劉岢孟,高俊蓮,孫旭東,張博,吳榮
(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)管理學(xué)院,北京 100083;2.北京市煤氣熱力工程設(shè)計(jì)院有限公司,北京 100032)
作為我國(guó)對(duì)外開(kāi)放的重要門(mén)戶,港口城市的工業(yè)、貨運(yùn)等行業(yè)發(fā)展迅速,能源需求量大,能源轉(zhuǎn)型需求迫切。氫能作為一種綠色、高效、應(yīng)用范圍廣泛的二次能源,在能源轉(zhuǎn)型中的地位愈發(fā)凸顯。據(jù)國(guó)際氫能委員會(huì)預(yù)計(jì),到2030年全球?qū)⒋笠?guī)模利用氫能,到2040年氫能在全球終端能源消費(fèi)中的占比將達(dá)到18%,到2050年氫能消耗量將占能源消耗總量的20% [1]。全球各主要國(guó)家都積極推進(jìn)氫能的產(chǎn)業(yè)布局、技術(shù)研發(fā)及配套設(shè)施建設(shè),如美國(guó)、日本、韓國(guó)、歐盟等主要國(guó)家和地區(qū)紛紛將氫能產(chǎn)業(yè)納入國(guó)家能源發(fā)展戰(zhàn)略,不斷加大對(duì)氫能技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的扶持力度,設(shè)立研發(fā)專項(xiàng),開(kāi)展試點(diǎn)示范,并制定各類政策,以求在氫能產(chǎn)業(yè)推廣和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面搶占先機(jī)[2]。
我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入加速期,氫能產(chǎn)業(yè)將在我國(guó)能源轉(zhuǎn)型中扮演更加重要的角色。近年來(lái)國(guó)家陸續(xù)出臺(tái)了多項(xiàng)政策和規(guī)劃,支持氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[3,4]。隨著我國(guó)“雙碳”目標(biāo)的提出,構(gòu)建清潔、低碳、安全、高效的現(xiàn)代能源體系,推動(dòng)能源發(fā)展方式轉(zhuǎn)型,成為國(guó)家能源戰(zhàn)略的主要方向。氫能應(yīng)用場(chǎng)景豐富,可在工業(yè)、交通、建筑與發(fā)電等領(lǐng)域逐步滲透[5],港口城市因其特殊的地理優(yōu)勢(shì),具有良好的氫能發(fā)展基礎(chǔ)和潛力。
我國(guó)海岸線長(zhǎng),港口城市眾多。目前涉及港口城市氫能產(chǎn)業(yè)的研究還相對(duì)不足。已有研究多集中于國(guó)家層面及產(chǎn)業(yè)層面氫能產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀的分析[1,6,7]、氫氣制取和儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀[8~13]、氫燃料電池技術(shù)及政策分析[14~17]等。部分學(xué)者針對(duì)特定區(qū)域進(jìn)行了研究,如長(zhǎng)江三角洲(簡(jiǎn)稱“長(zhǎng)三角”)區(qū)域氫能發(fā)展的路徑[18]和沿海地區(qū)氫能制備技術(shù)路線[19]。
本文以港口城市為研究對(duì)象,從其發(fā)展氫能的基礎(chǔ)出發(fā),針對(duì)港口城市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題,對(duì)其總體發(fā)展布局進(jìn)行研判,提出重點(diǎn)發(fā)展方向、應(yīng)用場(chǎng)景及重大工程示范項(xiàng)目,為港口城市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供參考。
我國(guó)港口城市多地處亞太經(jīng)濟(jì)區(qū)的中心地帶,貫穿東北、華北、華東、華南城市群,環(huán)臨渤海、黃海、東海、南海,與日本、韓國(guó)等國(guó)家隔海相望,是我國(guó)對(duì)外開(kāi)放的航運(yùn)樞紐,也是歐亞大陸通往太平洋的重要通道。其中,遼寧的大連、營(yíng)口等港口已同160 多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的300 多個(gè)港口有貿(mào)易往來(lái);秦皇島、唐山、天津等港口在京津冀協(xié)同發(fā)展中具有重要地位;山東省的港口城市處于京津冀和長(zhǎng)三角兩大氫能產(chǎn)業(yè)集群之間的核心地帶,以經(jīng)濟(jì)規(guī)模龐大的黃河經(jīng)濟(jì)帶為腹地;長(zhǎng)三角地區(qū)港口城市眾多,口岸資源優(yōu)良,國(guó)際聯(lián)系緊密,協(xié)同開(kāi)放水平較高;福州、廣州、??诘饶喜扛劭诔鞘惺菄?guó)家“一帶一路”倡議的重要樞紐城市??偟膩?lái)看,港口城市內(nèi)部完善的海陸空綜合立體交通體系和優(yōu)越的區(qū)位條件為港口城市氫能發(fā)展提供了重要基礎(chǔ),使其既便于向內(nèi)陸地區(qū)輸入氫氣,又方便向國(guó)外運(yùn)氫氣,具有發(fā)展成為能源傳輸樞紐的潛力。
首先,港口城市普遍具有豐富的海上風(fēng)能、地?zé)崮艿瓤稍偕茉矗梢猿浞掷脳夛L(fēng)和地?zé)豳Y源進(jìn)行電解水制氫,在提高新能源利用率的同時(shí),降低制氫用電成本,為零碳制氫提供豐富的電力保證。其次,部分港口城市是我國(guó)重要的鋼鐵和石化產(chǎn)品生產(chǎn)基地,具有豐富的工業(yè)副產(chǎn)氫資源;化工企業(yè)具備海量的焦?fàn)t煤氣副產(chǎn)氫、生物發(fā)酵沼氣制氫資源,制氫潛力大,氫氣純度高。
港口城市交通運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá),在港口、廠區(qū)、集聚區(qū)等運(yùn)輸場(chǎng)景對(duì)氫燃料重卡運(yùn)輸?shù)男枨筝^大,為氫燃料重卡的示范運(yùn)行提供了廣闊的應(yīng)用平臺(tái)和使用場(chǎng)景,具備打造“氫能重卡物流基地”的基礎(chǔ)。依托港口應(yīng)用場(chǎng)景,對(duì)牽引車(chē)、自卸車(chē)等的氫能專用車(chē)應(yīng)用需求也有較大潛力。部分港口城市以發(fā)展重工業(yè)為主,在發(fā)展氫冶金方面具有巨大潛力。
