杜澤學(xué)，黃順賢，曹東學(xué)

(1.中國(guó)石化 石油化工科學(xué)研究院，北京 100083；2.中國(guó)石化 煉油事業(yè)部，北京 100728)

石油石化行業(yè)擔(dān)負(fù)著國(guó)家清潔能源生產(chǎn)供應(yīng)的主體責(zé)任，但在其生產(chǎn)過(guò)程中排放大量的二氧化碳，約占全國(guó)碳排放總量的13%，工業(yè)部門(mén)的17%，主要來(lái)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(gòu)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(lái)越多。2019年，中國(guó)石化用氫達(dá)3.5 Mt，約占全國(guó)用氫總量的14%[2]，基本由化石能源轉(zhuǎn)化而來(lái)，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(shì)在必然。為此，中國(guó)石化規(guī)劃“十四五”期間建成500 kt/a非化石能源制氫能力，力爭(zhēng)5年累計(jì)綠氫產(chǎn)量超過(guò)百萬(wàn)噸，減排二氧化碳超10 Mt[3]。

1 國(guó)際石油公司發(fā)展氫能業(yè)務(wù)的作為

盡管當(dāng)前國(guó)際油價(jià)仍在高位上持續(xù)，但跨國(guó)石油公司已清醒認(rèn)識(shí)到，石油需求的增長(zhǎng)是短期的，世界能源結(jié)構(gòu)低碳化發(fā)展的趨勢(shì)不可逆轉(zhuǎn)。英國(guó)石油公司(BP)[4-5]早在2000年就開(kāi)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(yáng)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Bernard Looney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(zhǎng)到擁有核心市場(chǎng)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(kāi)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(guó)西北部的Lingen煉油廠，壓減該廠的天然氣制氫產(chǎn)量，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Anders Nordstrom表示：“未來(lái)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(jiǎn)稱殼牌公司)于2016年成立了專門(mén)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(kāi)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[6-7]，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)10 GW，年產(chǎn)800 kt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Hollandse Kust Noord海上風(fēng)電項(xiàng)目的開(kāi)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759 MW，將于2023年投運(yùn)。殼牌公司希望借助該項(xiàng)目開(kāi)發(fā)一座200 MW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(guó)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1 Mt。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(guó)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(kāi)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(guó)家石油公司在英國(guó)海岸運(yùn)營(yíng)了4個(gè)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，還在波蘭、德國(guó)、挪威和美國(guó)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(mén)、重型運(yùn)輸和工業(yè)部門(mén)。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罚⒕哂惺袌?chǎng)化競(jìng)爭(zhēng)發(fā)展的能力。挪威石油公司為此開(kāi)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(guó)公用事業(yè)公司(SSE)聯(lián)合在英國(guó)開(kāi)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(guó)防物資署(海軍系統(tǒng)，DNMA)等政府部門(mén)一起，聯(lián)合殼牌、法液空、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(kāi)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(lái)國(guó)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_(kāi)始關(guān)注發(fā)展氫能，2021年3月，埃克森美孚發(fā)布的公司發(fā)展新戰(zhàn)略中，下調(diào)了未來(lái)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?。雪佛龍公司?021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(kāi)發(fā)氫動(dòng)力燃料運(yùn)輸和儲(chǔ)存。雪佛龍公司美國(guó)燃料與潤(rùn)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(chǎng)地位、資產(chǎn)、技術(shù)和組織能力，推進(jìn)未來(lái)低碳發(fā)展?！?/p>

中東是世界上油氣資源最豐富的地區(qū)，也擁有驕陽(yáng)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(shì)，中東地區(qū)的石油公司期待未來(lái)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(guó)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(lái)幾年將斥資1.1×1011USD開(kāi)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(lái)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(Air Products)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(lái)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(lái)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4 GW，綠氫產(chǎn)能約600 kt/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1.5 USD/kg H2，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(wèn)題，必須加以研究解決[10]。

