李宗云

上海浦江特種氣體有限公司

0 前言

以陽光、風(fēng)力、水力等可再生能源發(fā)電，再用這些綠色電力將水電解制成氫氣，由氫和空氣中的氧氣發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電流，通過電動機驅(qū)動汽車、輪船甚至飛機。氫能自1839年格羅夫發(fā)明燃料電池以來，在人類面臨環(huán)境、氣候等嚴(yán)峻挑戰(zhàn)的背景下，近年來以碳排放為零的美麗顏值，以高能量密度的客觀實力，躍然出現(xiàn)在人們的眼前（見圖1）。

圖1 燃料電池原理圖

無論各路專家的褒貶不一，無論業(yè)內(nèi)同行的論證紛繁，無論政策出臺的慎之又慎，上海著力發(fā)展氫能已是鐵板釘釘。

作為氫能基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)的長期從業(yè)者，上海浦江特種氣體有限公司（以下簡稱“公司”）“氫”身經(jīng)歷了十余年的行業(yè)發(fā)展過程，“氫”耳聽見了眾多觀點和想法，“氫”眼看到了國內(nèi)及全球氫能同行的探索和成就。本文僅對上海能源用氫的供給狀況作一個簡單的分析，以供廣大同行及專家參考（見圖2）。

圖2 浦江氣體氫能車輛加氣

1 副產(chǎn)氫是上海能源用氫供應(yīng)的雄厚基礎(chǔ)

上海南部有化工區(qū)和上海石化，化工企業(yè)副產(chǎn)氫氣。上海北部有寶鋼集團，冶金過程副產(chǎn)氫氣（見圖3）。

圖3 浦江氣體加氫站

1.1 上海化學(xué)工業(yè)區(qū)

上?；瘜W(xué)工業(yè)區(qū)，位于杭州灣北岸，上海市的最南端，是國家級經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)，國家首批新型工業(yè)化示范基地和國家綠色環(huán)保生態(tài)示范園。園區(qū)內(nèi)聚集了諸如石油化工、煤化工、氯堿化工、尼龍制造等企業(yè)的副產(chǎn)氫氣，累計產(chǎn)量可達5萬m3/h。隨著化工區(qū)產(chǎn)業(yè)鏈的不斷豐富發(fā)展，“十四五”末，副產(chǎn)氫產(chǎn)量有望進一步增加，達到滿足3萬輛各類氫能源車輛的用氫需求(見圖4)。

圖4 上?；瘜W(xué)工業(yè)區(qū)

1.2 上海石化

位于金山區(qū)的上海石化在煉油過程中也可副產(chǎn)大量氫氣。據(jù)報道，上海石化煉廠氫氣產(chǎn)量可達20萬t/a，其中部分可以供應(yīng)給能源用氫市場（見圖5）。

圖5 上海金山石化制氫裝置

1.3 寶鋼集團

寶鋼集團位于寶山區(qū)，上海市的最北端，中國寶武在當(dāng)?shù)氐匿撹F生產(chǎn)基地每年的氫能生產(chǎn)量可達上百萬噸，它們是冶金過程中的工業(yè)副產(chǎn)品。隨著中國寶武繼續(xù)開疆拓土、聯(lián)合重組，氫的擁有量會大幅增加（見圖6）。

圖6 寶武鋼鐵集團

2 生物質(zhì)燃氣制氫是上海綠色氫氣供應(yīng)的寶貴創(chuàng)新

公司聯(lián)合上海城投老港基地正共同探索創(chuàng)新，擬將“物料利用的終點變成綠色能源的源頭”。

2019年7月1日，《上海市生活垃圾管理條例》實施，上海率先啟動垃圾分類，這為垃圾制氫奠定了基礎(chǔ)。

垃圾填埋氣體（沼氣）是生活垃圾填埋后，在填埋場內(nèi)被微生物分解，產(chǎn)生的以CH4和CO2為主要成分的混合氣體。

目前，國內(nèi)主要對垃圾填埋氣體（沼氣）進行發(fā)電，但為了更好地利用沼氣資源，增加能源的回收率，提高項目的經(jīng)濟性和環(huán)保性，實現(xiàn)CO2零排放，可利用沼氣提純壓縮成為高純度CH4后，開展CH4水蒸氣重整制得高純度氫氣和食品級CO2，這是實現(xiàn)沼氣利用高端化、提升能源效益并實現(xiàn)CO2零排放的有效途徑(見圖7)。

