为什么可再生能源先制氢再制电

来源:经济日报

7月29日，由中国电力企业联合会指导、协鑫（集团）控股有限公司（下称协鑫集团）主办的氢能产业发展论坛暨协鑫氢能战略发布会在京举行。中国能源研究会副理事长吴吟表示，能源行业排放占到全球温室气体排放总量的2/3，实现双碳目标的关键在能源。能源低碳发展有两大路径：化石能源低碳利用和大力发展可再生能源。当前，G20集团中已经有9个国家和地区发布了氢能发展战略，还有7个国家和地区正在开展前期研究。氢能产业呈现出良好发展态势， 科技 进步日新月异、应用场景层出不穷，未来氢能将在钢铁、能源、交通和建筑等领域广泛应用。

根据中国氢能联盟预测，到2030年，我国氢气的年需求量将达到3715万吨左右，在终端能源消费中占比约5%；到2060年，我国氢气的年需求将增至1.3亿吨左右，在终端能源消费中占比约20%。

中国电力企业联合会专职副理事长安洪光表示，通过新能源与氢能的耦合，可助力高比例清洁能源电力系统的稳定运行，解决长时间清洁能源处理和负荷需求的平衡问题，帮助难以减排领域深度脱碳。在他看来，“十四五”时期，将是我国碳达峰“窗口期”、氢能产业发展的发力期，也是氢能市场的培育期和氢能技术的追赶期。

随着减碳行动的开展和各项政策的加持，氢能发展势不可挡。据不完全统计，迄今已有河南、山西、湖北、安徽等超过30个省市对氢能产业发展作出了明确部署，有的还制定了详细的时间表、路线图和任务书。可再生能源制氢、燃料电池 汽车 示范城市群、加氢站建设等项目成行业投资热点。

氢从何处来？在碳达峰、碳中和目标下，回答好这一问题尤为重要。

根据不同的制取方式和碳排放量，氢能被分为灰氢、蓝氢和绿氢。2020年我国氢气来源中，62%为煤制氢，19%天然气制氢，仅有1%的可再生能源制氢，氢来源亟待“绿化”。中国工程院原副院长杜祥琬强调，氢能产业要实现高质量、可持续发展，其核心准则是从源头做到可持续，将波动性、间歇性的风能、太阳能转换为氢能，有利于储能和传输，具有零排放、零污染和可持续优势。

高成本是当前可再生能源制氢大规模推广的主要难题。“降低氢能使用成本是产业发展的关键所在。”在中国石油和化学工业规划院新能源发展研究中心主任刘思明看来，我国氢能产业急需模式创新，依托海外优质天然气资源，转化为氢气具有成本竞争力，国内京津冀、长三角、珠三角氢能产业率先发展，用氢也应避免长距离陆运。他认为，未来国内氢能市场将以“工业副产氢+短距离运输”模式为主，海外将以“优质资源转化蓝氢+长距离化学品载体运输”模式为主。

会议现场，协鑫集团旗下协鑫新能源正式对外发布公司氢能战略。根据规划，协鑫新能源氢能战略由蓝氢和绿氢两部分构成。具体而言，蓝氢目标――首期建成年产230万吨合成氨，逐步扩能至每年400万吨生产规模，可供应国内70万吨蓝氢；绿氢目标――计划到2025年建设100座综合能源站，达到40万吨年产能。

协鑫集团董事长朱共山表示，从空间结构上讲，在东部、南部等负荷中心发展蓝氢，在中西部地区等新能源大基地发展绿氢，一蓝一绿，协同发展。“协鑫新能源将打造不依赖补贴，完全市场化的零碳 科技 先锋企业，做全球综合实力领先的绿氢与蓝氢综合运营服务商。”

1、蒸汽甲烷重整

蒸汽甲烷重整(SMR)是一种从主要是甲烷的天然气中生产氢气的方法。它是目前最便宜的工业氢气来源。世界上近50%的氢气是通过这种方法生产的。该过程包括在蒸汽和镍催化剂存在下将气体加热到700–1100°C之间。

产生的吸热反应分解甲烷分子并形成一氧化碳CO和氢气H2。然后一氧化碳气体可以与蒸汽一起通过氧化铁或其他氧化物并进行水煤气变换反应以获得更多量的H2.这个过程的缺点是它的副产品是CO2、CO和其他温室气体的主要大气释放。

根据原料（天然气、富气、石脑油等）的质量，生产一吨氢气还会产生9至12吨CO2，这是一种可能被捕获的温室气体。

根据原料（天然气、富气、石脑油等）的质量，生产一吨氢气还会产生9至12吨CO2，这是一种可能被捕获的温室气体。

2、甲烷热解

说明甲烷热解的输入和输出，这是一种生产氢气且无温室气体的高效一步法

甲烷的热解是从天然气中生产氢气的过程。通过流过“气泡塔”中的熔融金属催化剂，氢气分离在一个步骤中进行。这是一种“无温室气体”方法，用于测量潜在的低成本氢气生产，以衡量其扩大规模和大规模运营的能力。 该过程在更高的温度（1065°C或1950°F）下进行。

