英國(guó)于今年8月17日發(fā)布了首個(gè)國(guó)家氫能戰(zhàn)略，該戰(zhàn)略清晰地描述了英國(guó)發(fā)展氫能的原因、氫能發(fā)展現(xiàn)狀以及如何進(jìn)一步發(fā)展氫能，展現(xiàn)出了占領(lǐng)氫能制高點(diǎn)的野心。

眾所周知，發(fā)展新能源、發(fā)展氫能最重要的目的就是減少污染，減少碳排放。英國(guó)制定了2035年碳排放相比于1999年減少78％的減排目標(biāo)（Carbon Budget Six，CB6）和在2050年減少碳排放100％的“凈零”目標(biāo)，并希望氫能在其中發(fā)揮重要作用。然而，按照全生命周期碳排放理論，氫能生產(chǎn)過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生不同程度的碳排放，因此氫能也被分為灰氫、藍(lán)氫和綠氫三種。

01英國(guó)低碳?xì)鋪?lái)源
英國(guó)于今年8月17日發(fā)布了首個(gè)國(guó)家氫能戰(zhàn)略，該戰(zhàn)略清晰地描述了英國(guó)發(fā)展氫能的原因、氫能發(fā)展現(xiàn)狀以及如何進(jìn)一步發(fā)展氫能，展現(xiàn)出了占領(lǐng)氫能制高點(diǎn)的野心。

眾所周知，發(fā)展新能源、發(fā)展氫能最重要的目的就是減少污染，減少碳排放。英國(guó)制定了2035年碳排放相比于1999年減少78％的減排目標(biāo)（Carbon Budget Six，CB6）和在2050年減少碳排放100％的“凈零”目標(biāo)，并希望氫能在其中發(fā)揮重要作用。然而，按照全生命周期碳排放理論，氫能生產(chǎn)過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生不同程度的碳排放，因此氫能也被分為灰氫、藍(lán)氫和綠氫三種。

英國(guó)對(duì)各種可能的氫生產(chǎn)方式及其對(duì)應(yīng)的成本和碳排放做了整理，如表1所示。英國(guó)政府將于2022年初啟動(dòng)2．4億英鎊的氫能基金，用于鼓勵(lì)氫能的早期生產(chǎn)，并設(shè)立6000萬(wàn)英鎊的專項(xiàng)資金用于低碳?xì)溲邪l(fā)。

表1 英國(guó)氫能生產(chǎn)方式總覽

如表1所示，生物能源與碳捕獲和儲(chǔ)存技術(shù)（BECCS）能夠創(chuàng)造非常多的負(fù)碳排放，據(jù)政府間氣候變化專業(yè)委員會(huì)介紹該技術(shù)是一個(gè)實(shí)現(xiàn)低大氣濃度二氧化碳目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)，但該技術(shù)需要進(jìn)一步的科研創(chuàng)新和發(fā)展。目前傳統(tǒng)且大量使用的氫氣生產(chǎn)方式具有非常高的碳排放，碳捕捉、利用與封存技術(shù)（CCUS）技術(shù)能夠減少該過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化碳。利用可再生能源制氫是另一種降低氫能生產(chǎn)碳排放的重要技術(shù)，英國(guó)是海上風(fēng)電利用最多的國(guó)家，并將持續(xù)擴(kuò)大產(chǎn)能，希望2030年能夠達(dá)到40GW。故而英國(guó)目前打算采用“雙軌”制氫的方式：基于電解模式制氫和基于CCUS模式制氫，力圖打造多個(gè)基于CCUS和海上風(fēng)電制氫的低碳化工業(yè)集群，如圖1所示。該機(jī)構(gòu)UK Research and Innovation （UKRI） Industrial 在Decarbonisation Challenge項(xiàng)目中將為該計(jì)劃配套資金1．7－2．61億英鎊。英國(guó)公司ITM Power、Johnson Matthey 和 Ceres Power在該行業(yè)領(lǐng)域具有領(lǐng)先地位。

圖1． 英國(guó)電解水項(xiàng)目和CCUS項(xiàng)目產(chǎn)業(yè)集群

02氫氣的儲(chǔ)運(yùn)解決方案

當(dāng)解決了低碳?xì)涞纳�產(chǎn)來(lái)源之后，第二個(gè)需要解決的問題便是氫氣的輸運(yùn)與存儲(chