的装备、车载储氢系统等制造工作，业务范围覆盖制氢、加氢站、储氢系统、核电、军工、分布式能源等领域。参与了二十几项国家标准行业标准的编制，完成专利200多项。舜华目前建设完成加氢站八十余座，其中七座具有70兆帕加氢能力的加氢站，六座是制加氢一体站。舜华公司承建的嘉定区氢能港加氢站和郊野公园加氢站都已结构封顶，最近将进入设备调试阶段，这两个站都具有70兆帕的加氢能力。车载储氢系统是舜华的支柱产品，目前已经完成4000多套，最具特色是70兆帕的车载储氢系统的正向开发能力，目前为上汽大通的这款乘用车提供了70兆帕车载储氢系统，与此同时还其它数家整车厂提供70兆帕车载储氢系统。在开发系统过程中，一些关键的零部件已经逐渐采用了自己研制的产品。在技术和装备开发中，我们也采取剥洋葱的方式，从系统到关键设备再到关键零部件，这两个站的所有设备全是国产化。2019年建成的金山的加氢站，70兆帕压缩机采用进口的。而今氢能港加氢站和郊野公园加氢站的70兆帕压缩机已经采用国产，特别是压缩机由舜华公司自己来生产。此外，舜华旗下的碱水电解水制氢产品已在2022年下线，主要满足上游可再生能源制氢领域的应用场景市场。舜华具有的安全评价技术是氢能企业中最具特色的，我们对所做的氢系统、加氢站要开展安全评价，给用户带去安心。另外舜华也在积极推广氢能的创新应用，如第三代核电站，包括某些特种场合高压氢气管理装置，同时推进天然气掺氢在燃气轮机、调峰电厂发电的应用，我们提供了天然气掺氢、混氢的技术和装备，以及燃气轮机的前置模块和调压装备。并以燃料电池动力系统为基础推进燃料电池在分布式能源领域的应用，同时我们也在促进低热值的工业富产氢在分布式能源领域的应用，进一步提升低热值富氢尾气利用价值。上海氢能利用工程技术研究中心是“民非”机构，主要是为政府、企业、氢能行业的单位提供安全评价、数据分析、标准研究以及合作交流的工作。这里是2023中国汽车论坛，借此披露一个与汽车密切相关的信息。大家一定都了解，有很多参加本次论坛的整车厂都在开展氢能燃料电池乘用车的研究和开发，有些上公告了有些已小批量生产了。但大家有一个困惑，如何推广乘用车的应用？。为此，我们和有关的整车厂已开展研究一个名为“小行星计划”的计划，全称是“小行星加氢基础设施网络建设计划”，以服务氢能燃料电池乘用车规模化推广为首选目标，快速布局70兆帕加氢站网络。该网络具有站小点多、服务区域大、快速加注（就像加油一样），服务的车辆多（我们希望这个项目能够达到万辆级），服务效率高等特点。现在国内大概有近10家左右整车厂涉及到氢能燃料电池乘用车的领域，其中有5家已经上公告，而上汽大通已经小批量推向市场，现在还有其它整车厂都在开展这方面的工作。乘用车和商用车相比有一些明显的运行特征：一是乘用车的运行轨迹是不固定的；二是乘用车的加氢压力都需要70兆帕的加氢能力的加氢站；三是乘用车加氢的量不大，五六公斤就够了；四是乘用车不一定是每天需要来加氢。它有这样四个特征和燃油车是完全一样的，所以我们要根据氢能燃料电池乘用车的特点，开展加氢网络的设计，使得乘用车有可能快速推广。在这里发布这个信息目的是，希望有更多的乘用车厂家，甚至氢能源的供应厂家以及对平台应用有兴趣的厂家共同参与这件事情，因为这个网络的本身就是氢能燃料电池乘用车、加氢站、氢源及其供应商和运营商共同的平台。谢谢各位！（注：本文根据现场速记整理，未经演讲嘉宾审阅）