楊明清 楊一鵬

（1.中國石化石油工程技術(shù)服務(wù)有限公司；2.四川大學匹茲堡學院）

氫是宇宙中分布最廣泛的物質(zhì)，構(gòu)成了宇宙質(zhì)量的75%。氫燃燒熱值高，是汽油的3倍、酒精的3.9倍、焦炭的4.5倍。氫燃燒的產(chǎn)物是水，是世界上最清潔的能源[1]。為實現(xiàn)“碳達峰”、“碳中和”目標，歐美、日韓、澳大利亞、俄羅斯等國家紛紛出臺鼓勵氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策，一些國家將其上升到了國家戰(zhàn)略高度。俄羅斯是能源生產(chǎn)、消費、出口大國，俄羅斯專家一直致力于尋找清潔能源，保持其世界能源領(lǐng)域中的霸主地位[2]。我國能源消費以化石能源為主，碳排放較高，石油、天然氣進口依存度較大，急需尋求低碳高效能源，綠氫能源有望成為實現(xiàn)“碳達峰”、“碳中和”戰(zhàn)略的重要組成部分[3]。2019年我國政府工作報告首次明確“推進加氫等設(shè)施建設(shè)”；2020年我國提出了“2030碳達峰”及“2060碳中和”的目標，將氫能源發(fā)展列入“十四五”規(guī)劃，并制定了《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書》；2020年9月，北京市發(fā)布了《氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2020—2025年）》，提出2025年推廣1萬輛氫燃料電池汽車的目標；2025、2030年我國將分別建成300、1 500座加氫站，10年間年復(fù)合增速達31.1%，到2050年加氫站數(shù)量將達1萬座，行業(yè)產(chǎn)值達12億元。2021年，中石化宣布“十四五”期間將建立1 000座加氫站。氫能源發(fā)展展現(xiàn)出強勁勢頭。

1 俄羅斯氫能源開發(fā)歷程

20世紀30年代，莫斯科高等技術(shù)學校進行了汽車發(fā)動機加氫對汽油的影響研究，1941年，由于衛(wèi)國戰(zhàn)爭，研究被迫停止，該研究并沒有取得明顯效果。1961年，前蘇聯(lián)宇航員加加林環(huán)繞地球飛行，他所駕駛的宇宙飛船加入了氫燃料，證明氫能源作為動力的可能性。20世紀70年代，由于石油危機，加之氫能源對環(huán)境污染較小，前蘇聯(lián)科學家認識到氫能源的重要性，重新開始進行相關(guān)科學研究。20世紀80年代至2000年，俄羅斯加大了科研投入，在“暴風雪”號航天飛機、“S184-U34”潛艇動力裝置、“圖155”飛機等嘗試使用氫能源，進行了一定的技術(shù)儲備，促進了氫能源研發(fā)，但沒有大規(guī)模應(yīng)用氫技術(shù)[4]。2003年，俄羅斯成立了非營利性的全國氫能源協(xié)會，其宗旨為促進氫能源發(fā)展，在該協(xié)會的組織下，2006年，進行了氫能源汽車測試，這是俄羅斯首次進行氫能源汽車測試。2019年11月，在圣彼得堡進行了氫能源電車測試。2015年，俄羅斯簽署了《聯(lián)合國框架公約》，承諾在未來10年內(nèi)碳排放量減半，正式與國際接軌。2020年5月，在莫斯科建造了俄羅斯首座加氫站。2020年6月，俄羅斯氫能源總產(chǎn)量約500×104t/a，主要來源于石油加工中的甲醇生產(chǎn)，同時，核電廠制氫開始研發(fā)。2020年6月，俄羅斯聯(lián)邦政府總理米舒斯京批準了“2035年俄羅斯聯(lián)邦能源戰(zhàn)略”，該戰(zhàn)略對氫能源進行了單獨論述，氫能源進入快速發(fā)展階段，為此，俄羅斯天然氣工業(yè)公司、俄羅斯原子能公司、諾瓦泰克公司、高校及科研機構(gòu)等加強了氫能源研發(fā)工作。2020年12月30日，俄羅斯總統(tǒng)普京在與總理米舒斯京舉行的視頻會議上，提出三年內(nèi)建立市內(nèi)氫能源公共汽車，三年后陸續(xù)建立氫能源火車。