3、电解

电解包括使用电将水分解成氢气和氧气。水的电解效率为70-80%（转化损失为20-30%） ，而天然气的蒸汽重整的热效率在70-85%之间。 电解的电效率预计将在2030年之前达到82-86% ，同时随着该领域的进展继续加快，同时也保持耐用性。

水电解可以在50–80°C之间运行，而蒸汽甲烷重整需要700–1100°C之间的温度。 两种方法的区别在于使用的一次能源；电力（用于电解）或天然气（用于蒸汽甲烷重整）。

环境影响

截至2020年，大部分氢气由化石燃料生产，导致二氧化碳排放。当排放物释放到大气中时，这通常被称为灰氢，当通过碳捕获和储存(CCS)捕获排放物时，这通常被称为蓝氢。

假设美国上游和中游的甲烷泄漏率和生产通过蒸汽甲烷重整器(SMR)改装了二氧化碳捕获装置。使用具有二氧化碳捕获功能的自热重整器(ATR)可以在令人满意的能源效率下实现更高的捕获率，并且生命周期评估表明，与具有二氧化碳捕获功能的SMR相比，此类工厂的温室气体排放量更低。

经评估，在欧洲应用ATR技术与二氧化碳的综合捕获相比，其温室气体排放量低于燃烧天然气，例如，H21项目报告称，由于二氧化碳强度降低了68%，因此温室气体排放量减少了68%。天然气与更适合捕获二氧化碳的反应器类型相结合。

使用较新的无污染技术甲烷热解生产的氢气通常被称为绿松石氢气。高质量的氢气直接由天然气生产，相关的无污染固体碳不会释放到大气中，然后可以出售用于工业用途或储存在垃圾填埋场。

由可再生能源生产的氢气通常被称为绿色氢气。有两种从可再生能源生产氢气的实用方法。一种是电制气，其中电力用于电解水制氢，另一种是利用垃圾填埋气在蒸汽重整器中制氢。当由风能或太阳能等可再生能源生产时，氢燃料是一种可再生燃料。

通过电解由核能产生的氢有时被视为绿色氢的一个子集，但也可以称为粉红色氢。奥斯卡港核电站于2022年1月达成协议，以每天公斤的数量级供应商业粉红色氢气。

近日在上海举行的第三届中国国际进口博览会期间，东芝多位高管对澎湃新闻表示，除了已提出“氢能源 社会 ”愿景的日本本土之外，东芝非常看好氢能在中国的发展前景。

放眼全球，日本是近年来最热衷于发展氢能的国家之一。日本“氢能基本战略”提出，到2030年要确立国内可再生能源制氢技术，构建国际氢能供应链，长期目标是利用碳捕获（CCS）技术实现平价化石燃料的脱碳制氢和可再生能源制氢。对于能源自给率低的日本而言，用零碳排的可再生能源来制取清洁高效、较易储运的氢能，无疑是“后福岛时代”得以兼顾能源安全和碳中和目标的理想选择。

日本能源转型历程

“东芝早在50年前就已经开始做氢能方面的技术研发，进行相关技术储备。我们在40年前推向市场的产品，已经有氢能利用的影子。”负责氢能业务的东芝（中国）有限公司营业总监张童对澎湃新闻表示，早年东芝的制氢路线是烃类醇类重整制氢。但在零碳理念下，该公司内部近十年间全面提升氢能体系，东芝燃料电池体系全部是纯氢燃料电池。

据介绍，东芝的纯氢能燃料电池系统H2Rex已累计在日本国内交付100台以上。这种100kW的模块化单元可根据需求灵活组合，启动时间不到5分钟，高效将管道或气罐中的氢气转化为电能和热能。

东芝的纯氢能燃料电池系统H2Rex累计在日本交付100台以上

典型场景如东芝的新氢能综合应用中心，利用太阳能电解水制备氢气，并直接将其应用在东芝的日本府中工厂的燃料电池物流叉车上。这样，不但燃料电池物流叉车在运转时不排放二氧化碳，而且，因为使用了通过可再生能源制取的氢气作为燃料，从制氢到氢利用的全程实现了零碳排。

当突发灾难时，这套小型分布式能源亦可大显身手，作为一条生命线为300名受灾群众提供一周的电力和热水供应。

纯氢固然样样好，但目前在全球范围内仍受居高不下的成本所困。据澎湃新闻了解，上述在日本落地的东芝纯氢燃料电池系统均为有日本政府政策支持的项目。

张童表示，全球可再生能源快速发展，但风电、光伏始终存在间歇性问题。尤其在中国，风电、光伏装机的迅猛增长对电网调峰要求巨大，弃风、弃电的问题屡见不鲜。若将这部分电力转换成氢能储存起来，在需要时再调取，就是一个最理想的结合。“可再生能源与电解质制氢技术结合起来，制出来的氢完全是绿色的。”

