“离开一次能源,氢能就是无源之水,无根之木”。
三天前,在“中国氢能产业与能源转型发展论坛”上,中国工程院院士杜祥琬在做主题演讲时,就此话重申了两遍。
作为一名科技工作者,他认为厘清概念对氢能的可持续发展十分重要。
接受「角马能源」专访时,这位中国工程院原副院长一再强调:“氢能是二次能源,这个一定要弄清楚,二次能源不可能成为基础能源,因为它需要靠其他的能源。”
氢能的“躁动”引发杜祥琬对这个新兴产业可持续性的关注。
过去一年,中国已有大同、四川、广东、北京、上海、天津等近20个省市动工氢能产业园,近14个地区出台氢能产业政策。
随之而来的是,诸如“氢能社会”、“终极能源”、“基础能源”等概念层出不穷。而在这些噱头十足的概念包装下,氢能产业犹如一座即将喷发的火山,各方势力拾薪而入。
发展氢能是为了“初心”,还是为了“出路”?在巨大的商业利益诱惑下,这个简单的问题似乎少有人愿意去思考和回答。
“我们发展氢能的初衷,是要减少污染排放和温室气体排放。”杜祥琬说,“发展氢产业是否符合初衷,取决于用什么方式制氢。”
在他看来,化石能源和非化石能源在技术上都可行,但只有采用非化石能源制氢,才可能做到无排放。
制氢源头之辩
在中国诸多大力发展氢能的城市中,杜祥琬推广「白城模式」和「张家口模式」。
氢能发展上,这两座城市均采用非化石能源制氢路径。
白城市位于吉林省西北部,是中国首批千万千瓦风电基地,及光伏发电应用领跑基地。目前,该市风电、光伏并网装机465万千瓦,仍有3000万千瓦容量可待开发。
今年5月29日,《白城市新能源与氢能产业发展规划》对外发布。
按照《规划》,白城市力争到2035年,白城风电装机2000万千瓦、光伏装机1500万千瓦,年生产氢气能力达到百万吨级,产值近2000亿元,累计投资可达到2000亿元。
在杜祥琬看来,「白城模式」值得推崇的原因在于,该市利用风电、太阳能光伏发电,电解水制氢,并延伸至全产业链,全过程可实现零排放、零污染、可持续。
在白城之后,张家口市于6月12日公布《氢能张家口建设规划(2019—2035年)》。
根据规划,到2035年,张家口将建成国际知名的氢能之都,全市氢能及相关产业累计产值达到1700亿元,年制氢能力达5万吨,园区累计引入企业100家以上。
目前,张家口氢能产业已初具规模,上下游配套产业正在加速聚集,先后引进了亿华通氢燃料电池、海珀尔制氢厂等一批产业项目。
和白城市一样,张家口的优势也在于可再生能源电力发达。
数据显示,张家口市域内可开发风能资源储量达4000万千瓦以上,太阳能可开发量超过3000万千瓦,生物质资源年产量200万吨以上。
目前,张家口市可再生能源装机累计达1345.48万千瓦 (并网1279.78万千瓦),占全部电力装机的74.2%。
在氢能的具体应用上,张家口市走在前列。2018年,张家口引进氢燃料电池公交车74辆,2019年新购置氢燃料电池公交车100辆。
按照计划,到2021年,该市计划累计推广各类车辆1500辆,其中公交车累计推广1000辆。
杜祥琬对「张家口」模式的评价是:利用风、光资源优势,低成本制氢,以大巴车、物流车为主,发展氢燃料电池车。
在他看来,目前,氢的来源主要有两个渠道,一个是工业副产氢;另一个是弃风、弃光、弃水(“三弃”)来进行电解水制氢。
“这两大渠道已足以满足现状。但未来随着行业发展,还需要更大规模的氢产量。应该立足于可再生能源产氢,这样才能争取做到全产业链无排放。”杜祥琬说。
不过,在中国,诸如白城和张家口这样拥有可再生能源资源禀赋的城市并不多。
一组数据也折射出中国氢能产业按初心发展的现实难题。
在中国的工业用氢来源构成中,煤基制氢仍是主要来源,占比达66.67%;其次是天然气及石油基制氢,占比为20%。
此外,还包括电解水制氢,占比仅0.44%。从全球范围来看,利用非化石能源制氢的比例微乎其微。
在白城和张家口之前,山西大同也曾发布“氢都”发展规划,计划到2020年,大同氢能燃料电池全产业链年产值力争突破80亿元,并建成国内领先的氢能产业园。
