氢能产业布局研究

氢能产业布局研究氢能产业布局（一）氢能产业空间布局结合省内能源、交通、经济等资源和基础设施布局，统筹各地氢能产业发展的综合条件和已有基础，着力建设以九江-南昌-吉安-赣州为轴线的赣鄱氢经济走廊，贯通链接内部、融入周边的氢经济主动脉，北面融入长江经济带，南面对接粤港澳大湾区，带动东西两翼各地结合自身优势积极发展氢能相关产业，形成全省氢能产业大局协调、分区集聚、多元共生的发展格局和产业生态体系，打造氢清江西绿色发展新动能。1、北部片区的氢能产业积极支持九江发展以氢动力船舶为特色的沿江沿湖氢能产业，在产业引领政策方面先行先试，建设长江经济带氢能产业发展峰会交流平台，探索氢能在石化、有色冶金等方面应用，发展氢能产业储运用环节高端装备制造，打造江西省氢经济开放先行区。充分发挥南昌作为省会城市的经济、技术和人才资源优势，打造全省氢能产业科技研发中心，集中力量推进产业技术跟进和突破能力。在南昌开展城市氢燃料电池公共交通示范，以及南昌-九江开展城际氢动力物流重卡示范。依托南昌已有汽车产业优势，积极推进氢燃料电池整车研发和生产。加快氢能在交通领域示范，引领建设氢燃料电池汽车环鄱阳湖示范城市群。加强航空领域氢燃料动力应用研究和应用示范。2、南部片区的氢能产业积极支持赣州对接周边氢能发展先进省份和地区，进一步壮大氢能贸易和氢气储运服务市场，探索氢能产业市场机制，建设全省氢能市场化运行的桥头堡。积极支持吉安加大氢能产业招商引资力度，加快落地制氢、储氢装备和燃料电池及关键部件、材料等氢能装备制造产业，打造氢能装备制造高地，为全省氢能基础设施建设筑牢基础。依托赣州、吉安丰富的可再生能源资源，加强可再生能源制氢和氢能在电力领域的示范应用，探索以氢能支撑可再生能源发电大规模、高比例发展，提升氢能在能源体系中的作用。结合国家和省级天然气管网规划布局，稳妥探索管道输氢和天然气掺氢试点示范。3、东西两翼片区的氢能产业支持鹰潭、萍乡、景德镇、宜春等结合有色产业、铜产业集群发展规划和钢铁产业、陶瓷生产绿色转型、锂电产业融合等，探索氢能规模化应用，推进氢冶炼技术。支持其他地区结合本地优势资源，加强氢能与本地特色产业融合发展，因地制宜推进氢能在电力、交通、工业等领域的应用，共同融入全省氢能发展总体格局。（二）氢能产业发展突破方向结合省情实际，我省氢能产业一方面在制、储、输、用环节实施整体跟进，以逐步扩大氢能供给、提升储运便利性、降低用氢成本、保障用氢安全。另一方面，结合省内能源资源禀赋、产业结构和区位条件，从具有比较优势的领域入手实施局部突破。（三）氢能产业发展依托稀土等矿产资源优势大力发展储氢新材料产业，实现重点细分领域突破。稀土储氢材料是氢能利用的重要功能材料和储氢载体，具有广阔的发展和应用前景。稀土矿产是我省的优势资源，也是发展稀土储氢新材料的重要基础。充分利用省内丰富的稀土矿产资源，以及省内有关企业、高校、研究机构在稀土新材料方面领先的技术创新和产业化实力，在固态储氢领域加速布局，提高稀土新材料原始创新能力和高端应用水平，进而发展基于新型稀土储氢材料的高能量密度、快动态响应固态储氢装备产业。力争用10-15年时间，将我省稀土储氢新材料技术及产业打造成为具有国内领先地位的细分领域。（四）氢能产业发展把握好重要区域发展战略机遇积极壮大氢能一般装备制造业，实现氢能产业规模突破。