圖7 綠氫制取及碳捕獲工藝

據(jù)不完全統(tǒng)計，上海日產(chǎn)濕垃圾約8 000 t，可產(chǎn)生沼氣80 000 m3/h。如全部用于制氫，可滿足1.5萬輛燃料電池車輛的用氫需求。

3 上海在傳統(tǒng)化工、能源設(shè)施發(fā)展過程中積累了豐富的管道資源，可為氫能產(chǎn)業(yè)大規(guī)模發(fā)展新用

眾所周知，氫能產(chǎn)業(yè)鏈上游為氫氣的“制、儲、運、加”。按照目前魚雷管束車的運力，倘若上海實現(xiàn)萬輛氫燃料電池車，那么平均約5 min就要從工廠發(fā)一輛管束車出去，這將給交通帶來很大的壓力。

上海不僅有豐富的副產(chǎn)氫氣和綠色制氫資源，也有豐富的輸氫管道資源。以申能（集團）有限公司為例，構(gòu)建的管網(wǎng)輸配燃氣產(chǎn)業(yè)鏈，已形成上海市“6+1”（西氣一線、二線、進口LNG、川氣、東海氣、西氣崇明及五號溝應(yīng)急儲備）天然氣多氣源保障體系。截至2019年底，就申能（集團）有限公司的地下管線，已近2.6萬km，這些管網(wǎng)有部分管廊可以考慮鋪設(shè)氫氣運輸干線。此外，華誼集團、上海石化也有化工管道資源，可經(jīng)改造，為能源用氫輸送所用。這也將是上海氫能供應(yīng)過程中的重要支撐。

4 立足上海、服務(wù)長三角和東部沿海地區(qū)，建立以上海為中心的能源用氫調(diào)峰基地

能源制造的平穩(wěn)性和能源應(yīng)用的波動性是一對矛盾。因此，調(diào)峰電廠、調(diào)峰氣站等傳統(tǒng)的調(diào)峰設(shè)施已相對完備，而氫作為一種新興能源，也將面臨峰谷調(diào)節(jié)的課題。上海利用副產(chǎn)氫的資源稟賦，發(fā)展海上風(fēng)電、化工副產(chǎn)氫、生物質(zhì)制氫、管網(wǎng)輸氫、氨平衡氫等多種手段，可建設(shè)長三角能源用氫調(diào)峰基地，在長三角一體化的戰(zhàn)略背景下，以氫能為手段助推長三角的“碳達峰”“碳中和”目標(biāo)實現(xiàn)。

5 建立發(fā)展凈零排放的可再生能源制氫長期目標(biāo)

近年來，西北地區(qū)光伏發(fā)電制氫吸引了很多人的關(guān)注。其實，上海等沿海地區(qū)擁有豐富的海上風(fēng)電。歐美國家于本世紀(jì)初期就已開展了風(fēng)電制氫相關(guān)技術(shù)及可行性研究，并通過項目運行驗證技術(shù)可行性。我國從2010年起，已逐步開展建設(shè)示范項目，持續(xù)進行此方面的探索。

