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科普 | 海洋石油企业发展氢能的实施途径

2023-06-30 来源:第一元素网 浏览数:141

氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的能源,正逐步成为全球能源转型发展的重要载体之一。随着光伏发电、风能发电技术进步及成本快速下降,使得可再生能源制氢产业化成为可能。

  在全球加快利用氢能抢占国际氢能产业竞争领域的制高点的背景下,加快推进海上风电制氢示范工程建设,建立健全海洋氢能全产业链管理体系和标准规范,引导海洋氢能产业规模化发展。
 
引言
 
氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的能源,正逐步成为全球能源转型发展的重要载体之一。随着光伏发电、风能发电技术进步及成本快速下降,使得可再生能源制氢产业化成为可能。
 
随着碳中和目标的提出,中国未来能源结构向清洁低碳转型发展的方向已经确定。碳达峰和碳中和政策给氢能设置了时间点,加速了氢能的发展。大力发展氢能被认为是“双碳”目标下中国能源转型不可或缺的选择。
 
氢能产业发展现状和趋势
 
01国际氢能发展规划
 
能源安全、绿色低碳与经济增长推动美欧日韩等国家制定国家氢能战略,抢占国际氢能产业竞争领域的制高点。
 
美国2002年发布了《美国氢能发展路线图》和《美国向氢能经济过渡的国家愿景—2030年远景展望》等氢能长期规划,2014年明确氢能在交通领域转型中的引领作用,2020年,发布《氢能技术发展规划》。
 
欧盟2009年,将氢能纳入欧盟能源体系,2019年发布《氢能技术路线》,氢能产业被确定为未来六大战略性产业,2020年,发布《欧洲气候中立氢能源战略》。
 
日本2013年,将氢能提升为国策,提出氢能社会愿景,2017年,发布《氢能基本战略》,2019年,更新《氢能和燃料电池技术路线图》。
 
韩国2005年,首次提出培育氢经济愿景,2021年,发布《氢能领先国家愿景》,规划到2030年构建产能达100万吨的清洁氢能生产体系,并将清洁氢能比重升至50%。
 
澳大利亚于2019年11月发布《国家氢能战略》,构建氢能枢纽,打造亚洲氢能出口基地。
 
02国外油气巨头在绿氢领域进行布局
 
氢能与传统的油气产业链关系十分紧密,与石油石化行业高度契合。油气公司具备发展氢能产业的先天优势,炼化板块具备规模化的氢气制取能力、成熟的安全管理体系、完善的油气管道储运基础设施、广泛的终端销售网点等优势。
 
油气公司推进氢能技术进步和产业发展可对传统业务形成有益补充,提供清洁能源,也是由传统能源公司向综合能源公司转型的路径选择。
 
壳牌在20世纪90年代开始布局氢能产业,壳牌以蓝氢作为过渡,逐步发展可再生能源制氢、加注,推动氢能替代化石燃料,壳牌提出2035年占据全球氢能市场的10%以上的发展目标。
 
2022年壳牌启动了河北张家口绿色氢能一体化示范基地项目,该项目一期投资建设2万千瓦可再生能源电解水制氢和加氢项目,二期计划将产能扩大到6万千瓦。
 
道达尔在绿氢领域积极布局,努力发展可再生能源制氢、加氢、氢能交通产业,打造绿色氢能系统。2022年6月,道达尔能源公司与印度阿达尼企业有限公司(AEL)达成协议,将收购阿达尼新工业有限公司(ANIL)25%的股权,共同打造世界级绿氢公司。
 
BP未来投资全面倾向于清洁、低碳能源,在氢能领域发展可再生能源制氢、加注及氢能替代。希望最终使用绿氢为炼油厂提供燃料。利用北海的海上风电,通过电解水来生产绿色氢气,以替代德国西北部的Lingen炼油厂20%的天然气制氢产能。
 
03国内氢能发展情况
 
2019年,我国《政府工作报告》中提出“推进充电、加氢等设施建设”,这是氢能首次被写入《政府工作报告》。
 
2022年3月我国发布《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》,明确了氢的能源属性,是未来国家能源体系的组成部分,要充分发挥氢能清洁低碳特点,推动交通、工业等用能终端和高耗能、高排放行业绿色低碳转型。
 
同时,明确氢能是战略性新兴产业的重点方向,是构建绿色低碳产业体系、打造产业转型升级的新增长点。氢能产业链条较长,涉及能源、交通、化工等多个行业。
 
中国氢能产业链目前还不完整,氢气制取以煤制氢为主,绿氢产业还未成型。碱性电解槽竞争优势明显,PEM电解槽国产化不足。高压气氢储运技术成熟,管道建设严重滞后,其他储运产业和技术有待培育。
 