目前，国内已经形成了以燃料电池车辆为主要和驱动的四大产业集群，包括京津冀、华东（山东、上海、浙江、安徽、福建）、华南（佛山-云浮）、华中（武汉）。我省东面、北面、南面与氢能高地毗邻，在全面参与长江经济带建设和对接粤港澳大湾区等国家重大区域发展战略中，发挥区位优势和基础工业能力优势，积极承接沿海省份氢能产业一般装备制造产能扩张，扩展氢能产业发展的纵深空间，融入区域氢能产业链和国内氢能产业统一大市场。力争以氢能装备制造为重点突破口，快速做大我省氢能产业总体规模，为氢能在其他方面的突破创造有利条件。（五）氢能产业发展要结合关联产业特点积极拓展氢能产业化应用场景，实现氢能应用模式突破。我省新能源项目以分布式开发和就近利用为主，渗透率较高，部分区域电力送出和消纳形势日趋紧张，积极发展风电、光伏电解水制氢和氢电耦合项目，以及结合智能微网的氢能综合利用项目，在新能源和氢能相互支撑发展中发挥重要的作用。我省钢铁、石化和化工产业规模较大，以焦炉煤气、丙烷脱氢、氯碱尾气等工业副产气制氢具备较好的前景，相关产业作为谋划氢能近期产业布局的重要参照，为以可接受成本启动氢能产业发展打好基础。结合我省航空工业和学科优势，集中力量推进氢燃料涡轮发动机、氢燃料电池和混合氢动力装置在航空器、无人机方面的应用研发，打造未来空中交通领域实现碳中和的核心技术。尝试从多方面推进氢能应用，力争在电力等2-3个产业化应用场景取得重要突破，实现氢能与相关产业深度融合发展。氢能的主要应用领域（一）在电力方面氢能作为多功能载体，可以实现可再生能源体系的整合，不仅用于清洁发电，还能平衡电力需求和可再生能源之间的波动。在可再生能源能力不足或需求高峰时期，氢气成为清洁能源的来源，在发电中起到脱碳的作用。（二）在供暖方面氢气可以与天然气混合使用，所以氢能是未来少数能与天然气竞争的低碳能源之一。通过与天然气混合（低百分比的氢气可以安全地混合到现有的天然气网络中），无需对原有的基础设备进行多少调整，就能提供灵活连续的热能电能，氢能源进而有望取代传统化石燃料。（三）在航空领域航空业每年排放9亿吨以上的二氧化碳，氢能是发展低碳航空的主要途径。氢能在飞机上的应用有以下四种途径:直接在燃气轮机中燃烧，通过燃料电池用于推进或非推进能源系统，燃料电池和燃气轮机的混合动力组合，氢基合成燃料。（四）建筑供热在现有天然气管道中掺杂氢气，满足建筑领域供热需求，同时减少碳排放量。近中期实施中低比例掺氢，在氢气浓度（体积最高为10-20%）相对较低的情况下，无需对基础设施和终端应用进行重大改变，投资成本较低，若混合比例为5%，每年将减少约20万吨二氧化碳排放。（五）氢能治金目前，国内多个大型钢企在推进氢炼钢生产线改造和建设，就已有高炉富氢工艺对现有高炉进行改造，或者建设气基还原工厂，进行氢能炼钢，在为下游提供钢铁产品的同时实现碳减排。预计2060年，氢冶金粗钢产量将达4．36亿吨，其中采用富氢高炉工艺粗钢产量为2．26亿吨，气基竖炉工艺粗钢产量为2．1亿吨，生铁产量将达3．44亿吨，其中富氢高炉生铁产量为1．97亿吨，气基竖炉工艺生铁产量为1．47亿吨。制氢技术分析尽管氢是自然界最丰富的元素之，但是天然的氢在地面上却很少有，所以只能依靠人工制取。通常制氢的途径有:从丰富的水中分解氢:从大量的碳氢化合物中提取:从广泛的生物资源中制取氢:或利用微生物去生产氢等等。各种制氢技术均可掌握。