他认为，在该领域，东芝的所长是对电力系统、电子设备、控制系统的深入了解和对氢的长期技术积累，目前正在与多家上游制氢企业探讨合作。在氢能起步阶段，东芝呼吁政府对全行业予以政策支持，鼓励更多企业参与氢能产业链的完善，并尽早明确氢使用的法律法规。在这些前提下，氢能成本才能随着规模化效应快速下降。

氢能成本的下降有赖于一个足够大且高速成长的下游市场。东芝正在推动纯氢能燃料电池系统H2Rex尽早应用于中国市场，使其成本上尽早符合中国市场潜在的需求，并联合中国合作伙伴一起开拓市场。

实际上，东芝对于“终极能源解决方案”的认识，在日本福岛核事故之后出现了彻底的转变。东芝曾是全球核能领域的重要参与者，旗下拥有 历史 战绩辉煌的美国西屋电气公司。但由于2011年福岛核事故后全球核电建设放缓、建造成本陡增、西屋电气申请破产保护等原因，东芝最终选择剥离核电资产。

今年10月，日本首相菅义伟在临时国会上发表施政演说时宣布，日本将争取在2050年实现温室气体净零排放。这标志着作为全球第三大经济体和第五大碳排放国的日本在气候议题上的立场发生巨大转变。目前，日本的温室气体排放中有至少80%来自能源领域。

“二氧化碳零排放并不是最近才有的呼声，很早以前大家就在进行与此相关的探讨。”东芝中国总代表宫崎洋一对澎湃新闻说道，福岛核事故改变了全球的碳减排思路。2011年之前，日本、欧洲都将低碳发电目标寄希望于核能，但福岛事故后由于安全标准升级、核能发电成本陡增，欧洲主要国家纷纷选择弃核。

宫崎洋一称，除了重点业务氢能之外，目前东芝还有其他颇具竞争力的能源业务和碳捕捉技术，可以根据不同地区的特征进行灵活组合。具体而言，在水电领域，东芝的实际供货数量和技术实力处于全球第一梯队，已经向44个国家及地区累计供货2300多台水轮机和1800多台发电机；光伏领域，东芝的工业用光伏发电系统在日本有2700处应用，住宅用光伏发电系统在日本为10万户以上客户使用；地热领域，东芝已向全球提供累计达3.7GW的地热发电设备，以设备容量计处于全球第一。

福岛氢能研究基地（FH2R）

在日本国立的新能源产业技术综合开发机构（NEDO）牵头下，东芝与另外两家日本企业合作的福岛氢能研究基地（FH2R）已于今年2月底建成。

FH2R系统概览

该项目建有全球最大的利用可再生能源的10MW级制氢装置，正在验证清洁低成本的制氢技术。这里产生的氢气不仅用来平衡电力系统，还为固定的氢燃料电池系统、移动的氢燃料车等提供动力。

校对：刘威

2022年8月18日，交通运输部办公厅发布了《绿色交通标准体系(2022年)》的通知。

《标准体系》涉及新能源与清洁能源应用、能耗能效、碳排放控制、节能技术与管理等多项节能降碳标准，在氢能和燃料电池方面，节能降碳标准200中包括燃料电池客车技术规范、氢燃料电池公共汽车配置要求，国家节能降碳相关标准中包括：加氢站技术规范(2021年版)。

解读：

一、编制背景

发展绿色低碳交通是交通运输行业加强生态文明建设、服务国家碳达峰碳中和目标，深入打好污染防治攻坚战的重要举措。2016年，交通运输部发布了《绿色交通标准体系(2016年)》，系统推进了80项绿色交通标准的制修订工作，标准供给显著增强。

加快建设交通强国对绿色低碳交通发展提出了更高要求。为贯彻落实好习近平生态文明思想以及《中共中央 国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》《中共中央 国务院关于深入打好污染防治攻坚战的意见》《交通强国建设纲要》《国家综合立体交通网规划纲要》《国家标准化发展纲要》等文件关于绿色发展方面的工作部署，系统规划新形势下绿色交通标准制修订任务，交通运输部组织相关单位，在深入分析国际国内绿色标准发展趋势，对照国家碳达峰碳中和、深入打好污染防治攻坚战等工作要求以及交通运输部“十四五”规划体系中涉及绿色交通建设重点任务的基础上，经过多方调研论证，研究编制了《绿色交通标准体系(2022年)》。