在一场新能源产业城招商推介会上,数百位新能源企业代表争相入场,共签约126个项目,总投资额高达1012亿元。
尽管大同市近年来在风电、光伏领域得到大力发展,但在源头制氢领域,这座亟需转型的煤炭重镇在氢能发展上,或许仍将依赖煤制氢。
“煤制氢不是不可以。但是,氢替代油开车,烧了煤,省了油,结果只是燃油车排放转移。不是技术走不通,而是这样一个结果是不是符合我们的初心?”杜祥琬说。
在不少力挺氢能的专家看来,中国必须加快构建以低碳能源为主的能源体系,大力发展氢能事关中国能源转型和能源安全。
早在2015年6月30日,中国曾向联合国气候变化框架公约秘书处提交《强化应对气候变化行动——中国国家自主贡献》,做出减排承诺:到 2030年,碳强度比2005年下降60%~65%。
在此背景下,中国未来面临着较大的温室气体减排压力。而作为零排放的清洁能源,氢能被寄以厚望。
氢能伦理之争
不过,中国氢能产业的爆发离不开政策的助推。
早在2016年,,国家发改委、国家能源局联合印发了《能源技术革命创新行动计划(2016-2030)》,涉及氢能和燃料电池应用。
《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书(2016)》提到,到2020年,加氢站达到100座,氢能汽车保有量1万辆;到2030年,加氢站达到几千座,氢能汽车保有量百万辆,市场规模万亿元以上。
今年的《政府工作报告》明确提出,推动充电、加氢等设施建设。此后,中国20余个省市在做氢能、氢燃料汽车的发展规划。
但在业界,一些氢能专家提出“氢能伦理”,其核心是可持续发展。在杜祥琬看来,氢能的可持续性,比经济性更重要。
伴随氢能的火爆,诸如“终极能源”、“基础能源”、“氢能社会”等概念不断涌现。
由于热值高、零污染、储量充足、应用广等特性,氢能被称为二十一世纪的“终极能源”。杜祥琬认为,如果说“氢能是人类终极能源”,那就意味着人类最终就要依靠氢能。
“但氢是二次能源,需由一次能源产生。只依赖氢能,而没有可制氢的一次能源,与现实不符。”他说。
按照制氢工艺,1吨氢气约需7-8吨煤炭,需要大约3吨天然气。
目前,中国氢气产量约2000多万吨,近七成来自煤制氢。这种来自化石能源的氢气,也被称之为“灰氢”。
杜祥琬认为,真正的终极能源是氢核聚变,包括太阳内部的氢核聚变和地球上的氢核聚变。而太阳内部的氢核聚变形成太阳能。
“我国在做的‘人造太阳’,一旦取得突破,人类未来能源结构将发生巨大变化。”他说。
除了中国,发展氢能也一直是世界各国能源布局中的重点。日本、韩国、美国、欧洲等发达国家先后制订了多项氢能研究计划,将其列入国家战略。
韩国将“氢经济”列为三大创新增长战略之一,建立了中长期路线图和氢能经济法,还把氢能纳入了国家基本能源计划中。
2018年6月,韩国颁布《氢燃料电池汽车产业生态战略路线图》。
日本则在加速建设“氢能社会”。早在2002年,日本经济产业省资助JHFC项目,到2010年结束时,项目总计建成11座加氢站并与4座达成合作。
数据显示,截至2018年底,日本拥有100座加氢站正在运营,是世界上最多的国家。
2014年,日本曾发布《氢能与燃料电池战略路线图》,指明今后“三步走“发展氢社会的努力方向:到2025年要加速推广和普及氢能利用的市场;到2030年要建立大规模氢能供给体系并实现氢燃料发电;到2040年要完成零碳氢燃料供给体系建设。
按照日本的规划,氢能作为燃料将广泛应用于社会日常生活和经济产业活动之中,与电力、热力共同构成二次能源的三大支柱。
但BP集团首席经济学家戴思攀曾在接受「角马能源」采访时称,全世界范围内,目前还没有哪一个国家实现了氢能的大规模应用。
对于氢能社会的概念,杜祥琬并不认可。
他认为,当下能源结构还是以化石能源为主,逐步转型为非化石能源为主的能源社会,未来氢的大规模生产制作要依靠非化石能源的话,不如称之为“非化石能源社会”。
“比起‘氢能社会’,扎实做好‘氢动力汽车革命’更加实际。”杜祥琬说。