目前,我國(guó)港口城市在氫氣“制-儲(chǔ)-運(yùn)-注”等方面已具備較強(qiáng)研發(fā)能力。再加上,我國(guó)眾多高校和科研院所在氫能基礎(chǔ)研究領(lǐng)域具有較強(qiáng)研發(fā)實(shí)力,如中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所、山東省科學(xué)院能源研究所、山東大學(xué)、天津大學(xué)、上海交通大學(xué)、浙江大學(xué)、浙江清華長(zhǎng)三角研究院、福州大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所、華南理工大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所等,長(zhǎng)期開(kāi)展氫能制備與利用方面的研究。同時(shí),我國(guó)港口城市也具備較強(qiáng)的制造能力,部分港口城市擁有雄厚的工業(yè)基礎(chǔ),是我國(guó)近代工業(yè)發(fā)展的重要基地。
綜上,借助先天的區(qū)位優(yōu)勢(shì),大力發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè),契合港口城市的發(fā)展需要,同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)城市能源綜合改革戰(zhàn)略的要求,可為港口城市經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型提供新的動(dòng)力,具有重要的意義。
1.研發(fā)制造能力日漸凸顯
目前,大連已經(jīng)成為氫能與氫燃料電池的基礎(chǔ)研究和技術(shù)創(chuàng)新高地,在眾多基礎(chǔ)研究領(lǐng)域處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位,已獲燃料電池關(guān)鍵材料、核心部件、電堆系統(tǒng)等方面的授權(quán)發(fā)明專利300 余項(xiàng),主導(dǎo)制定了50%以上的燃料電池國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。天津在車(chē)載動(dòng)力技術(shù)和分布式發(fā)電/熱電聯(lián)供技術(shù)領(lǐng)域取得了一系列突破,研發(fā)生產(chǎn)了國(guó)內(nèi)首批氫燃料電池叉車(chē)、國(guó)內(nèi)首套固體儲(chǔ)氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)及國(guó)內(nèi)首套燃料電池叉車(chē)配套加氫裝置等,在產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵環(huán)節(jié)取得了一定進(jìn)展。山東港口城市的有關(guān)氫能企業(yè)建成了“單電池-電堆-發(fā)動(dòng)機(jī)-整車(chē)”的全套研發(fā)試驗(yàn)臺(tái)架,具備了完整的燃料電池系統(tǒng)及整車(chē)研發(fā)試驗(yàn)?zāi)芰?,最新研發(fā)的燃料電池堆功率技術(shù)指標(biāo)處于世界先進(jìn)水平。浙江的港口城市不斷提升設(shè)備研發(fā)能力,在制氫方面,寧波、嘉興等地高純度氫氣年產(chǎn)能可達(dá)1×105t以上。福州擁有東南(福建)汽車(chē)工業(yè)有限公司、福建奔馳汽車(chē)有限公司等整車(chē)生產(chǎn)及研發(fā)基地,已具備燃料電池汽車(chē)技術(shù)路線。
2.氫能產(chǎn)業(yè)鏈條基本形成
我國(guó)港口城市已初步形成相對(duì)完整的氫能產(chǎn)業(yè)鏈(見(jiàn)圖1)。天津、青島、大連、上海、福州、廣州等開(kāi)展了氫能制取、儲(chǔ)運(yùn)、加注、燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)及氫能應(yīng)用全產(chǎn)業(yè)鏈項(xiàng)目,形成了一批龍頭企業(yè)。天津依托石化產(chǎn)業(yè),優(yōu)勢(shì)布局氫能產(chǎn)業(yè),形成了制氫、加氫、用氫的全產(chǎn)業(yè)鏈條;青島國(guó)際院士港聯(lián)合同濟(jì)大學(xué)、上汽集團(tuán)等開(kāi)展氫能制取、儲(chǔ)運(yùn)、加注、燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)及氫能應(yīng)用全產(chǎn)業(yè)鏈項(xiàng)目。大連在氫氣制備儲(chǔ)運(yùn)、氫燃料電池系統(tǒng)及零部件、氫燃料電池整車(chē)整機(jī)等方面,擁有眾多經(jīng)驗(yàn)豐富的企業(yè),已初步形成相對(duì)完整的氫能產(chǎn)業(yè)鏈。上海引進(jìn)了一批氫能產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè),初步形成了集膜電極等關(guān)鍵零部件研發(fā)、燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)生產(chǎn)和加氫站基礎(chǔ)設(shè)施配套等較為完整的氫能產(chǎn)業(yè)框架體系。福州在氫氣供應(yīng)、燃料電池核心零部件、整車(chē)生產(chǎn)研發(fā)等產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)具有一定基礎(chǔ)。廣州部分氫能企業(yè)已完成整合氫能核心零部件、供氫系統(tǒng)、整車(chē)廠商等上下游產(chǎn)業(yè)的全供應(yīng)鏈體系,推動(dòng)了當(dāng)?shù)貧淠墚a(chǎn)業(yè)的提速發(fā)展。