西部，光伏、風(fēng)電制氫。東部，海上風(fēng)電制氫。東西聯(lián)動，發(fā)展凈零排放的可再生能源制氫的長期目標(biāo)。

本文認為，東西聯(lián)動，在氫氣輸送方面有“兩縱三橫”可供選擇。東部沿海地區(qū)作為負荷中心，西部地區(qū)作為資源中心，可以形成綠色制氫聯(lián)動發(fā)展的格局。“兩縱”為純氫存儲（低溫液氫、高壓管束）、化合物儲氫（金屬氫化物、甲醇等醇類、有機液態(tài)儲氫）?！叭龣M”為海陸運輸氫或氫化物、管道直接送氫至局域管網(wǎng)或就地制取甲烷至國家管網(wǎng)、就地電解制氫或送電制氫（綠電）見圖8。

圖8 浦江氣體氫氣輸送“兩縱三橫”體系

6 縝密分工、高效協(xié)同，形成產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟是氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的科學(xué)模式

上海有雄厚的產(chǎn)業(yè)鏈基礎(chǔ)，早在2007年上海即成立了以同濟大學(xué)、華誼、上汽、殼牌、大眾、通用等大型企業(yè)為主的“上海燃料電池汽車商業(yè)化促進中心”。2019年，上海石化、申能集團、新奧能源、浦江氣體等聯(lián)合發(fā)起籌備了“長三角氫能基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”，為全國首個定位于氫能基礎(chǔ)設(shè)施的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。2021年，上海市節(jié)能協(xié)會在上海市政府有關(guān)部門的支持下，成立了“上海市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展專業(yè)委員會”，積極發(fā)揮行業(yè)組織的橋梁、紐帶作用，推動氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

上?；瘜W(xué)工業(yè)區(qū)、寶鋼集團等副產(chǎn)氫氣，浦江氣體提純、壓縮、運輸，保障了氫源供應(yīng)。上海目前已有9座加氫站在運營，同時上海市政府規(guī)劃了78座加氫站也正在有條不紊地開展建設(shè)，保障了基礎(chǔ)加氫設(shè)施。

在加氫站建設(shè)領(lǐng)域，有舜華新能源、氫楓能源、上海海德利森等知名企業(yè)。

在氫燃料電池電堆及系統(tǒng)領(lǐng)域，擁有捷氫科技、上海重塑、上燃動力、未勢能源、上海青氫科技、上海氫晨、神力科技、上海清能、博氫新能源、上海新源動力、驥翀氫能等知名企業(yè)，技術(shù)水平在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位。

在燃料電池關(guān)鍵零部件領(lǐng)域，擁有上海治臻、唐鋒新能源、濟平新能源、河森電氣等知名企業(yè)。

在檢測認證方面，擁有上海機動車檢測認證技術(shù)研究中心、上海電器科學(xué)研究所等機構(gòu)。

在整車制造方面，上海擁有上汽集團、申龍客車等汽車企業(yè)，其中上汽已具備氫燃料電池車整車制造能力。在氫燃料電池車運營商領(lǐng)域，擁有上海輕程、氫車熟路、上海驛動、上海順祥等知名企業(yè)。

在上海市科委的推動下，政、產(chǎn)、學(xué)、研、用聯(lián)動研發(fā)，同濟大學(xué)、交通大學(xué)、華東理工大學(xué)等高校與上海市企業(yè)不斷有新的研發(fā)成果出現(xiàn)，在催化劑、金屬雙極板、電堆系統(tǒng)、氫氣大規(guī)模輸送、70 MPa加氫站自主研發(fā)等方面，均取得了重大進步。

7 從“切膚之痛”開始，扎實形成政策鏈，方可催生產(chǎn)業(yè)鏈，形成價值鏈

本文認為，氫能發(fā)展大勢所趨，也是我國各級政府的環(huán)境政策、能源政策、產(chǎn)業(yè)政策支持的重點。但是，發(fā)展氫能還是要從行業(yè)、企業(yè)的“切膚之痛”著手，形成示范的落地辦法、氫能支持的可行路徑、推廣的確切模式。

只有加氫站建設(shè)有積極性了、財政補貼走順了、氫車上牌障礙消除了，政策才能有效。只有形成有效的政策鏈，方可催生產(chǎn)業(yè)鏈，最終形成價值鏈。