運(yùn)氫之困

　　南水北調(diào)、西電東送、西氣東輸，這些耳熟能詳?shù)拇蠊こ蹋鋵嵍荚诮鉀Q資源分布不平衡的問題。氫能也不例外。

　　“能源、資源的生產(chǎn)端和使用端通常不在一個地方，跨區(qū)輸送帶來了新的問題?！闭憬髮W(xué)氫能研究院氫儲輸裝備研究中心主任施建峰說，儲運(yùn)一頭連著制取、一頭連著應(yīng)用，一旦不暢通就會抑制氫產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；l(fā)展。

　　施建峰說，常溫常壓氫的分子間距很大，體積龐大而質(zhì)量輕盈，要解決有限體積中存儲更多質(zhì)量的問題，目前主要有加壓、降溫和金屬或有機(jī)物吸附等技術(shù)路線。

　　以最常見的加壓為例，目前國內(nèi)普遍采用20兆帕氣態(tài)高壓儲氫長管拖車運(yùn)輸方式，適用于中短距離的氫氣輸送，成本約為20元/公斤，占?xì)錃饨K端消費價格的一半。降低成本的辦法是繼續(xù)加壓，讓單位體積可容納更多氫氣，有浙江科研人員正對此開展研究。

　　2021年，浙江大學(xué)聯(lián)合浙江巨化集團(tuán)等單位申報的項目——氫氣規(guī)?；峒兣c高壓儲存裝備關(guān)鍵技術(shù)及工程應(yīng)用——榮獲2020年度國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎二等獎，其聯(lián)合研發(fā)的98兆帕大容積儲氫罐，技術(shù)達(dá)到全球領(lǐng)先。

　　98兆帕是多大的壓力？如果以此對水加壓，水柱會飆升得比珠穆朗瑪峰還高。如今，全國運(yùn)行的350余座加氫站中，大多數(shù)98兆帕高壓儲氫容器都由浙江研制和生產(chǎn)。

　　運(yùn)用降溫方式存儲，則能讓氫分子規(guī)規(guī)矩矩地排列。

　　施建峰介紹，液態(tài)氫的存儲效率更高，密度達(dá)到71克/升，是高壓氣態(tài)儲氫的兩倍以上。但氫氣液化的溫度是零下253℃，比氮氣、天然氣的液化溫度要低得多，這對裝備技術(shù)、工藝流程等提出了更高要求。

　　不少高端裝備企業(yè)瞄準(zhǔn)了這個方向。比如，去年10月，浙江大學(xué)氫能研究院的研究力量和杭氧集團(tuán)低溫裝備技術(shù)結(jié)合，雙方成立液氫裝備技術(shù)聯(lián)合實驗室，著力突破超低溫領(lǐng)域裝備“卡脖子”技術(shù)。

　　不論哪種方式儲運(yùn)，都會面臨一個技術(shù)難題：氫脆。

　　在壓力的作用下，氫氣會鉆入金屬材料，集中在裂紋的尖端，讓管道或容器更容易損壞。

　　2002年起，浙江大學(xué)氫能研究院院長鄭津洋院士牽頭國家973計劃項目、國家重點研發(fā)計劃項目，對氫脆開展了系統(tǒng)深入研究?！拔覀儗浯嘁延猩羁陶J(rèn)識，逐步搞清哪些材料會發(fā)生氫脆、氫脆產(chǎn)生的條件以及阻止或延緩的辦法?！笔┙ǚ逭f，比如浙江大學(xué)正在研發(fā)的非金屬柔性輸氫管道，兼具塑料的柔性和鋼材的強(qiáng)度，被業(yè)內(nèi)廣泛看好。

　　與此同時，國內(nèi)輸氫領(lǐng)域?qū)矣型黄疲?月16日，在寧夏銀川寧東天然氣摻氫管道示范平臺，中石油用現(xiàn)有天然氣管道長距離輸送氫氣的技術(shù)獲得突破；6月25日，國家管網(wǎng)集團(tuán)管道斷裂控制試驗場，我國首次高壓力純氫管道試驗成功。

　　“中國的氫儲運(yùn)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到國際第一梯隊的先進(jìn)水平?！笔┙ǚ逭f，這都為我國今后實現(xiàn)大規(guī)模、低成本的遠(yuǎn)距離氫能運(yùn)輸提供了技術(shù)支撐。