3.氫能創(chuàng)新平臺(tái)日趨完善
我國(guó)港口城市氫能產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新體系建設(shè)不斷加速發(fā)展,創(chuàng)新平臺(tái)不斷培育。青島市通過(guò)引入同濟(jì)大學(xué)國(guó)家燃料電池汽車(chē)及動(dòng)力系統(tǒng)工程研究中心青島創(chuàng)新基地,為氫能產(chǎn)業(yè)的研發(fā)和應(yīng)用提供了強(qiáng)大的創(chuàng)新平臺(tái)。蘇州市氫能產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心由蘇州市科學(xué)技術(shù)局、張家港市政府和中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所三方共建,建立了氫燃料電池材料、部件、電堆和系統(tǒng)中試平臺(tái),已成功納入省級(jí)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心培育名單。上海市鼓勵(lì)“產(chǎn)學(xué)研用”深度合作,不斷加快建設(shè)和完善院士研究成果轉(zhuǎn)化中心、嘉定同濟(jì)大學(xué)科技園、長(zhǎng)三角碳中和創(chuàng)新中心等科創(chuàng)孵化平臺(tái),以開(kāi)展燃料電池汽車(chē)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān),形成創(chuàng)新技術(shù)策源地,推動(dòng)技術(shù)成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化。廣州市引進(jìn)國(guó)際著名電化學(xué)及燃料電池專家并建立了氫能創(chuàng)新中心,致力于攻克相關(guān)領(lǐng)域的核心技術(shù)。
4.氫能應(yīng)用示范初具成效
①在氫能運(yùn)營(yíng)示范方面,青島美錦新能源汽車(chē)制造有限公司制造的首批氫燃料城市公交車(chē)已投入運(yùn)營(yíng),標(biāo)志著青島正式進(jìn)入氫燃料電池客車(chē)商業(yè)示范運(yùn)行之列。②在氫燃料電池有軌電車(chē)方面,中車(chē)唐山機(jī)車(chē)車(chē)輛有限公司研制的世界首列商用型氫燃料混合動(dòng)力100%低地板現(xiàn)代有軌電車(chē)于2017 年10月首次投入商業(yè)載客運(yùn)營(yíng);2019年,嘉興市嘉善縣在長(zhǎng)三角一體化示范區(qū)內(nèi)開(kāi)通了氫能公交車(chē),與上海、蘇州實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。③在氫氣加注方面,海南首座加氫站于2021年在博鰲正式投入運(yùn)營(yíng);由海馬汽車(chē)股份有限公司與中國(guó)航天科技集團(tuán)公司101研究所合作建設(shè)的海馬制氫加氫一體站正式落成,將同步推進(jìn)氫燃料電池汽車(chē)的自主研發(fā)與示范運(yùn)營(yíng),打通氫能產(chǎn)業(yè)的上下游。④在加氫站建設(shè)方面,已初具規(guī)模。上海、廣州、嘉興、青島等城市加氫站投運(yùn)數(shù)量較多,處于在建和規(guī)劃狀態(tài)的加氫站數(shù)量也逐步增多。未來(lái),建成的加氫站數(shù)量將不斷上升,以滿足氫燃料電池汽車(chē)示范運(yùn)營(yíng)需求。
圖1 我國(guó)部分港口城市的涉氫企業(yè)
在“雙碳”目標(biāo)引領(lǐng)下,氫能作為清潔能源的未來(lái),已被全國(guó)30個(gè)省份寫(xiě)入了“十四五”發(fā)展規(guī)劃中,其中大連、天津、唐山、青島、廣州等港口城市已出臺(tái)了氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃。本文將具體介紹上述港口城市的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃,據(jù)此對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)進(jìn)行梳理。
①大連市目前已印發(fā)《大連市加快培育氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》和《大連市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2020—2035 年)》。到2035 年,在產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面,將培育具有國(guó)際水平的龍頭企業(yè)超過(guò)30家,累計(jì)拉動(dòng)社會(huì)資本超過(guò)2500億元,氫燃料電池整車(chē)產(chǎn)能超過(guò)1×105輛;在技術(shù)創(chuàng)新方面,力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵部件本地化率達(dá)到100%;在應(yīng)用推廣方面,全市氫燃料電池車(chē)輛(含公交車(chē)、乘用車(chē)、重型卡車(chē)、牽引車(chē)、環(huán)衛(wèi)車(chē)等)保有量達(dá)到57 000輛以上,氫燃料電池船舶保有量達(dá)到500 艘以上。②天津市目前已出臺(tái)《天津市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)方案(2020—2022年)》《天津港保稅區(qū)關(guān)于扶持氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展若干政策》等政策規(guī)劃。預(yù)計(jì)到2022年,氫能產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值有望突破150 億元;培育2~3 家在氫燃料電池及核心零部件、動(dòng)力系統(tǒng)集成、檢驗(yàn)檢測(cè)等領(lǐng)域具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的優(yōu)勢(shì)龍頭企業(yè);打造3 個(gè)氫燃料電池車(chē)輛推廣應(yīng)用試點(diǎn)示范區(qū)。