2.1 占地問(wèn)題

當(dāng)前，技術(shù)相對(duì)成熟的可再生能源制氫包括太陽(yáng)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(lái)源于光伏風(fēng)電的可再生電力電解水制氫。

中國(guó)屬太陽(yáng)能資源豐富的國(guó)家之一，中國(guó)陸地面積每年接收的太陽(yáng)輻射總量相當(dāng)于2.4×106Mt標(biāo)準(zhǔn)煤，遠(yuǎn)超每年全國(guó)能源消費(fèi)總量[11]。中國(guó)太陽(yáng)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(rùn)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(guò)6480 MJ/m2，部分地區(qū)甚至超過(guò)7200 MJ/m2。四川盆地資源相對(duì)較少，存在低于3600 MJ/m2的區(qū)域。中國(guó)國(guó)家氣象局風(fēng)能太陽(yáng)能評(píng)估中心將全國(guó)太陽(yáng)能資源地區(qū)分為5類[11]，具體見(jiàn)表1。

表1 中國(guó)太陽(yáng)輻射總量等級(jí)和區(qū)域分布Table 1 Total solar radiation level and regional distribution in China

同樣，中國(guó)也是風(fēng)能資源豐富的國(guó)家之一[11-12]。全國(guó)陸地50、70和100 m高度層風(fēng)能資源技術(shù)開(kāi)發(fā)量分別為2000、2600和3400 GW[13]，而2020年中國(guó)電力總裝機(jī)量為2200 GW。中國(guó)國(guó)家氣象局風(fēng)能太陽(yáng)能評(píng)估中心將全國(guó)風(fēng)能資源地區(qū)分為4類，具體見(jiàn)表2。

表2 中國(guó)風(fēng)能資源等級(jí)和區(qū)域分布Table 2 The grade of wind resources and regional distribution in China

中國(guó)豐富的太陽(yáng)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(yáng)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50 kt/a綠氫規(guī)模為例，按電耗6×104kWh/t H2，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(yáng)能資源關(guān)系很大，具體如表3 所示。

表3 3×109 kWh/a電量需求對(duì)應(yīng)的光伏裝機(jī)量Table 3 PV installed capacity corresponding to annual 3 billion kWh power demand

光伏發(fā)電設(shè)施占地面積影響因素很多，包括場(chǎng)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(guó)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(guó)土資規(guī)〔2015〕11號(hào))，使用當(dāng)前較為常用的310 Wp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，則50 kt/a綠氫所需光伏方陣場(chǎng)區(qū)占地面積如表4所示。

表4 滿足50 kt/a綠氫生產(chǎn)的光伏場(chǎng)陣占地面積Table 4 Floor area of photovoltaic array meeting 50 kt/a green hydrogen production

從表4可以看出，滿足50 kt/a綠氫生產(chǎn)要求的光伏發(fā)電方陣場(chǎng)區(qū)占地需要數(shù)萬(wàn)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(chǎng)區(qū)占地面積相差很大，甚至超過(guò)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(chǎng)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(zhǎng)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(guò)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6 m以上；而在南方的一些地方，前后方陣間距留2 m的檢修通道就夠了。從表4還可以看出，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(yáng)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。

總的說(shuō)來(lái)，滿足50 kt/a綠氫生產(chǎn)要求的光伏發(fā)電方陣場(chǎng)區(qū)占地需要幾萬(wàn)畝至幾十萬(wàn)畝。這種規(guī)模成片占地即使在中國(guó)西北沙漠、戈壁地區(qū)也面臨很多實(shí)際困難，更不要說(shuō)中國(guó)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(lái)解決用地問(wèn)題。

