川企大调研·寻找新质生产力⑫丨绿氢普及的关键 川企如何跨越储运加成本高企之痛点

川观新闻记者 王若晔
南水北调、西电东送、西气东输……这些耳熟能详的超级工程,其实都在解决资源分布不平衡、资源生产端和使用端距离遥远的问题。
风光资源丰富的地区,适合建设大规模低成本制绿氢基地,但氢能需求更多集中于经济发达、人口密集的地区。在四川,攀枝花、甘孜、阿坝、凉山等区域,是优质的绿氢基地,但成都平原等人口密集区域,才是氢能重要的应用场景。我国现阶段主要以高压气态长管拖车运输为主,经济运输半径不超过500公里,导致储运成本在氢气终端售价中占比较高,大规模降低储运成本是绿氢普及的关键。
“承上启下”的氢能储(存)运(输)加(注),一头连着制取、一头连着应用。高企的储运加成本,川企如何率先探索破题?
储氢之术:三大技术路线剑指高密度安全储氢,四川均有布局
氢,质量轻盈而体积庞大、能量密度较低。储存和运输氢气,需将其加压缩小体积,以提高储运能力。
“储氢主要有气态、液态和固态三大技术路线,简单说,就是压缩、液化或并入较大的分子中进行储存。”电子科技大学氢能与燃料电池研究院院长汤浩介绍,其中气态储氢技术就是通过压缩机将氢气压缩到储氢容器中。
加大压强,单位体积可容纳的氢气便更多。记者了解到,储气瓶装备方面,四川有一定优势,中材科技开发70MPa(兆帕)车用压缩氢气气瓶,储氢瓶市场占有率超过20%。
相较气态储氢,液态储氢的存储密度更高、可运输距离更远。液态储氢包括有机液态储氢和低温液态储氢两种技术路线。业内人士提到,前者简便经济,但还处于研发示范阶段。
低温液态储氢是通过高压、低温将氢气液化。“氢气液化的温度是零下253℃,比天然气的液化温度要低得多,这对装备技术、工艺流程等提出更高要求。”汤浩介绍。
围绕这一技术路线,国内诸多氢能企业正在攻关。比如在浙江,高校与企业联合成立液氢装备技术联合实验室,着力突破超低温领域装备“卡脖子”技术。
四川氢能企业也在积极布局低温液态储氢。“低温液态储氢罐从材料合成、罐体设计到焊接工艺,每一道都是难关,蜀道装备目前已研制氢气液化和液氢储运关键装备。”蜀道装备氢能工程技术研发中心相关负责人介绍。
气态储氢要求气压高,液态储氢要求零下253℃的低温。近年来,具备储氢密度高、可在常温常压下储存、较为安全等优点的固态储氢较为热门,不过也有着相当的技术门槛。
成都市新能源产业链链主企业厚普清洁能源(集团)股份有限公司,在几年前布局固态储氢技术,并在2022年参与我国首个固态氢储能发电并网项目。
“固态储氢技术就是通过氢气与储氢材料发生化学反应,从而‘吸引’氢原子进入金属空隙形成稳定的氢化物,实现氢气低压安全存储。”厚普股份固氢技术部负责人唐孝宗介绍,当需要氢气时,可加热释放出氢气;也可采用固态储氢与燃料电池系统进行氢热耦合,实现固态储氢燃料电池高效氢-电转化。
运氢之困:规模化运输要算“成本账”,多重技术需突破
“成本,还是成本。”谈及氢气运输环节的困难,业内人士言简意赅,氢能运输效率低、成本高是当前氢能商业化发展的一大痛点。
以气态储运为例,国内主要以20MPa(兆帕)高压气态长管拖车运输为主,单车运氢量350kg,成本每公斤约为20元,目前氢气在加氢站的价格普遍在每公斤50元至60元之间。而业内认为有竞争力的终端用氢价格为每公斤25元至35元。
提高单车运载能力、降低储运装备成本是目前公路运氢的攻克方向。记者了解到,气态储运,国内正积极发展35MPa运氢技术,届时单车运氢量可达到700kg。液态储运,当前液氢槽车单车运氢量可达到4000kg,但因要长时间保持低温状态,储氢成本还比较高。
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北京冬奥会上的“四川造”加氢站。 受访者供图
除了常规的车船运输,国内外市场也在探索氢能管道运输方式。
“管道运输包括天然气管道掺氢运输和新建纯氢管道运输。”汤浩介绍,天然气管道掺氢运输是将氢气以一定体积比例掺入天然气中,形成掺氢天然气,并通过现有天然气管道进行输送。
据公开数据,全球范围内氢气输送管道总里程已超5000公里,我国的输氢管道建设尚处于起步阶段,目前国内总里程仅400公里,在用管道仅百公里左右。
最近两年,国内管道输氢建设动作不断:去年4月,我国“西氢东送”输氢管道示范工程启动,管道全长400多公里,是我国首条跨省区、大规模、长距离的纯氢输送管道。同年,中石油在天然气掺氢实验中实现突破,天然气最高掺氢比例可达24%。
虽然输氢管道有着成本和效率的明显优势,但也存在前期建设一次性投资成本较大的现实。今年2月,中石油中标内蒙古125公里掺氢管道建设,投资近5亿元,平均每公里投资400万元。