③唐山市發(fā)布了《唐山市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021—2025)》。到2025年,全市氫能產(chǎn)能達(dá)到60 000 t/a,氫燃料電池汽車(chē)運(yùn)營(yíng)數(shù)量達(dá)3000輛以上,其中氫能重卡不少于2000輛。④青島市出臺(tái)了《青島西海岸新區(qū)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021—2030 年)》和《青島市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》。其中,西海岸新區(qū)將氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展分為產(chǎn)業(yè)培育階段、產(chǎn)業(yè)加速階段和產(chǎn)業(yè)成熟階段3 個(gè)階段,氫能產(chǎn)業(yè)累計(jì)產(chǎn)值將分別達(dá)到50 億元、100億元和300億元。⑤舟山市發(fā)布的《舟山市加快培育氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》指出,到2035 年,基本建成國(guó)內(nèi)具有影響力的氫能海洋應(yīng)用示范城市。⑥廣州市發(fā)布的《廣州市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2019—2030 年)》中表明,到2030 年,將建成加氫站100座以上,氫能產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值預(yù)計(jì)約2000億元以上。
綜上,我國(guó)港口城市氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展目標(biāo)多聚焦在創(chuàng)新研發(fā)、產(chǎn)業(yè)規(guī)模、基礎(chǔ)設(shè)施和推廣應(yīng)用等方面,力爭(zhēng)早日攻關(guān)關(guān)鍵技術(shù),使氫能核心領(lǐng)域達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平,初步建成氫能源產(chǎn)業(yè)高地。
我國(guó)港口城市氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展正處于起步階段,氫能產(chǎn)業(yè)鏈雖已初步形成,但部分環(huán)節(jié)仍需進(jìn)一步完善。氫能產(chǎn)業(yè)上下游企業(yè)之間的聯(lián)系較少,制氫企業(yè)生產(chǎn)的大部分氫氣無(wú)法直接向下游企業(yè)供給,氫氣儲(chǔ)運(yùn)裝備產(chǎn)品的生產(chǎn)、制造、研發(fā)、示范仍未廣泛開(kāi)展?,F(xiàn)有氫能企業(yè)的布局比較分散,缺乏區(qū)域氫能產(chǎn)業(yè)協(xié)同總體規(guī)劃,企業(yè)間無(wú)法有效協(xié)作聯(lián)動(dòng);各環(huán)節(jié)研發(fā)活動(dòng)趨于封閉,資源不能共享,難以突破規(guī)模化量產(chǎn)的技術(shù)屏障。
終端氫能源產(chǎn)品投放市場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱,配套設(shè)施匱乏成為氫能技術(shù)在我國(guó)港口城市應(yīng)用和推廣的關(guān)鍵制約因素。特別是作為基礎(chǔ)設(shè)施的加氫站嚴(yán)重欠缺,數(shù)量與性能仍落后于發(fā)達(dá)國(guó)家,運(yùn)維成本較高,用氫規(guī)模較小,在經(jīng)營(yíng)上難以實(shí)現(xiàn)盈虧平衡,致使港口設(shè)備加氫時(shí)的使用成本攀升。氫能基礎(chǔ)設(shè)施布局不足、推廣普及艱難,不利于培育終端氫能產(chǎn)品應(yīng)用市場(chǎng)。
我國(guó)港口城市氫能部分技術(shù)水平已接近國(guó)際先進(jìn)水平,但整體核心技術(shù)與國(guó)外先進(jìn)水平依然有較大差距。在氫氣提純、儲(chǔ)氫材料與裝備、加氫站裝備制造等領(lǐng)域,與國(guó)際先進(jìn)技術(shù)存在一定差距;在氫燃料電池領(lǐng)域,質(zhì)子交換膜、碳紙、低鉑催化劑、金屬雙極板、氫循環(huán)部件、空壓機(jī)、固體氧化物燃料電池系統(tǒng)集成等方面的核心技術(shù)尚未實(shí)現(xiàn)完全突破,重型卡車(chē)用的大容量燃料電池系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)與國(guó)際先進(jìn)水平仍存在較大差距,距規(guī)模生產(chǎn)和市場(chǎng)應(yīng)用還有較大距離。
我國(guó)多個(gè)港口城市雖已出臺(tái)了相關(guān)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃,但在與氫能產(chǎn)業(yè)相關(guān)的扶持政策、管理辦法、審批手續(xù)、法律法規(guī)以及安全保障機(jī)制等方面還有所欠缺。例如,燃料電池汽車(chē)政策準(zhǔn)備情況總體水平較低,已發(fā)布燃料電池汽車(chē)專項(xiàng)政策的港口城市較少。目前,我國(guó)氫能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系尚不健全,測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)謹(jǐn)性仍需提升,港口城市作為各省市安全管理的重點(diǎn)區(qū)域,應(yīng)保障氫能應(yīng)用的可靠性。同時(shí),氫氣在我國(guó)仍作為?;愤M(jìn)行管理,氫能產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目在審批、實(shí)施和運(yùn)營(yíng)等相關(guān)環(huán)節(jié)都存在一定的體制障礙,缺乏統(tǒng)籌管理和配套政策措施。