但是作为能源使用，特别是普通的民用燃料，首先要求产氢量大，同时要求造价较低，即经济上具有可行性，这是今后制氢技术的选择标准。就长远和宏观而言，氢的主要来源是水，以水裂解制氢应是当代高技术的主攻方向。以下简述几种制氢方法。（一）化石燃料制氢这是目前大量化工用氢的生产方法，如化肥生产的造气，即以煤在气化炉中燃烧，通过水蒸气还原反应，获得氢气。同样，石油、天然气或生物质燃料，均可用类似的方法制取氢。但是，这样的造气效率不高，需要消耗大量能源，并对环境污染较大。以能源换燃料，是得不偿失的。鉴于化石能源的有限性，应尽可能满足有机原料的需要，而不能作为产生氢能的依靠。（二）电解水制氢人们最早的制氢方法就从电解水开始，至今它仍然是工业化制氢的重要方法。尽管改进型的电解槽已把电耗压到了相当低，但还是工业生产中的电老虎。而且电本属二次能源，除了水电，电是用大量燃料换来的，其中经过热能、机械能、电能的转换，本来能耗就不小，再经电解水制成氢，总的能源效率实在太低，以此将氢作能源，无疑也是不可取的。不过现在正继续改进电解水制氢的工艺，并使用丰水期的水电，或利用风能、太阳能等可再生能源来电解水制氢作为这些新能源的贮存手段，自当别论，不能不说是有可取之处。（三）硫化氢制氢在石油炼制、煤和天然气脱硫过程中都有硫化氢产出，自然界也有硫化氢矿藏，或伴随地热等的开采也会产生硫化氢。国外已有硫化氧分解方法，包括气相分解法（干法）和溶液分解法（湿法），能同时获得硫磺和氢气。尽管这种工艺需要一定的高温（约600C）和适当的催化剂，或经过光照等措施，但是能化害为利，综合利用，将不失为一种制氢的好方法。（四）光解海水制氢80年代末，国际上出现了光解海水制氢的方法，以激光诱导MOCVD制膜技术有所突破，制成新型的金属/半导体/金属氧化物光电化学膜，用此种膜作为海水电解的隔膜，能使海水分离制得氢和氧，其电耗低，转换效率已达10%左右，此方法已引起各国科学家的关注。（五）光化制氢利用入射光的能量使水的分子通过分解或水化合物的分子通过合成产生出氢气。在太阳的光谱中，紫外光具有分解水的能量，若选择适当的催化剂，可提高制氨效率。因此在太阳能利用的高技术研究中光化制氢将作为重点。，有的还可将光电、光化转换同时进行，以获得直流电和氢、氧。目前，尽管尚处于实验室研究阶段，但对开辟制氢途径具有很大的吸引力。（六）生物制氢技术利用植物的光合作用制氢和微生物分解有机物制氢。从常见的植物光合作用吸收二氧化碳制造氧的过程，不难理解光合作用的深化。目前，光合作用在多数植物中效率非常低，通常均低于千分之五，这与自然光谱的吸收率有关。在今后的生物工程研究中，提高植物的光合作用效率是突出任务之一，其中除制氧机制外，氢的转换也在其中。至于微生物制氢，自然界已发现有类似甲烷菌的制氢菌，只是其菌种繁育不如甲烷菌那样简单。若能建立合适的菌种群落，制造氢气就会像制造沼气一样。（七）热分解水制氢当水直接加热到很高温度时，例如3000C以上，部分水或水蒸气可以离解为氢和氧。但这种过程非常复杂，远非设想那样简单。其中突出的技术问题是高温和高压。较有希望的是利用太阳能聚焦或核反应的热能。关于核裂变的热能分解水制氢已有各种设想方案至今均未实现。人们更寄希望于今后通过核聚变产生的热能制氢。在美国能源部主持下有劳伦斯一利弗莫尔实验室、通用原子能公司和华盛顿大学等单位参加的核能热化学制氢研究项目已进行了多年，主要是以一种串联磁镜式核聚变堆为热源，用硫碘热化学循环的方法制取氢。