2 俄羅斯氫能源開發(fā)現(xiàn)狀

2.1 制定發(fā)展規(guī)劃

2020年10月12 日，根據(jù)《巴黎氣候協(xié)定》，俄羅斯聯(lián)邦政府通過了《2024年俄羅斯聯(lián)邦發(fā)展氫能源計劃書》，主要包括8部分內(nèi)容：制定氫能源發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，該部分已于2021年3月完成；制定國家層面氫能源發(fā)展支持政策；建立氫能源產(chǎn)能；確定氫能源試點項目，建立相關(guān)實驗室；促進氫能源高端技術(shù)發(fā)展；完善氫能源國家標準及制度；培養(yǎng)氫能源領(lǐng)域人才；開展氫能源國際合作[5]。

2.2 確定試點公司

2.2.1 俄羅斯天然氣工業(yè)公司

俄羅斯天然氣工業(yè)公司（俄氣公司）是俄羅斯最大的天然氣生產(chǎn)企業(yè)，2013年，俄氣公司計劃每年生產(chǎn)36×104t氫氣。2020年初，俄氣公司提出了氫氣輸送戰(zhàn)略，充分利用“西伯利亞力量”“土耳其流”“藍流”“北溪-2”等輸氣管道進行氫氣輸送。2020年12月，俄氣公司宣布成立子公司“氫氣工業(yè)”，專門進行氫能源研發(fā)，基本思路為甲烷熱解方式生產(chǎn)氫氣。為了降低制氫成本，俄氣公司計劃在德國北部建立氫氣生產(chǎn)廠，一方面可以充分運用德國的氫能源生產(chǎn)技術(shù)，另一方面可以充分運用“北溪”和“北溪-2”輸送的天然氣。俄氣公司計劃將工廠建在“北溪”和“北溪-2”天然氣管道出口附近，利用管道輸送的天然氣，將生產(chǎn)的氫氣及天然氣在德國進行應(yīng)用或反向輸送回俄羅斯。2021年初，位于薩馬拉和烏法的俄氣子公司“俄氣天然氣運輸公司”正在實施兩個創(chuàng)新項目，研究甲烷生產(chǎn)氫氣并進行輸送。研究表明，天然氣節(jié)約5%，CO2排放減少30%，NOx排放減少4.5倍，CO排放減少5倍。下一步，該公司將研發(fā)無碳氫氣生產(chǎn)技術(shù)。此外該公司正在與德國和奧地利公司聯(lián)合攻關(guān)，研究甲烷與氫氣混合物在儲氣庫中的安全貯存[6]。

2.2.2 俄羅斯諾瓦泰克公司

俄羅斯諾瓦泰克公司是俄羅斯重要的天然氣生產(chǎn)商，是俄氣公司的主要競爭對手，該公司主要從事天然氣和LNG生產(chǎn)、運輸和銷售。2020年9月8日召開“天然氣技術(shù)”會議，2020年10月，正式宣布進軍氫能源產(chǎn)業(yè)，加大氫能源研發(fā)力度，增加俄羅斯氫能源產(chǎn)量，充分利用俄羅斯氫氣管道優(yōu)勢，大規(guī)模輸送氫氣，降低輸送成本，改變俄羅斯能源結(jié)構(gòu)，持續(xù)保持俄羅斯氣體能源領(lǐng)先優(yōu)勢。2020年12月，諾瓦泰克公司推出氫氣項目，計劃利用氫氣代替?zhèn)鹘y(tǒng)天然氣，用來生產(chǎn)LNG及發(fā)電，為此，與“西門子能源”公司合作，重新設(shè)計亞馬爾LNG燃氣輪機，所采用的燃料中氫氣含量將達到60%[7]。

2.2.3 俄羅斯原子能公司

2019年9 月，俄羅斯原子能公司與俄羅斯鐵路公司、運輸控股公司簽署了一項協(xié)議，該協(xié)議計劃在薩哈林州建立氫能源研發(fā)基地，在氫燃料電池應(yīng)用于鐵路運輸方面進行合作。2019年9月，俄羅斯原子能公司下屬的海外公司與日本工商經(jīng)濟部自然資源和能源局簽署了一項合作協(xié)議，計劃在薩哈林島共同開發(fā)氫能源，并出口日本。2020年，俄羅斯原子能公司在俄羅斯國內(nèi)積極尋找新的合作伙伴，計劃在國內(nèi)建立兩個生產(chǎn)、運輸、儲存、應(yīng)用、出口一體化的氫能源基地。在薩哈林建立俄羅斯東部氫能源基地，為俄羅斯遠東地區(qū)提供氫能源，并出口亞洲；在俄羅斯西部建立俄羅斯西部氫能源基地，為俄羅斯西部地區(qū)提供氫能源，并出口歐洲。2021年1月，俄羅斯原子能公司計劃在摩爾曼斯克州科拉核電廠建立核能發(fā)電制氫試點項目，計劃2～3年內(nèi)，實現(xiàn)1.5 MW電能，在5～7年內(nèi)實現(xiàn)4 MW電能，到2030年達到500 MW電能，1 MW電能可生產(chǎn)約200 m3/h氫氣，相當于每年158 t。該項目成功實施將有助于解決摩爾曼斯克州能源供應(yīng)問題[8]。

