中國石化積極布局綠氫業務，助力綠氫產業快速發展

 

人類社會生產利用氫氣的歷史已有數百年之久，近年來，在應對氣候變化的行動中，綠氫因清潔低碳而備受推崇，有望取代化石能源制氫，成為氫能產業主流發展方向。

 

隨著經濟發展和技術革新，綠氫的應用場景逐漸從工業領域向交通、發電、建筑等部門拓展，綠氫產業的內涵因而不斷擴充，以電解水制氫為核心，向上游與可再生能源發電、設備制造等行業密切相關，向下游延伸出氫氣儲存、運輸、加注等工藝環節。

 

從全球范圍著眼，綠氫產業增速亮眼但仍慢于預期。盡管在每年9000多萬噸的氫氣生產利用規模中，綠氫占比僅有0.1%，但與灰氫和藍氫相比，綠氫的增長速度最快，2021年的電解槽裝機規模較2020年增長了70%，亞洲和歐洲成為最主要的綠氫增量市場。IEA（國際能源署）預測，在凈零情景下，到2030年，全球綠氫規模將達到8400萬噸，遠高于已宣布的綠氫項目產能；到2050年將增至3.2億噸，在氫氣消費總量中的占比將突破60%。

 

聚焦國內，綠氫產業在2022年迎來有序發展的“分水嶺”。3月，國家出臺了《氫能產業發展中長期規劃（2021——2035）》，明確提出重點發展可再生能源制氫；截至2022年底，共有24個省（自治區、直轄市）頒布了氫能產業發展專項規劃或指導意見，綠氫示范應用在化工、鋼鐵、交通、儲能、發電等領域多點開花，2025年可再生能源制氫目標合計超過100萬噸。這意味著我國綠氫產業結束了野蠻生長的階段，獲得了越來越清晰的目標路徑和越來越完善的保障機制。

 

中國石化在打造世界領先潔凈能源化工公司的愿景下，提出建設中國第一氫能公司的目標，堅持綠氫發展方向，在助力綠氫產業快速發展的同時，服務自身生產過程低碳化、提供產品清潔化。

 

例如，正在加緊施工的中國石化庫車綠氫示范項目，是全球在建的最大光伏綠氫生產項目，投產后年產綠氫可達兩萬噸，替代原有的天然氣制氫，年可減排二氧化碳48.5萬噸。

 

又如，中國石化加快推進內蒙古鄂爾多斯、烏蘭察布、包頭等一批綠氫煉化重大項目，并計劃建設一條400千米長、年吞吐量10萬噸的綠氫管道，連接京蒙兩地，促進京津冀地區綠氫應用與低碳發展。

 

缺乏經濟性是當前制約我國綠氫產業發展的核心癥結

 

盡管得到政策扶持和央企參與，但我國綠氫產業的發展進度依然不及預期，一個重要制約因素便是欠缺經濟性。當前，我國綠氫應用的經濟性遠遠遜色化石能源。例如，用作工業原料時，綠氫的基準平準化成本在30元/千克左右，是灰氫的兩倍以上，如果對灰氫追加碳排放成本，那么需要碳價漲到500元/噸才能顯現綠氫的競爭力；用作交通能源時，包括制氫、儲運、加氫等環節在內的綠氫供應總成本在60元/千克以上，使得汽車用氫的成本是燃油的兩倍左右，倘若再計入購車成本，綠氫交通的競爭力還會進一步削弱；用作清潔燃料時，如果不考慮設備重置和用能效率問題，綠氫成本是同熱值煤炭的7倍多，即使煤價漲到2000元/噸，綠氫也依然不具備競爭力。

 

由于綠氫成本偏高，應用場景難以培育，使得市場需求遲遲無法打開，影響了綠氫項目的融資、建設和經營，這種影響進一步向科研領域傳導，會遲滯技術和裝備國產化進程，不利于降低綠氫成本、提升競爭力，這又更加固化了社會各界“望氫生畏”的不利局面。

 

制氫環節是影響綠氫產業經濟性的基礎，降低制氫成本是規模化、市場化發展綠氫產業的前提。堿性電解水和質子交換膜電解水是目前更為成熟的兩種綠氫制取技術，基準平準化成本分別為26元/千克和38元/千克，痛點集中體現在電費畸高和設備昂貴兩個方面。

 

其中，電費畸高一是由于電解槽的轉化效率有限，制取1千克綠氫的耗電量在50千瓦時以上，二是由于綠電價格較高，除“三北”（東北、華北、西北）地區的新能源基地外，全國大部分地區的度電成本都在0.3元以上；設備昂貴主要表現為質子交換膜制氫的設備價格偏高，因為電解槽所需的質子交換膜大量依賴進口，且催化劑也離不開鉑、銥等貴金屬。

 

展望未來，預計綠氫產業將迎來一段10年左右的“快速降本期”，堿性電解水制氫成本將主要由規模效應和商業模式優化驅動，質子交換膜電解水制氫成本將主要由技術進步驅動，與此同時，煤制氫和天然氣制氫的成本將在碳價的推動下小幅上漲。預計2035年前后，我國綠氫和灰氫將在17元/千克左右的成本區間展開競爭，到2040年，綠氫經濟性有望全面超越灰氫，到2060年，綠氫的基準平準化成本將降為10元/千克左右。

 