加氢站核心设备依赖进口,氢能应用领域加速拓宽。燃料电池核心材料、电堆技术不成熟。氢冶金、发电技术、建筑供能进入商业化初期。中国目前氢气产能约4000万吨/年,产量约3300万吨/年;煤制氢为主,碳排放强度高于全球水平。
 
氢车销售增长缓慢,累计保有量占全球比重18%。加氢站建设引领全球,保有量比重超过40%。产业处于导入期,发展受限于基础设施建设、燃料电池成本及行业标准等因素,主要以区域试点为主,靠补贴推动,地方产业布局同质化严重。
 
04氢能全产业链进行布局
 
国内超过1/3央企布局氢能产业链,油气公司将氢能作为能源转型的重要组成,重点布局加氢站、绿氢制备、氢+CCS、绿氢炼化等,中国石化、中国石油走在前面。中国石油构建蓝氢、绿氢多元供,提出到2025年供氢商品量达到10万吨,2050年供氢商品量占据国内30%。
 
中国石油目前正在建设新疆库车绿氢示范项目,项目总投资近30亿元,是国内首次规模化利用光伏发电直接制氢项目,年产能2万吨,项目预计2023年6月建成投产。
 
中国石化将氢能全产业链作为新能源发展的核心业务,锚定建设“中国第一大氢能公司”,并布局了氢能发展五大路径。
 
2022年7月,中国石化中原油田首个兆瓦级电解水制氢示范项目启动建设,该项目采用质子膜电解水制氢技术,就地消纳风力发电、光伏发电,电解功率为2.5兆瓦,一天生产超纯氢1.12吨。国内电力企业在氢能全产业链进行布局国内五大电力集团聚焦绿氢产业链进行布局,各有侧重。
 
华能集团着力推进并打造“制储输用”一体化绿氢产业,积极从事氢能领域的研究与创新应用,目标是到2035年,使氢能成为华能集团重要的战略支撑产业。
 
大唐集团推动绿氢与其他产业融合发展,2022年3月,正式成立大唐海南氢能产业发展中心,研究加快推动能源发展新高地氢能在海南的发展和应用。华电集团定位于可再生能源制氢、储氢、用氢等技术开发、装备制造、工程总包及项目投资、运营为一体的能源服务商。
 
2021年11月完成可再生能源制氢、大规模储能及氢能综合利用技术研究项目,水电解制氢装置一次性调试成功。国家能源集团以固体氧化物燃料电池和产业链整合相结合为氢能产业发展理念。
 
自主研发的国内首套20kW级固体氧化物燃料电池(SOFC)发电系统在宁夏煤业实验基地试车成功,达到运行条件。国华投资公司,全力打造和推动氢能产业链。
 
国电投利用可再生能源电力资源和兆瓦级PEM制氢技术建立氢能网络,国电投氢能已经实现了催化剂、膜电极、扩散层、金属双极板、电堆组装、系统控制、空压机等关键技术、材料和部件的自主化,且关键技术指标均已达到国际先进水平。
 
05海洋石油企业发展氢能产业的潜力与优势
 
海洋石油企业在氢产业制取、储运、应用链条上均有涉及,且具有发展氢能产业的天然优势。在国家双碳目标战略下,海洋石油企业编制了规模化发展海上风电的产业规划,并瞄准深远海海上风电。
 
深远海海上风电存在输电上岸难度大和成本高等问题,因而海上制氢方案将随离岸距离的增加而逐渐优于售电方案,采用海上风电制氢的开发模式正成为行业趋势。
 
据测算,离岸距离超过100千米,海上风电制氢的经济性将高于售电模式,所以海油石油企业具有丰富的海上风电制氢业务场景。海洋石油企业具有几百座海上油气平台,并在持续建造投用新的平台,平台生产和生活设施绿色用能和降低碳排放是双碳目标下的现实需求。
 
同时,弃置的油气平台和现役平台经过适当改造可成为海上风电制氢装备的安装平台。海洋石油企业拥有超过一万公里海底油气管道,具有管道掺氢输送的基础设施。
 
在“双碳”目标下,钢铁、化工、发电等领域的脱碳任务正在加剧,对清洁能源的需求将日益增加。
 
京津冀、长三角、粤港澳大湾区等沿海地带分布着大量钢铁、炼厂等大型工业企业,海油石油企业有遍布全国的销售网络、长输天然气管网建设、LNG、LPG以及工业气体的销售产业,拥有约2000座陆地加油站,并在逐步扩大规模,公司可利用资源及区位优势,锁定终端用能客户,打造“气-电-氢”综合能源服务板块,可为氢能产业发展提供产业终端销售支撑。
 