在今年举行的第三届国际氢能及燃料电池产业大会上,德国国家工程院院士雷宪章就提到,“四川是清洁能源大省,但风光电场较为分散,中小型水电站多,建设管道输送氢气工程量大,需要进行论证其经济性。”
但短距离的管道运输,在四川相关探索正在推进。2022年,攀枝花建成国内首个管道输氢母子加氢站,一条1.2公里长的纯氢输送管道,一头连着制氢的化工厂,一头连着加氢站,为氢能重卡提供加氢服务。四川金星清洁能源装备集团股份有限公司,计划与清华大学智能绿色车辆与交通全国重点实验室合作,探索天然气掺氢技术应用到小区供气。
加氢之路:加氢站不得不掂量“先有蛋还是先有鸡”
提枪、加注、收枪,一辆氢能公交就在成都市郫都区的中国石油古城加油加氢站完成补能。
加氢站设备来自10余公里外的厚普清洁能源(集团)股份有限公司。“马上要举行的巴黎奥运会,我们生产的加氢站也会亮相巴黎街头,提供加氢服务。”厚普清洁能源(集团)股份有限公司相关负责人透露,“作为国内氢能加注装备领域的龙头企业,基于成本和技术优势,公司已累计为全球供应超过100套加氢设备。”
加氢站是氢能市场化发展的核心基础设施,2019年加氢站建设步入“快车道”,据公开数据,全国建成投运加氢站420余座。
四川早在2018年,在成都市郫都区建成西部首座加氢站,为氢能电车加注氢气。截至目前,四川已建成加氢站17座。而《四川省氢能产业发展规划 (2021—2025 年) 》提出的目标是,2025年建成多种类型加氢站60座。
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位于成都市郫都区的中石油古城加氢站。 受访者供图
多位受访业内人士认为,加氢装备技术日趋成熟,建加氢站的“路障”主要在成本。
记者了解到,此前加氢站建设所需关键零部件多为国外进口,近年来,通过核心技术攻关,加氢关键设备国产化程度越来越高。在四川,厚普股份、四川金星等企业已实现了加氢站“心脏”氢气压缩机、加氢枪、流量计、高压氢气拉断阀等产品的国产化替代,多项技术创下国内第一或者国内唯一。
“不算土地成本,建一个加氢站投资要1200万元上下。对比一个普通加油站,建设成本只要几百万元。”一位业内人士向记者表示,氢产业规模还未形成,下游的应用端体量小、数量少,加氢站运营成本高,进一步制约其建设积极性。但应用市场扩大,又离不开相应的基础设施,存在“先有蛋还是先有鸡”困境。商业化应用路上,还需政策“扶上马,送一程”。
减少土地投资,各地正探索建立油气氢综合站。除了成本之外,行业迈向成熟仍有一段路要走。业内人士表示,各项标准体系尚未完全建立,对加氢站的审批建设尚处于摸索完善阶段。
破题之策:从点状探索到产学研深度合作,四川多路径发力
6月28日,成都市郫都区的东方氢能产业园,园内的西部首座制加氢一体站已进入整体呈现。
“推动过程很不容易,但迈出了第一步。”全程参与这座制加氢一体站规划建设的东方电气氢能(成都)有限公司副总经理陈亮说,“制氢加氢一体化,省去了中间运输环节的麻烦,节约了运输成本。”
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东方氢能产业园内的西部首座制加氢一体站。受访者供图
破解储运加“瓶颈”,除了通过探索建设制加氢一体站,记者调研发现,企业与高校科研机构强强联手,推动产学研深度合作,多路线推进研究,着力寻求储氢等关键技术突破。
去年9月,全国唯一获批筹建的国家市场监管技术创新中心(氢储运加注装备)(以下简称“技创中心”)正式运行,技创中心联合多家链主企业形成四川省氢能创新联合体,主要聚焦氢气储存、运输、加注等关键环节及关键装备的安全,开展关键技术研究,多方位攻克“卡脖子”难题。
技创中心为“一总部,多基地”的布局,位于郫都、新都和德阳的三个基地均在建设过程中。“郫都涉氢材料和涉氢装置检验检测基地预计今年年底设备入场,基地将进行车载氢瓶检测、气瓶型式试验及临氢材料检测研究等相关实验研究工作。”陈亮介绍。
四川也正在加快研究出台相关政策。“我们正推动制定制氢加氢一体站审批流程等,最大程度降低氢能综合成本。”四川省经济和信息化厅相关负责人介绍,还将实施氢能领域重大科技专项、重大技术装备攻关工程,抓紧梳理重大创新技术清单,持续支持氢能高端装备研制和重要应用领域技术创新。同时,加快完善相关安全标准体系,提高安全保障水平。
聚焦核心技术攻关,记者从科技厅了解到,目前正加快组织实施低成本低压高密度固态储氢等原点创新技术,推动相关领域取得重大技术突破。