二、编制原则

坚持目标导向。全面对接推进交通运输行业绿色发展的目标任务，优化完善适应加快交通强国建设的绿色交通标准体系，充分发挥标准的基础支撑作用。

坚持协调衔接。充分体现人与自然和谐共生的理念，强化标准间相互协调、相互补充，推进交通运输降碳、减污、扩绿和可持续发展，提升交通运输绿色治理能力水平。

坚持突出重点。在重点领域和关键环节集中发力，加快推进服务碳达峰碳中和目标、深入打好污染防治攻坚战的重点标准供给，以点带面实现突破性进展。

坚持创新引领。加快科技创新成果转化为标准的进程，促进节能环保新技术、新设备、新材料、新工艺等方面标准的有效供给，保持标准体系建设的适度超前。

三、体系范围及主要内容

《绿色交通标准体系(2022年)》范围与2016年版体系一致，主要包括综合交通运输和公路、水路领域与绿色交通发展直接相关的技术标准和工程建设标准。优化交通运输结构、促进绿色交通出行所涉及的综合交通运输和城市客运服务标准，原则上不纳入标准体系。

标准体系包括5个部分，即100基础通用标准，200节能降碳标准，300污染防治标准，400生态环境保护修复标准，500资源节约集约利用标准。其中，基础通用标准包括术语和绿色低碳评价两个方面节能降碳标准包括新能源与清洁能源应用、能耗能效、碳排放控制、节能设计与管理，以及核算与监测等五个方面污染防治标准包括大气污染防治、水污染防治、噪声污染防治、固体废弃物处置和船舶污染物综合排放等五个方面生态环境保护修复标准包括环境保护技术、生态环境修复、防止外来生物入侵和环境保护修复统计与评价等四个方面资源节约集约利用标准包括污水再生利用和废旧物循环利用两个方面。

标准体系共收录242项绿色交通国家标准和行业标准，包括基础通用标准11项，节能降碳标准101项，污染防治标准78项，生态环境保护修复标准35项，资源节约集约利用标准17项。其中，待制定标准47项，待修订标准44项，包括了行业碳排放核算核查、近零碳交通示范区建设、城市绿色货运配送评估、氢燃料电池公共汽车配置、城市轨道交通绿色运营、水下打捞作业防污染技术等重点标准需求。此外，标准体系还列出了与交通运输行业节能降碳、污染物排放和生态环境保护密切相关的国家标准、生态环境行业标准43项，以促进绿色标准的协同实施。

绿色交通标准体系的修订实施将进一步推动交通运输领域节能降碳、污染防治、生态环境保护修复、资源节约集约利用方面标准补短板、强弱项、促提升，加快形成绿色低碳运输方式，促进交通与自然和谐发展，为加快建设交通强国提供有力支撑。

化石能源制氢技术比较成熟，可以满足规模用氢需求；制氢技术正向可再生能源制氢转变。

一、工业制氢技术主要有以煤、天然气、石油等为原料的催化重整制氢，氯碱、钢铁、焦化等工业副产物制氢，生物质气化或垃圾填埋气生物制氢，采用网电或未来直接利用可再生能源电力电解水制氢；处于实验室阶段但潜力大的有光催化分解水、高温热化学裂解水和微生物催化等先进制氢技术。

二、氢气发生器电解槽 电解槽类型一般有：碱性电解槽、基于离子交换技术的聚合物薄膜电解槽和固体氧化物电解槽。

1、实验室中使用的碱性电解槽制氢和聚合物薄膜电解槽制氢。

2、碱性电解槽是最常用、技术最成熟、也最经济的电解槽，并且易于操作，在目前广泛使用，但缺点是其效率最低。

3、碱性电解槽制氢的特点是：氢氧根离子（OH-）在阴、阳极之间的电场力作用下穿过多孔的横隔膜。

4、碱液电解制氢工作原理是传统隔膜碱液电解法。电解槽内的导电介质为氢氧化钾水溶液，两极室的分隔物为航天电解设备用优质隔膜，与端板合为一体的耐蚀、传质良好的格栅电极等组成电解槽。

三、聚合物薄膜电解槽制氢 聚合物薄膜电解槽制氢（PEM），一些地方也称之为固体聚合物电解质（SPE）水电解制氢。该种原理不需电解液，只需纯水，比碱性电解槽安全，电解槽的效率可以达到85％或以上，但由于在电极处使用铂等贵重金属，薄膜材料也是昂贵的材料，故PEM电解槽目前还难以投人大规模的使用。 聚合物薄膜电解槽制氢的特点是：氢离子（H+）在阴、阳极之间的电场力作用下穿过离子交换膜。

四、1、目前氢氧呼吸机的功效主要用于肿瘤等疾病的辅助治疗；

2、氢氧呼吸机的原理与构造主要有两种，传统碱性AEC制氢和质子膜SPE制氢，对应的是吸氢机制氢结果。