將港口城市打造為氫能供應(yīng)充足、重卡產(chǎn)業(yè)完備、氫能技術(shù)先進(jìn)及國(guó)際氫能交通樞紐的氫能城市。以制氫資源優(yōu)勢(shì)為保障,使氫能供應(yīng)“保內(nèi)需、爭(zhēng)外輸(含國(guó)內(nèi)、海外)”;建設(shè)燃料電池重卡示范基地,以氫能源燃料電池重卡物流圈為特色;結(jié)合城市氫能供給與應(yīng)用情況,發(fā)展有特色、獨(dú)立自主的氫能研發(fā)技術(shù);發(fā)揮港口優(yōu)勢(shì),打造成為具有影響力的國(guó)際氫能樞紐。
目前,我國(guó)主要港口城市的氫能發(fā)展布局情況具體如下。①遼寧省的港口城市以大連為中心,今后將建設(shè)協(xié)同發(fā)展、綠色高效的世界級(jí)港口集群,促進(jìn)遼寧沿海港口氫能資源與東北腹地運(yùn)輸資源整合,大力發(fā)展“公海鐵”多式聯(lián)運(yùn),開(kāi)辟融入東北亞氫能經(jīng)貿(mào)格局的陸海物流新通道,形成對(duì)腹地新能源發(fā)展的重要支撐。②天津市與河北省的港口城市發(fā)揮作為京津冀發(fā)展軸重要節(jié)點(diǎn)城市的區(qū)位優(yōu)勢(shì),重點(diǎn)發(fā)展氫能物流,建設(shè)加氫站網(wǎng)絡(luò),促進(jìn)跨區(qū)域合作和京津冀協(xié)同發(fā)展。③山東省的港口城市將著力布局綠色港口建設(shè),進(jìn)一步推廣和應(yīng)用港口氫能化,加快推進(jìn)建設(shè)成為“國(guó)際領(lǐng)先的智慧綠色港”。④江浙滬區(qū)域的港口城市群要充分利用長(zhǎng)三角一體化國(guó)家戰(zhàn)略的契機(jī),加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)間的合作交流,發(fā)揮氫燃料電池汽車(chē)技術(shù)水平的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì),建設(shè)國(guó)內(nèi)氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展高地。⑤福建省的港口城市以福州市為核心打造氫能全產(chǎn)業(yè)鏈,發(fā)揮廈門(mén)金龍汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司、福建雪人股份有限公司等重點(diǎn)企業(yè)的作用,壯大氫燃料電池車(chē)輛的生產(chǎn)規(guī)模,打造海峽西岸重要的氫燃料電池及汽車(chē)產(chǎn)業(yè)制造高地、核心技術(shù)創(chuàng)新區(qū)和示范應(yīng)用基地。⑥廣東省的港口城市要加速構(gòu)建氫能全產(chǎn)業(yè)鏈,形成氫能規(guī)?;瘧?yīng)用,帶動(dòng)粵港澳大灣區(qū)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展,面向全國(guó)、全球輸出氫能成套裝備和關(guān)鍵零部件。⑦海南省的港口城市要利用海南自由貿(mào)易港的優(yōu)勢(shì)條件,吸引一批氫能企業(yè)落戶,完善氫能產(chǎn)業(yè)鏈,為自由貿(mào)易港建設(shè)提供新動(dòng)能。
1.保障氫能供應(yīng)充足
利用港口城市的地理優(yōu)勢(shì),發(fā)揮工業(yè)副產(chǎn)氫與可再生能源氫源的優(yōu)勢(shì),發(fā)展多元化制氫體系,打造以副產(chǎn)氣提氫為主、可再生能源制氫為有效補(bǔ)充的氫供應(yīng)基地。一是大力發(fā)展優(yōu)質(zhì)的工業(yè)副產(chǎn)氫氣,開(kāi)展工業(yè)尾氣制氫、天然氣重整制氫、甲醇裂解制氫、太陽(yáng)能光解制氫等技術(shù)攻關(guān),實(shí)現(xiàn)多元化制氫,降低制氫成本。二是依托港口城市豐富的可再生資源優(yōu)勢(shì),大力發(fā)展新能源電解水制氫等綠色制氫技術(shù),作為氫源的重要補(bǔ)充,以應(yīng)對(duì)未來(lái)“綠氫”的需求[20]。三是發(fā)展氫氣提純工藝和純度檢測(cè)技術(shù),開(kāi)發(fā)高效變換制氫技術(shù)以及采用變壓吸附(PSA)制氫技術(shù),掌握核心設(shè)備、催化劑等關(guān)鍵技術(shù),提高吸附和變換效率,提升高純氫氣生產(chǎn)能力。四是加快打造沿海地區(qū)氫氣供應(yīng)重要基地,擴(kuò)大氫能供需規(guī)模,盡快形成市場(chǎng)規(guī)模。
推動(dòng)城市內(nèi)部氫能供給網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。將城市企業(yè)產(chǎn)生的工業(yè)副產(chǎn)品焦?fàn)t煤氣統(tǒng)一納入管網(wǎng),根據(jù)各城市氫燃料電池車(chē)用、氫外輸?shù)倪\(yùn)輸及供給需求,結(jié)合交通路線,合理布局加氫站,構(gòu)建加氫站網(wǎng)絡(luò)[21]。堅(jiān)持資源綜合利用優(yōu)先,探索加氫站選址與科學(xué)決策方法[22],積極尋求在加氣站位置建設(shè)氣改氫、氣氫合建、擴(kuò)建及液氫加氫站等多種形式加氫站可行性方案,并著眼于區(qū)域布局。通過(guò)基礎(chǔ)管網(wǎng)建設(shè)、第五代移動(dòng)通信技術(shù)(5G)等信息化管理技術(shù)、先進(jìn)智能化決策方法等,實(shí)現(xiàn)車(chē)與加氫站、加氫站與加氫站、加氫站與高速公路等互聯(lián)的氫供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化管理,實(shí)現(xiàn)整體網(wǎng)絡(luò)的連通互補(bǔ)和完善協(xié)調(diào)。
2.布局氫能重卡產(chǎn)業(yè)