此外，原苏联也制订过通过托卡马克核聚变堆进行高温蒸汽电解的制氢方案。所有这些制氢方法，都涉及一系列高技术，但人们仍有信心迎接氢能世界的出现。氢能的发展前景氢气纯化技术方面，美国与日本立足本国能源结构和技术优势，分别聚焦小型天然气重整制氢场景与氨分解重整制氢、有机液体解析氢气场景，开展燃料电池车用氢气纯化技术研究，包括高效小型变压吸附技术、有机膜分离、无机膜分离和全属膜分离技术。我国的氢气来源广泛，尤其是副产气杂质种类多且含量分布宽，单一纯化技术路线难以满足实际需求。尤其在燃料电池车用氢气纯化领域，我国起步较晚，缺乏系统性研究。氢储存技术方面，目前我国对储氢材料的研究比较活跃，研究内容涉及到了高压储氢、碳纳米管储氢、新型合金储氢、有机化合物储氢、碳凝胶储氢、玻璃微球储氢、氢浆储氢、层状化合物储氢等当前国际氢储存技术研发的主要方面，并在金属氢化物储氢、碳纳米管储氢、复杂化合物储氢等方面具有优势。加强氢燃料电池技术和复燃料电池汽车以及相关基础设施的研发。发展复经济的一个重要方面是发展氢能交通运输体系和氢能基础设施建设。在氢燃料电池方面，我国可重点发展:大功率质子交换膜燃料电池技术、中低温固体氧化物燃料电池技术、基于燃料电池的系统集成技术、质子交换膜技术、电催化剂技术、先进的膜电极组件技术、无铂催化剂技术等。氢燃料电池汽车的优势氢燃料电池汽车和传统燃油车使用习惯相近，和纯电动车相比也是有一定优势的。（一）充电时间VS加氢时间首先在补能这块，按目前电池容量普遍在50kWh的电动车为例，在快充条件下从低电量充至80%电量，充电时间也得30分钟左右。而氢燃料电池车加注氢气只需要三到五分钟，基本和传统燃油车加注燃油时间相当。（二）续航里程对比续航里程对于新能源车是绕不开的问题，目前绝大部分的纯电车续航里程都比较低，而且还受外界温气温影响，基本适合短途使用。反观氢燃料电池车，拥有更加接近传统汽车的巡航里程，同时动力不弱，可以满足长途行驶，不过这也得看加氢站的覆盖。（三）国家政策对比到2020年年底，纯电动车和插电混合动力汽车的补贴将会完全退出。氢燃料电池汽车是唯一财政补贴不退坡，不限制地方补贴比例上限的车型；并且2020年后，对燃料电池汽车也会持续支持。氢燃料电池汽车看似环保，使用习惯上也更接近传统燃油车，但是面临的诸多问题使得它的发展依旧缓慢。氢能源的特点当今世界开发新能源迫在眉睫，原因是所用的能源如石油、天然气、煤，石油气均属不可再生资源，地球上存量有限，而人类生存又时刻离不开能源，所以必须寻找新的能源。随着化石燃料耗量的日益增加，其储量日益减少，终有一天这些资源、能源将要枯竭，这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的储量丰富的新的含能体能源。氢正是这样一种在常规能源危机的出现和开发新的二次能源的同时，人们期待的新的二次能源。氢位于元素周期表之首，原子序数为1，常温常压下为气态，超低温高压下为液态。作为一种理想的新的合能体能源，它具有以下特点。重量最轻，标准状态下，密度为0．0899g/l，-252．7℃时，可成为液体，若将压力增大到数百个大气压，液氢可变为金属氢。导热性最好，比大多数气体的导热系数高出10倍。普遍元色，据估计它构成了宇宙质量的75%，除空气中含有氢气外，它主要以化合物的形态贮存于水中，而水是地球上最广泛的物质。