至于風(fēng)力發(fā)電方陣場(chǎng)區(qū)的占地，由于風(fēng)機(jī)間距一般需要500 m，算下來(lái)比光伏發(fā)電占地更多，滿足50 kt/a綠氫生產(chǎn)的風(fēng)電方陣場(chǎng)區(qū)占地面積少則近30 ×104hm2，多則近百萬(wàn)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(guò)，單個(gè)風(fēng)機(jī)，以3 MW的為例，其實(shí)際占地僅約340 m2，風(fēng)機(jī)安裝總占地不到300 hm2，解決起來(lái)難度較小。

2.2 投資成本問(wèn)題

綠氫生產(chǎn)首要是建設(shè)光伏發(fā)電場(chǎng)或風(fēng)電場(chǎng)。光伏發(fā)電場(chǎng)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50 kt/a綠氫生產(chǎn)的光伏方陣場(chǎng)區(qū)的投資最少需要54.4×108CNY(陽(yáng)光資源最豐富地區(qū))，最多171.2×108CNY(陽(yáng)光資源一般地區(qū))，按25年折舊，僅此投資帶來(lái)的成本分?jǐn)傊辽贋?.4 CNY/kg H2，至多到13.7 CNY/kg H2。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50 kt/a綠氫生產(chǎn)的光伏方陣場(chǎng)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(lái)的成本分?jǐn)傊辽贋?.48 CNY/kg H2，至多到13.56 CNY/kg H2。

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(chǎng)所。目前這兩種模式各有優(yōu)勢(shì)和不足，還需要進(jìn)一步發(fā)展與完善。但無(wú)論采取哪種模式都面臨電解水裝置巨額投資的問(wèn)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(kāi)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(chǎng)所制氫，國(guó)內(nèi)單臺(tái)設(shè)備產(chǎn)氫量最多可為1000 m3/h，國(guó)外單臺(tái)設(shè)備最多可達(dá)3000 m3/h，電解系統(tǒng)投資國(guó)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300 m3/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(guó)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50 kt/a綠氫生產(chǎn)的電解水系統(tǒng)功率約為400 MW，則采用堿水電解技術(shù)的為投資1.12×109CNY，按20年折舊，僅此投資帶來(lái)的成本分?jǐn)倿?.12 CNY/kg H2。采用PEM水電解技術(shù)，國(guó)內(nèi)設(shè)備系統(tǒng)投資為40×108CNY，國(guó)外則為64×108CNY，按20年折舊，僅此項(xiàng)投資帶來(lái)的成本分?jǐn)?，?guó)內(nèi)為4 CNY/kg H2，國(guó)外為6.4 CNY/kg H2。

在光伏電場(chǎng)或風(fēng)電場(chǎng)就地制氫，再輸送氫氣到用氫場(chǎng)所，對(duì)于50 kt/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4 MPa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(zhǎng)度1000 km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2.33 CNY/kg H2；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4.9 CNY/kg H2。合計(jì)成本為7.23 CNY/kg H2。

實(shí)際上也可以選擇將光伏電場(chǎng)或風(fēng)電場(chǎng)發(fā)出的電通過(guò)電網(wǎng)公司接入電網(wǎng)并完成輸配服務(wù)，在用氫場(chǎng)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(guò)網(wǎng)服務(wù)費(fèi)。從西北陽(yáng)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1000 km輸電距離，涉及到跨省甚至于跨網(wǎng)，過(guò)網(wǎng)費(fèi)影響因素多，如果按0.15 CNY/kWh收取過(guò)網(wǎng)費(fèi)，氫氣耗電60 kWh/kg，攤到的成本為9.0 CNY/kg H2；如果按0.08 CNY/kWh收取過(guò)網(wǎng)費(fèi)，則攤到的成本為4.8 CNY/kg H2。