海洋石油企业氢能产业发展的实施路径
 
海洋石油企业应充分借鉴国内外能源企业成熟经验,基于氢能产业在海油石油企业的发展现状,结合海洋石油企业发展氢能产业在技术储备、基础设施、应用场景方面的潜力,发挥比较优势,提出海洋石油企业氢能产业发展的实施路径。
 
01加强顶层设计
 
海洋石油企业应立足国家《十四五可再生能源发展规划》和《氢能产业发展中长期规划》,从企业新能源产业发展的实际出发,深化氢能产业作为战略性新兴产业和未来产业重点发展方向的认知,摸底企业内部氢能产业和技术研发基础,制定符合海洋石油企业产业特点的氢能产业中长期发展战略和规划,明确氢能产业发展定位、技术和产业发展路径,加强氢能配套制度研究,出台有别于传统油气领域的氢能项目决策、运行以及后评价管理制度。
 
3.2开展先行先试海洋石油企业要争当海洋氢能产业的领军者。坚持示范先行,加大与传统油气能源的耦合力度,丰富应用场景,突出海油石油企业特色,依托海上油气平台及基础设施,结合海上风电,开展分散式离网电解水制氢、氢气输送、掺氢发电等技术示范,开展海上能源岛建设示范研究,建设海洋能、储能、制氢、海水淡化等多种能源资源转换利用一体化设施。形成大规模开发绿氢制取、储运、应用总体方案。
 
02加强技术攻关
 
海洋石油企业要争当氢能关键核心技术的攻关者。在攻关过程中,要坚持“低成本”“一体化”的战略思维,为规模化、商业化实施提供技术保障,提高市场竞争力。
 
灵活运用股权投资、收并购或成立合资公司等资本手段切入氢能技术领域,以实际项目为依托,掌握可再生能源制氢、海水直接电解制氢、氢储能、热电联供燃料电池系统等核心技术。充分利用国内外优势资源,打造氢能产学研用一体化平台。
 
结合海洋石油企业氢能产业化应用需求,围绕降低投资和提高经济效益,以典型应用场景为引领,加快推动可再生能源制氢示范,开展卡脖子关键技术、国产化设备及装备研发,推动关键核心技术的快速落地,实现氢能和新能源、油气融合发展。
 
03建设人才队伍
 
海洋石油企业各业务板块在氢能业务上均有发展,内部产业缺乏协同。
 
氢能属于技术密集型和资本密集型产业,技术更新迭代快,市场竞争激烈,海洋石油企业要在集团层面进一步明确氢能业务归口管理部门和产业实施主体,建立氢能技术研发平台,整合内部研发力量,加快行业领军人才、高端技术人才的引进和培养,加快建设一支数量充足、结构合理、专业能力强、综合素质高、覆盖制氢、储运、应用的全流程氢能产业人才队伍,强化自主创新能力,承担科研项目和工程项目建设。
 
04探索商业模式
 
商业盈利模式是氢能产业发展的生命力。积极探索氢能利用的商业化路径,优化业务布局,立足天然气资源优势,强化与传统电力企业在燃气发电领域合作,依托现有贸易基础,适度超前培育氢能贸易板块,开展氢能国际贸易试点。
 
聚焦沿海区域,与钢铁、发电等高耗能、高排放行业企业签订合作协议,锁定绿电、绿氢终端大客户,落实绿色能源消纳市场。
 
分阶段推动绿氢在炼化、合成氨和甲醇等领域的替代,进一步拓宽氢能消纳场景,聚焦京津冀、长三角和粤港澳大湾区等中国海油产业优势地区,打造沿海区域中国海油氢能生态圈,持续优化完善氢能业务运营体制机制,探索形成具有中国海油特色的氢能商业模式和管理模式。
 
05结语
 
与国际先进水平相比,中国氢能产业仍处于发展初期阶段,海洋石油企业要利用好比较优势,加快关键技术攻关,抓住早期机遇开展产业布局。加快推进海上风电制氢示范工程建设,建立健全海洋氢能全产业链管理体系和标准规范,引导海洋氢能产业规模化发展。
 
阅读上文 >> 我国首个万吨级新能源制氢项目成功产出氢气
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