2.2.4 俄羅斯科研機構(gòu)

2020年11 月，俄羅斯從事氫能源研發(fā)的高校及科研機構(gòu)聯(lián)合成立了研發(fā)團隊，被稱為“氫谷技術(shù)”團隊。該團隊包括氫能源研發(fā)、制取、儲運和應(yīng)用整個鏈條，計劃與俄羅斯氫能源公司密切合作，共同推動氫能源開發(fā)。目前，該團隊已經(jīng)取得初步成效，俄羅斯國立核能研究大學建立了氫氣制取及儲存；托木斯克理工大學在實驗室獲得高純度碳化鎢，取代昂貴的鉑催化劑，顯著降低氫氣成本；俄羅斯石油公司的聯(lián)合研發(fā)中心研發(fā)了甲烷芳香化技術(shù)，可以從天然氣和石油氣中同時獲取氫氣和芳香烴產(chǎn)品，根據(jù)這一技術(shù)，每生產(chǎn)10×108m3天然氣或石油氣，產(chǎn)生10×108m3氫氣和50×104t芳香烴，該技術(shù)能顯著減少CO2排放量、降低能源生產(chǎn)成本、提高綜合效益[9]。

2.3 建立加氫站

2020年5 月，俄羅斯科學院院長葉戈羅夫正式宣布，在莫斯科郊區(qū)切爾諾洛夫卡建立了俄羅斯第一座加氫站，并對外開放，標志著俄羅斯氫能源研發(fā)邁上新臺階。該加氫站每天最多可以給6輛車加氫，截至2021年1月1日，俄羅斯只有1輛氫能源汽車，為豐田米拉氫燃料汽車，該車重1 855 kg，加氫過程需要5～6 min，汽車加速到100 km/h需9.5 s，行駛100 km氫燃料費用約250盧布。該豐田米拉汽車加氫后預(yù)計行程480 km，前提是用70 MPa將氫燃料注滿，但該加氫站加氫壓力只能達到50 MPa，因此該汽車使用效率有所降低[10]。此外，該加氫站具有實驗室功能，承擔了氫能源方面的科研任務(wù)，如果俄羅斯的某些科研項目需要給氫燃料電池加氫，也由該加氫站完成。

3 俄羅斯氫能源展望及對我國的啟示

3.1 俄羅斯氫能源開發(fā)優(yōu)勢

根據(jù)俄羅斯能源部分析，俄羅斯氫能源發(fā)展具有很大優(yōu)勢。科研方面，俄羅斯有強大的科研機構(gòu)，包括大學、科研院所、企業(yè)等，在氫能源生產(chǎn)、運輸、儲存、使用等方面有了一定技術(shù)儲備；生產(chǎn)方面，俄羅斯有豐富的油氣資源，為氫能源生產(chǎn)提供基本保障，俄羅斯還有豐富的電能、核能、風能，為生產(chǎn)綠氫能源提供保障；運輸方面，俄羅斯有豐富的天然氣管道，可以依托這些管道進行氫能源運輸，不需要大規(guī)模重復(fù)建設(shè)，為氫能源提供運輸保障。俄羅斯科學家預(yù)測，15～30年后，俄羅斯氫能源生產(chǎn)和全球市場供應(yīng)將占領(lǐng)先地位。此外，俄羅斯專家對氫能源生產(chǎn)能力進行了評估，以電解制氫方式為例，僅僅啟用備用發(fā)電機能力，俄羅斯能源部預(yù)測每年可生產(chǎn)氫能源350×104t，俄羅斯戰(zhàn)略發(fā)展中心基金會預(yù)測每年可生產(chǎn)500×104～600×104t，俄羅斯能源網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施中心預(yù)測每年可生產(chǎn)190×104～350×104t。

3.2 俄羅斯氫能源未來發(fā)展

根據(jù)歐盟2035戰(zhàn)略，俄羅斯將成為氫能源生產(chǎn)、消費、出口領(lǐng)先的國家，為實現(xiàn)這一目標，未來15年，俄羅斯擬采取一系列關(guān)鍵措施，主要包括6方面：

1）加強氫能源開發(fā)全過程立法支持，包括基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，生產(chǎn)、運輸、存儲、使用等環(huán)節(jié).