一是打造燃料電池重卡制造基地。以氫燃料電池重卡整車(chē)制造為核心,以燃料電池電堆及關(guān)鍵部件為支撐,加快引進(jìn)和發(fā)展一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、掌握核心技術(shù)的企業(yè),全力打通氫能重卡汽車(chē)裝備制造及組裝全產(chǎn)業(yè)鏈,配套建立氫燃料電池重卡集成制造基地。發(fā)展具備傳統(tǒng)能源、新能源、氫能源重卡整車(chē)生產(chǎn)資質(zhì)企業(yè),通過(guò)合資、參股、技術(shù)引進(jìn)等方式逐步推動(dòng)車(chē)載儲(chǔ)氫瓶、氫燃料電池、氫能關(guān)鍵零部件等裝備制造產(chǎn)業(yè)落地,逐步完善重卡產(chǎn)業(yè)集群建設(shè)。打造港口城市燃料電池重卡制造基地,滿足燃料電池重卡用車(chē)的應(yīng)用需求;氫燃料電池重卡在整車(chē)制造工藝水平上要對(duì)標(biāo)國(guó)際先進(jìn)水平,形成國(guó)家燃料電池重卡供應(yīng)基地。
二是構(gòu)建氫能重卡“制、運(yùn)、站”與“研產(chǎn)用”的全產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)圈。以港口碼頭運(yùn)輸重卡為應(yīng)用場(chǎng)景,打造“燃料電池重卡+加氫站+長(zhǎng)管拖車(chē)”連鎖運(yùn)營(yíng)的方式。打造“柴改氫”示范區(qū),發(fā)揮重卡運(yùn)力優(yōu)勢(shì),推進(jìn)氫燃料重卡車(chē)示范應(yīng)用。加快開(kāi)展氫燃料電池重卡運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù),開(kāi)展氫燃料電池重卡的運(yùn)行測(cè)試,進(jìn)一步驗(yàn)證大規(guī)模商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的可行性。
3.打造氣體能源樞紐
一是推動(dòng)國(guó)際氫能港口應(yīng)用。目前,澳大利亞和文萊已實(shí)現(xiàn)了對(duì)日本的氫氣出口,我國(guó)在氫能?chē)?guó)際貿(mào)易方面同樣具備優(yōu)勢(shì)。我國(guó)與日本、韓國(guó)的距離相比于澳大利亞更近,更具經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì),為此,可在港口城市大力布局綠氫相關(guān)產(chǎn)業(yè),利用地理優(yōu)勢(shì)進(jìn)行氫氣出口[23]。依托港口城市所具備的資源和物流運(yùn)輸市場(chǎng),著重打造國(guó)際“氫港”;結(jié)合國(guó)務(wù)院發(fā)布的《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》中的要求,發(fā)揮氫能在構(gòu)建綠色交通、物流和港口的重要作用,嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家和地方污染物控制標(biāo)準(zhǔn)要求,建設(shè)綠色港口;發(fā)展氫能在港口環(huán)衛(wèi)車(chē)、物流車(chē)、動(dòng)力機(jī)械、燃料電池船舶等方面的示范應(yīng)用;增加氫能在港區(qū)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的占比,包括燃料電池軌道交通、分布式發(fā)電、備用電源、港口機(jī)械等。
二是發(fā)展液化儲(chǔ)氫產(chǎn)業(yè),打造液氫樞紐。在港口率先應(yīng)用先進(jìn)技術(shù),發(fā)展液化儲(chǔ)氫產(chǎn)業(yè),促進(jìn)氫氣資源的高效儲(chǔ)存和利用,同時(shí)規(guī)劃和利用港口城市富余的工業(yè)副產(chǎn)氫,建設(shè)液氫工廠以及液氫示范加氫站,通過(guò)液氫工廠的建設(shè)和液氫儲(chǔ)運(yùn),構(gòu)建沿海液氫樞紐與生產(chǎn)基地。根據(jù)沿海各市氫能應(yīng)用發(fā)展的實(shí)際情況,使港口城市豐富、高質(zhì)量、低成本的氫源可以配送到下游城市群,逐步布局和建設(shè)可覆蓋2000 km 半徑范圍內(nèi)的液氫供給網(wǎng)絡(luò),乃至成為我國(guó)有氫源需求地區(qū)的供應(yīng)基地,帶動(dòng)周邊城市群氫能產(chǎn)業(yè)的協(xié)同發(fā)展。此外,按照示范試點(diǎn)、提早謀劃、超前布局的理念,參與推動(dòng)我國(guó)液氫民用化進(jìn)程。
4.增強(qiáng)科技創(chuàng)新能力
一是加強(qiáng)氫能與燃料電池核心技術(shù)創(chuàng)新。重點(diǎn)開(kāi)展制、儲(chǔ)、運(yùn)、加及儲(chǔ)能發(fā)電等關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)。加快推進(jìn)低成本制氫技術(shù),研發(fā)工業(yè)副產(chǎn)氫提純和純度檢測(cè)技術(shù)、高效電解水制氫技術(shù)、海上風(fēng)電制氫技術(shù)、開(kāi)發(fā)分布式天然氣制氫技術(shù);開(kāi)發(fā)氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)、有機(jī)液體、天然氣摻氫管道輸送等多元化儲(chǔ)(運(yùn))氫技術(shù),發(fā)展70 MPa以上高壓氣體儲(chǔ)氫瓶設(shè)備及液態(tài)儲(chǔ)氫、固態(tài)儲(chǔ)氫等前沿技術(shù)[24,25],探索開(kāi)發(fā)車(chē)用及站用固態(tài)儲(chǔ)氫裝置,開(kāi)展輸氫管道用金屬材料研發(fā),建設(shè)氫氣運(yùn)輸專用管道;突破核心加氫技術(shù)瓶頸,研發(fā)核心加氫裝置、高轉(zhuǎn)速空壓機(jī)、氫站關(guān)鍵核心設(shè)備和核心零部件等氫能產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵核心技術(shù);研發(fā)氫燃料電池關(guān)鍵材料、燃料電池膜電極和電堆以及燃料電池車(chē)輛、船舶、軌道交通、燃料電池分布式發(fā)電等裝備產(chǎn)業(yè)的集成應(yīng)用核心技術(shù)等。