　　不過，從技術(shù)突破向產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵一躍并不簡單。最成熟的高壓氣態(tài)儲氫仍面臨投資成本高、回報周期長的瓶頸，低溫液態(tài)儲氫則存在能耗較高、尚未實現(xiàn)全鏈條技術(shù)自主等問題，輸氫管道更是需要政府投資來支持浩大的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)……

　　用氫之限

　　“現(xiàn)在氫比較貴，還不足以吸引各行各業(yè)。逐步推開后，就會引發(fā)大家對它的想象。”浙江大學(xué)氫能研究院氫電協(xié)同技術(shù)研究中心主任夏楊紅說。

　　當(dāng)前，氫氣有幾大應(yīng)用方向。一是交通領(lǐng)域。2021年，國家批復(fù)了京津冀、上海、廣東、河北、河南等五大氫燃料電池汽車示范城市群。作為浙江首批發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)的試點城市，嘉興也在向氫燃料電池公交車和重卡發(fā)力，今年投入運(yùn)營了35輛氫能源公交車。

　　此次《規(guī)劃》正是以交通領(lǐng)域為突破口，計劃到2025年，建設(shè)加氫站50座以上、日加氫能力35.5噸以上。同時，改造提升現(xiàn)有的加油加氣站和綜合供能服務(wù)站，基本形成氫源保障體系和加氫網(wǎng)絡(luò)體系，基本建成市域、城區(qū)100公里輻射半徑的加氫網(wǎng)絡(luò)。

　　二是電網(wǎng)儲能領(lǐng)域。隨著新能源占比越來越高，風(fēng)電和光伏發(fā)電靠天吃飯、隨機(jī)性較強(qiáng)，與電網(wǎng)供需平衡的屬性形成天然沖突，氫能可以起到調(diào)節(jié)作用。

　　在風(fēng)光大發(fā)時，用電解水制氫儲存能量，在缺電時再利用氫燃料電池或氫能燃機(jī)發(fā)電補(bǔ)足缺額，實現(xiàn)氫與電的協(xié)同。比起電池四五小時的存儲容量，氫儲能具備大容量、跨季節(jié)等優(yōu)勢。

　　能源載體只是用氫的一個方向，它還有無窮的可能。

　　比如，氫的清潔特性有待進(jìn)一步發(fā)掘，鋼鐵行業(yè)嘗試在制造工藝中用氫替代碳來還原氧化物，原本排放二氧化碳的過程轉(zhuǎn)變?yōu)樯伤?，生產(chǎn)出“綠鋼”，有效促進(jìn)高耗能行業(yè)減排；二氧化碳加氫可以人工合成淀粉，還能制成甲醇……隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，人們的思路將更加開闊。

　　不過，在應(yīng)用前景廣闊的電網(wǎng)儲能領(lǐng)域，氫電協(xié)同走入現(xiàn)實應(yīng)用還需要翻越多座大山。比如損耗問題。氫電雙向循環(huán)的效率仍然偏低，普遍在60%左右。

　　夏楊紅告訴記者，浙江在氫電協(xié)同領(lǐng)域做了不少探索。比如今年6月底，國網(wǎng)浙江電力有限公司聯(lián)合浙江大學(xué)等科研機(jī)構(gòu)承擔(dān)的國家重點研發(fā)計劃專項——國內(nèi)首個氫電耦合中壓直流微網(wǎng)在寧波慈溪濱海工業(yè)園投運(yùn)。光伏、風(fēng)電和制氫機(jī)、直流充電機(jī)，配合儲能、燃料電池形成一張自發(fā)自用的微電網(wǎng)，不僅脫離大電網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行168小時，還能每天滿足10輛氫能車加氫、50輛電動車快充的需求。

　　“項目實現(xiàn)新能源直接電解制氫，綜合余熱供暖，整體利用效率達(dá)到82.5%，已經(jīng)非常可觀。”夏楊紅說。

　　浙江是用能大省、資源小省。長遠(yuǎn)來看，未來浙江或往海上走，大規(guī)模開發(fā)中遠(yuǎn)海風(fēng)電、漂浮光伏、海流能等，原地制氫或成為一種趨勢。與此同時，遠(yuǎn)距離輸氫成本將大大降低。夏楊紅表示，氫電協(xié)同的經(jīng)濟(jì)性和市場需求將隨之上升，想象空間將進(jìn)一步打開。