2）加強氫能源生產(chǎn)力度，建立氫能源生產(chǎn)基地，包括天然氣生產(chǎn)氫能、可再生能源生產(chǎn)氫能、核技術(shù)生產(chǎn)氫能等，提高氫能源產(chǎn)量。

3）加強氫能源生產(chǎn)技術(shù)研發(fā)，充分利用俄羅斯本土技術(shù)，國外先進技術(shù)國產(chǎn)化，降低氫能源生產(chǎn)成本，包括甲烷熱解、電解等方法。

4）提高氫能源在能源消費中的比重，重點攻關(guān)氫能源運輸、氫能源電池催化劑等技術(shù)，提高氫能源轉(zhuǎn)化效率。

5）加強氫能源開發(fā)過程中安全管理，使氫能源成為安全、高效、清潔的能源。

6）加強氫能源研發(fā)國際合作，加大氫能源對外出口量，包括歐洲、亞洲等。采取這些措施后，俄羅斯氫能源比例將逐步增加，石油、天然氣、煤炭等化石能源比例將逐步減少，到2024年，計劃出口氫能源20×104t，2035年增至200×104t，俄羅斯氫能源生產(chǎn)和出口躋身世界領(lǐng)先行列，占世界氫能源市場10%～15%。

3.3 對我國的啟示

我國與俄羅斯護互為鄰國，中俄是很好的戰(zhàn)略聯(lián)盟關(guān)系，隨著我國“一帶一路”戰(zhàn)略的實施，中俄兩國已經(jīng)在多個領(lǐng)域開展合作。俄羅斯在氫能源發(fā)展方面和我國具有很強相似性，對我國氫能源發(fā)展具有很好的啟示。

1）加強頂層設(shè)計。近幾年我國氫能源發(fā)展迅速，存在低水平重復(fù)建設(shè)的苗頭，建議加強頂層設(shè)計，統(tǒng)籌考慮氫能、風能、電能、核能等資源，做好短期及長期發(fā)展規(guī)劃，防范無序競爭和產(chǎn)能過剩風險，構(gòu)建我國氫能源產(chǎn)業(yè)科學發(fā)展格局。

2）加強核心技術(shù)攻關(guān)。我國氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展初具規(guī)模，但在關(guān)鍵材料、核心技術(shù)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、商業(yè)化推廣模式等方面存在瓶頸，建議統(tǒng)籌考慮我國研發(fā)資源，集中優(yōu)勢研發(fā)力量，解決關(guān)鍵技術(shù)問題。

3）加強標準體系制定?，F(xiàn)有原料氫的標準主要作為化工產(chǎn)品進行管理和約束，將氫作為能源，缺乏相應(yīng)的標準，建議盡快建立氫能源標準體系，促進氫能源產(chǎn)業(yè)規(guī)范發(fā)展。

4）加強產(chǎn)業(yè)政策扶持。氫能源產(chǎn)業(yè)投入大、產(chǎn)出慢、技術(shù)含量高、政策依賴性強，建議加強宏觀政策扶持，降低氫能源成本，促進氫能源產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。

5）加強國際合作。盡管我國氫能源產(chǎn)業(yè)取得一系列進步，但與日本、韓國、澳大利亞等國家相比還有差距，建議與這些國家開展合作，縮小差距；俄羅斯氫能源發(fā)展對我國具有借鑒意義，建議加強與俄羅斯的合作，互通有無，促進我國氫能源產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。

4 結(jié)論與認識

1）俄羅斯氫能源起步較早，開展了一系列基礎(chǔ)研究，并在航空航天、潛艇等方面進行了應(yīng)用，取得了一些認識，為世界氫能源發(fā)展做出了貢獻；近幾年，俄羅斯制定了氫能源發(fā)展規(guī)劃、確定了氫能源試點企業(yè)，氫能源快速發(fā)展；未來，俄羅斯有望成為世界氫能源生產(chǎn)出口大國。

2）我國和俄羅斯都是能源生產(chǎn)和消費大國，在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、油氣生產(chǎn)及運輸、二次能源開發(fā)等方面有很大相似性，兩國都致力于氫能源發(fā)展，具有共同的目標，在氫能源發(fā)展方面可以互相借鑒，促進我國氫能源行業(yè)發(fā)展。

3）盡快建立中俄兩國氫能源技術(shù)交流平臺，如定期組織中俄氫能源技術(shù)交流會，中俄兩國高校、研究院所互派留學生及訪問學者等，加強技術(shù)交流與合作。