儲存和運輸是綠氫應用必不可少的環節，若不重視儲運基礎設施建設和效率提升，或將成為制約綠氫產業發展的一個卡脖子環節。在綠氫遠距離、規模化運輸場景下，通過管道運輸氣態氫氣和通過罐車運輸低溫液態氫氣是相對更具經濟性的兩種方式。當距離為500千米時，氫氣管道運輸成本約為6元/千克，痛點在于管道建設對市場規模和投資金額的要求極高，不過，通過科學合理的規劃建設，若能將氫氣管道運力提升1倍，則可以將運輸成本降低50%以上；液氫罐車運輸成本約為12元/千克，痛點在于氫氣液化環節能耗過高，如果將氫氣液化電耗控制在8千瓦時/千克以內，能使運輸成本下降約40%。

 

在綠氫短距離、靈活性運輸場景下，通過長管拖車運輸高壓氣態氫氣最為常見，當距離為100千米時，運輸成本約為8元/千克，痛點在于氣瓶工作壓力受政策限制不能高于20兆帕，使得運輸效率僅有1wt%（氫氣重量只占長管拖車+氫氣總重量的1%），若能將氣瓶工作壓力升至50兆帕，就可使運輸成本降低一半左右。

 

加氫環節是對交通氫氣終端零售價格影響最大的一個環節。盡管目前看來，綠氫極少用于交通部門，但是綠氫的雜質更少、純度更高，比灰氫更適用于燃料電池，待綠氫成本競爭力提升，必將廣泛用于氫能交通場景。

 

現階段，即使有投資獎勵、加氫補貼等優惠政策的加持，我國加氫站生命周期平準化的加氫成本仍在25——30元/千克，主要原因是氫能交通市場規模有限，使得加氫站的設備利用率整體偏低。

 

如果一個加氫站每天只能服務兩三車次，那么加氫成本將高至70元/千克；如果一個加氫站可以滿負荷運行，那么加氫成本將低至7元/千克。由此可見，加氫成本對設備利用率的變動極為敏感。

 

預計2030年前后，我國氫能交通產業將進入規模化發展階段，加氫業務經濟性也會隨之改善；到2040年，加氫環節成本將降為15元/千克左右，氫燃料電池汽車的能耗成本將全面優于燃油車，并能與電動車競爭；到2060年，加氫成本有望降至10元/千克以內。

 

綜上所述，在技術進步和規模效應共同作用下，在企業持續投入和政策大力扶持的共同加持下，我國綠氫煉化產業鏈的經濟性拐點有望在2035年前后出現，綠氫交通產業鏈的經濟性拐點有望在2040年前后出現，助力綠氫產業邁上規模化、市場化發展軌道。

 

孕育綠氫社會、迎接碳中和的未來，需要社會各界通力協作

 

在碳中和目標下，我國綠氫產業的發展軌跡可以在經濟性技術上劃分為導入期、成長期、成熟期和再發展期四個階段。

 

在當前的導入期，綠氫成本較高，建議將綠氫定位于滿足附加值較高的工業原料增量需求，與灰氫區別對待，產業發展的重點是技術攻關、示范項目和基礎設施建設。

 

在成長期，綠氫市場競爭力提升，能夠廣泛替代用作工業原料的灰氫，產業發展的重點在于建立規模化、規范化的供應體系。

 

到成熟期，綠氫經濟性全面超越灰氫，成為主流的氫氣來源，應用場景從工業、交通拓展到發電部門，產業發展的重點轉變為優化氫電耦合的技術路徑和商業模式。

 

之所以說綠氫產業在成熟之后不衰退，而是迎來再發展新階段，是因為綠氫將成為一種平價的清潔能源，深度參與工業、建筑等部門的碳中和過程，產業邊界會再次拓展。

 

盡管前景藍圖十分廣闊，但是未來5——10年很是緊要，綠氫產業若要克服導入期的重重挑戰，順利進入高質量發展軌道，真正擔當起服務經濟社會綠色低碳轉型的重任，亟須生產者、消費者和監管者三方通力協作。

 

一是以科技研發為先導，以產業制造為基石，協同推進綠氫領域技術攻關和供應鏈建設。一方面，建議加強企業間、跨行業的交流合作，開展靈活多樣的聯合研發、協同攻關、試驗示范等活動，加快關鍵技術和核心裝備的國產化進程，并大力探索綠氫的多元應用可能性。另一方面，建議增強研發中心與制造中心之間的緊密聯系，加快實現綠氫產業鏈自主可控，建立健全綠氫供應鏈標準體系，增強我國綠氫產業高質量發展的韌性，為碳達峰碳中和行動提供堅強支撐。

 

二是以點帶線、以線成面，通過綠氫基礎設施建設梯次營造綠氫應用場景。在綠氫產業發展初期，不同應用場景難以齊頭并進，基礎設施建設也不宜過度超前、貪大求全。建議首先聚焦少數優質區位，因地制宜地培育綠氫應用小生態，例如在“三北”地區的新能源基地示范發展綠氫煉化，又如在經濟發達的東部地區率先發展氫能交通，在此過程中興建制氫、儲運、加氫等基礎設施，革新國產化技術與設備，總結和推廣綠氫業務管理經驗，從而逐步連接四通八達的氫走廊，開拓廣闊的綠氫應用大市場。

 

三是倡導政策層面給予綠氫更多針對性扶持，為產業發展注入更強內生動力。綠氫在節能降碳方面具有顯著的外部性價值，發展綠氫是與“雙碳”政策目標高度契合的。但現階段，市場機制還不能充分補償外部性，綠氫發展需要政策這雙“有形的手”扶一段、送一程。在制氫環節，如果對可再生能源制氫企業實施用電優惠、稅費減免等政策，就能夠降低綠氫生產成本，增強整條產業鏈的競爭力。在加氫環節，如果基于氫源認證體系進行差異化的加氫補貼，就能促進綠氫的應用，進而帶動整條產業鏈提速發展。