据推算，如把海水中的氢全部提取出来，它所产生的总热量比地球上所有化石燃料放出的热量还大9000倍。回收利用，利用氢能源的汽车排出的废物只是水，所以可以再次分解氢，再次回收利用。理想的发热值，除核燃料外氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，是汽油发热值的3倍。燃烧性能好，点燃快，与空气混合时有广泛的可燃范围，而且燃点高，燃烧速度快。无毒，与其他燃料相比氢燃烧时最清洁，除生成水和少量氮化氢外不会产生诸如一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化物和粉尘颗粒等对环境有害的污染物质，少量的氮化氢经过适当处理也不会污染环境，且燃烧生成的水还可继续制氢，反复循环使用。产物水无腐蚀性，对设备无损。利用形式多，既可以通过燃烧产生热能，在热力发动机中产生机械功，又可以作为能源材料用于燃料电池，或转换成固态氢用作结构材料。氢能发展状况（一）制氢制氢环节主要包括电解水制氢、煤制氢、天然气制氢、生物质制氢、光解制氢、热化学制氢、工业副产氢等方式。电解水制氢是未来重要发展方向。电解水制氢具有制取过程无污染物和温室气体排放、氢气纯度高等优势。从制取成本看，化石能源制氢约10元/kg，工业副产氢约21元/kg，电解水制氢约30元/kg。受成本因素影响，目前全球约96%的氢气来源于化石能源制氢和工业副产氢，仅有约4%的氢气来源于电解水。2018年，中国年氢气产量约2100万吨，占全球总产量的比例超过30%，是世界第一大氢气生产国，其中电解水制氢仅占约5%。随着可再生能源规模化发展和能源互联网建设日趋完善，电解水制氢已逐步成为各国能源科技创新和产业支持的焦点。电价是制约电制氢发展的关键。目前电价占电制氢总成本比重约为85%，按电制氢电价约0．4~0．6元/kWh计算，我国电制氢成本约30~40元/kg。当电价降低到0．1元/kWh时，电制氢成本可下降至10元/kg与化石能源制氢价格相当。目前各地发展氢能产业，其中氢气主要来源于化石能源制氢和工业副产氢。（二）储氢根据状态，储氢可分为高压气态储氢、低温液态储氢、有机液态储氢、固态储氢。高压气态储氢是我国目前应用最广泛的氢气存储形式，其中35MPa储氢瓶已批量化应用，70MPa储氢瓶也步入产业化推广阶段。低温液态储氢被认为是前景较好的氢气大规模存储发展方向之一，但目前我国液氢仅用于航天，与国外70%左右氢气采用液氢运输相比差距较大，且成本是美国等技术垄断国的20倍以上。（三）运氢运氢主要方式包括气氢拖车、液氢槽车、管道运输。目前国外以液氢槽车和管道运输为主，国内绝大部分采用气氢拖车运输并建有少量氢气管道。国内气氢拖车运输发展非常成熟，设计制造技术已达到国际先进水平;液氢槽车运输在我国仅应用于航天领域，尚不允许民用领域开展液氢公路运输，但长期来看液氢槽车将取代气氢拖车成为主要运氢方式;管道运输仍处于试点示范阶段，我国氢气管道里程仅约400km，占比不到全球总规模的8%，最具代表性的大口径氢气管道有济源-洛阳（25km）、巴陵-长岭（43km）等。受运输技术及成本限制，短期内氢能消纳以就近消纳为主，难以实现远距离运输消纳。（四）用氢目前我国生产的氢气95%作为化工行业的原材料应用于传统工业领域，其余5%用于以氢燃料电池为核心的能源网络。其中，氢能主要有动力、电力、