二是加快氫能產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的技術(shù)創(chuàng)新和模式創(chuàng)新。積極引進(jìn)科研團(tuán)隊(duì),吸引大中型科技企業(yè)牽頭、科研院所與高校共同參與,搭建技術(shù)研發(fā)平臺(tái),關(guān)注氫能領(lǐng)域的前沿技術(shù)動(dòng)態(tài);探索氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式,將氫能與大數(shù)據(jù)、人工智能等數(shù)字技術(shù)融合創(chuàng)造氫能應(yīng)用新模式,將氫能與可再生能源相結(jié)合開(kāi)拓能源開(kāi)發(fā)新模式;加快科技成果轉(zhuǎn)化,鼓勵(lì)企業(yè)加大技術(shù)研發(fā)力度,開(kāi)發(fā)技術(shù)先進(jìn)、擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品體系。
未來(lái)的能源格局將以新能源為供應(yīng)側(cè)主體,氫能的應(yīng)用領(lǐng)域和場(chǎng)景將更加豐富。氫能產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展需要進(jìn)一步把握產(chǎn)業(yè)發(fā)展節(jié)奏,保持產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的均衡發(fā)展,探索多領(lǐng)域應(yīng)用示范場(chǎng)景,落實(shí)重點(diǎn)氫能工程項(xiàng)目,充分發(fā)揮氫能的脫碳潛力。
氫能未來(lái)在港口城市的應(yīng)用場(chǎng)景主要包括3 個(gè)方面(見(jiàn)圖2)。在打造氫能港口應(yīng)用示范區(qū)方面,發(fā)展高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫和液氫產(chǎn)業(yè),建設(shè)國(guó)際液氫樞紐;依托港口資源和物流運(yùn)輸市場(chǎng),發(fā)展氫能在港口交通方面的示范應(yīng)用;圍繞港口用電需求,開(kāi)展燃料電池分布式發(fā)電示范應(yīng)用,推動(dòng)氫燃料電池在備用電源領(lǐng)域的市場(chǎng)應(yīng)用。在打造氫能重型卡車(chē)示范區(qū)方面,在港口城市重點(diǎn)布局重卡燃料電池汽車(chē)應(yīng)用,并建立重卡加氫站及運(yùn)氫、儲(chǔ)氫立體化管網(wǎng)試點(diǎn)。在打造氫能公交車(chē)示范區(qū)方面,優(yōu)先支持在市內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展較快的地區(qū)布局建設(shè)加氫站和公交示范線路,全面推進(jìn)氫能交通應(yīng)用。
圖2 港口城市氫能應(yīng)用場(chǎng)景布局圖
根據(jù)港口城市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的總體布局和基礎(chǔ),可重點(diǎn)實(shí)施10項(xiàng)重點(diǎn)工程項(xiàng)目,通過(guò)有序推進(jìn)重大工程建設(shè),督促和落實(shí)重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目,實(shí)現(xiàn)對(duì)我國(guó)港口城市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的有效支撐。
1.焦?fàn)t煤氣聚集納網(wǎng)建設(shè)工程
在原有管網(wǎng)的基礎(chǔ)上,通過(guò)逆向構(gòu)建焦?fàn)t煤氣聚集管網(wǎng),實(shí)現(xiàn)氫源的統(tǒng)一利用,將城市所有企業(yè)產(chǎn)生的工業(yè)副產(chǎn)品焦?fàn)t煤氣全部納入管網(wǎng),收集輸送到制氫基地。
2.規(guī)?;⒌统杀局茪涫痉豆こ?/p>
利用港口城市豐富的工業(yè)副產(chǎn)品,基于焦?fàn)t煤氣統(tǒng)一輸送管道工程聚集的氫源,打造集中制氫的研發(fā)與生產(chǎn)基地。開(kāi)發(fā)高效變換和PSA 制氫技術(shù),掌握核心設(shè)備及催化劑等關(guān)鍵技術(shù),提升高純氫氣生產(chǎn)能力,促進(jìn)規(guī)?;I(yè)制氫項(xiàng)目落地。
3.氫能重卡制造示范工程
以氫燃料電池重卡整車(chē)制造為核心,以燃料電池電堆及關(guān)鍵部件為支撐,加快發(fā)展和引進(jìn)一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、掌握核心技術(shù)的企業(yè),重點(diǎn)發(fā)展氫燃料電池系統(tǒng)生產(chǎn)線項(xiàng)目,并以氫燃料重卡組裝線項(xiàng)目為重點(diǎn)示范工程。
4.氫冶金示范工程
結(jié)合氫冶金工程項(xiàng)目建設(shè)的現(xiàn)實(shí)情況,聯(lián)合氫冶金技術(shù)相關(guān)機(jī)構(gòu),研發(fā)以氫能為核心的新型鋼鐵冶金生產(chǎn)工藝,加快推廣氫冶金項(xiàng)目示范應(yīng)用,逐步取代傳統(tǒng)冶金方式,促進(jìn)工業(yè)脫碳。
5.加氫站建設(shè)試點(diǎn)示范工程
結(jié)合示范區(qū)的實(shí)際需要,選擇部分加油站或加氣站作為示范點(diǎn),探索氣、油改氫,氣油氫合建擴(kuò)建等加氫站建設(shè)方案,加快推進(jìn)加氫站試點(diǎn)工程建設(shè),打造“氣油氫”綜合供能服務(wù)站,為氫能重卡、公交運(yùn)營(yíng)提供保障。
6.氫燃料電池車(chē)示范運(yùn)行工程
結(jié)合港口城市加氫站建設(shè)的布局情況,研究制定未來(lái)氫燃料電池車(chē)的示范推廣計(jì)劃,開(kāi)展氫燃料電池車(chē)示范運(yùn)行重點(diǎn)工程,包括開(kāi)通氫燃料電池公交線路、重卡線路、旅游大巴線路、通勤車(chē)線路以及省際運(yùn)輸線(貨運(yùn))。
7.綠色氫能港口建設(shè)示范項(xiàng)目
以港口環(huán)衛(wèi)車(chē)、物流車(chē)、動(dòng)力機(jī)械、氫燃料電池船舶為主要方向,建設(shè)“氫能+5G”的國(guó)際氫能樞紐工程,推進(jìn)港口智能化發(fā)展,利用大數(shù)據(jù)與信息化技術(shù),科學(xué)規(guī)劃氫能運(yùn)輸路徑,構(gòu)建高效率、低成本的運(yùn)輸分配網(wǎng)絡(luò)。
8.電解水制氫示范項(xiàng)目
發(fā)展可再生能源高效、低成本的電解水制氫技術(shù),研究高壓緊湊型堿性液體電解質(zhì)電解水技術(shù)(AE),開(kāi)發(fā)新型電極和隔膜材料;降低質(zhì)子交換膜貴金屬催化劑負(fù)載量,開(kāi)發(fā)非貴金屬催化劑、高效膜材料及擴(kuò)散層材料。開(kāi)發(fā)高溫固體氧化物電解水技術(shù)(SOEC),研究電解質(zhì)的薄膜化技術(shù)并進(jìn)行新型密封性材料、連接體材料的研發(fā)。
9.氫能協(xié)同創(chuàng)新中心項(xiàng)目
聯(lián)合國(guó)內(nèi)知名科研院校、科研機(jī)構(gòu)以及國(guó)內(nèi)外氫能企業(yè),共建氫能產(chǎn)業(yè)研究機(jī)構(gòu),加強(qiáng)氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新協(xié)同研究,建立科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)孵化基地和支持氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的科技服務(wù)平臺(tái)。
10.智慧氫能大數(shù)據(jù)平臺(tái)
建設(shè)和利用智慧氫能大數(shù)據(jù)平臺(tái),監(jiān)控氫氣整個(gè)生命周期的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),確保氫氣在“制-儲(chǔ)-運(yùn)-注-用”全過(guò)程中的安全。構(gòu)建集氫能物流、產(chǎn)業(yè)監(jiān)管、安全保障于一體的智慧氫能大數(shù)據(jù)平臺(tái)。
“十四五”期間,氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展正迎來(lái)新的機(jī)遇,氫能市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿薮?。我?guó)的港口城市具有區(qū)位優(yōu)勢(shì)明顯、氫能資源豐富、應(yīng)用場(chǎng)景突出、研發(fā)人才雄厚等優(yōu)勢(shì),為此應(yīng)高效貫徹和落實(shí)《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃(2021—2035年)》,把握氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略機(jī)遇,結(jié)合自身優(yōu)勢(shì),發(fā)揮氫能在港口城市能源轉(zhuǎn)型的重要作用,實(shí)現(xiàn)沿海地區(qū)生態(tài)文明與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的雙贏之路,完善我國(guó)沿海經(jīng)濟(jì)布局,助力我國(guó)“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
港口城市要依托區(qū)域優(yōu)勢(shì),加強(qiáng)與周邊國(guó)家在氫能產(chǎn)業(yè)、技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和人才等多方面的合作,實(shí)現(xiàn)互利共贏;開(kāi)展氫氣貿(mào)易,促進(jìn)共同發(fā)展,共享發(fā)展成果;積極參與構(gòu)建國(guó)際氫能體系,盡快融入全球氫能產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈,增強(qiáng)國(guó)際氫能發(fā)展的話語(yǔ)權(quán)。
基于港口城市在產(chǎn)業(yè)鏈上的薄弱環(huán)節(jié),培育和引進(jìn)氫能龍頭企業(yè),發(fā)展具有核心競(jìng)爭(zhēng)力的企業(yè)群體,推進(jìn)港口城市氫能企業(yè)發(fā)展為產(chǎn)業(yè)集群;加強(qiáng)機(jī)制建設(shè),構(gòu)建氫能創(chuàng)新體系,完善氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境,持續(xù)推動(dòng)關(guān)鍵核心科技創(chuàng)新。
堅(jiān)持落實(shí)氫能安全對(duì)策和措施,加大氫氣儲(chǔ)運(yùn)在技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備設(shè)施、人員專業(yè)性等方面的資金投入。在安全的基礎(chǔ)上,打造沿海氫能產(chǎn)業(yè)帶,將氫能產(chǎn)業(yè)鏈延伸到氫能港口、氫能重卡、氫能公交等領(lǐng)域,以提供更加智能、環(huán)保、高效、安全的能量供應(yīng)結(jié)構(gòu)。
以關(guān)鍵核心技術(shù)和裝備攻關(guān)為抓手,加快突破核心技術(shù)和關(guān)鍵材料瓶頸,促進(jìn)技術(shù)裝備取得突破,增強(qiáng)自主可控能力。探索氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式,將氫能與大數(shù)據(jù)、人工智能等數(shù)字技術(shù)融合創(chuàng)造氫能應(yīng)用新模式,將氫能與可再生能源相結(jié)合開(kāi)拓能源開(kāi)發(fā)新模式。