從以上分析的結(jié)果可以看出，建設(shè)50 kt/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(guò)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(wú)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(lái)巨大風(fēng)險(xiǎn)。因此，因地制宜，開(kāi)展不同的技術(shù)路線、不同運(yùn)營(yíng)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(zhǎng)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(lái)發(fā)展的挑戰(zhàn)一方面來(lái)自于交通電動(dòng)化導(dǎo)致的汽、柴油市場(chǎng)萎縮；另一方面來(lái)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(jìng)爭(zhēng)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(guó)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5個(gè)方面開(kāi)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(guó)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(kāi)發(fā)氫能源的商業(yè)機(jī)會(huì)，進(jìn)一步探索開(kāi)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(kāi)展研究。當(dāng)前，中國(guó)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(guó)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70 MPaⅣ型瓶，其制造技術(shù)及所需的高性能樹(shù)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(cè)技術(shù)等低于國(guó)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(kāi)展綠氫煉化示范。當(dāng)前煉化企業(yè)使用的氫氣來(lái)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(guò)可再生電力電解水制氫和生物質(zhì)制氫來(lái)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(wèn)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(wèn)題。將生物質(zhì)制氫與電解水制氫耦合起來(lái)，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(lái)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(shì)，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(guó)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(guò)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(yáng)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(guó)際石油公司普遍建立風(fēng)險(xiǎn)投資基金來(lái)運(yùn)營(yíng)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(gòu)、全資收購(gòu)來(lái)?yè)碛锌稍偕茉促Y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(lái)，歐洲的殼牌、道達(dá)爾、BP等石油公司投資并購(gòu)新能源項(xiàng)目逐年遞增，并購(gòu)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(yáng)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(guó)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(guò)投資模式創(chuàng)新深度滲透，通過(guò)差別化管理實(shí)現(xiàn)共贏。

(4)超前布局加氫站，擴(kuò)大交通氫能市場(chǎng)份額。加氫站建設(shè)是石油石化企業(yè)的優(yōu)勢(shì)，可利用油品銷售的諸多站點(diǎn)，有選擇改建成同時(shí)具備油、天然氣、氫、電銷售能力綜合能源加注站，一方面降低建站投資成本，更重要的是超前完成氫能交通基礎(chǔ)服務(wù)點(diǎn)的布局，拓展發(fā)展空間。由于氫氣的特殊秉性，氫的儲(chǔ)運(yùn)帶來(lái)的成本很高，通過(guò)站內(nèi)分布式制氫，就地生產(chǎn)和供氫，可避免氫氣儲(chǔ)運(yùn)帶來(lái)的高成本問(wèn)題。當(dāng)前，加氫站分布式制氫尚未得到政策許可，但政策調(diào)整是可期的。2016年3月國(guó)家發(fā)展改革委和國(guó)家能源局發(fā)布的《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》(2016—2030年)就將分布式制氫技術(shù)列為氫能與燃料電池領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新的戰(zhàn)略發(fā)展方向，重點(diǎn)支持研發(fā)的技術(shù)包括可再生能源發(fā)電與電解水制氫一體化技術(shù)，形成標(biāo)準(zhǔn)化的加氫站現(xiàn)場(chǎng)制氫模式并示范應(yīng)用。石油石化企業(yè)開(kāi)發(fā)和推廣應(yīng)用分布式制氫技術(shù)條件優(yōu)越，可以利用電網(wǎng)低價(jià)谷電實(shí)施站內(nèi)電解水制氫和就地供應(yīng)，更提倡利用綜合能源服務(wù)站點(diǎn)建設(shè)風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電設(shè)施，就地發(fā)電制氫和供應(yīng)加注。

4 發(fā)展展望

據(jù)估測(cè)，中國(guó)碳達(dá)峰時(shí)二氧化碳凈排放量為1.1×1010t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(guó)兩會(huì)上碳達(dá)峰和碳中和首次寫(xiě)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(guó)用能權(quán)、碳排放權(quán)交易市場(chǎng)，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(guó)實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的難點(diǎn)在于工業(yè)部門(mén)，綠氫將在工業(yè)部門(mén)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(wèn)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)81 Mt，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(shì)，關(guān)鍵是大力發(fā)展新能源，奠定綠氫生產(chǎn)能源基礎(chǔ)。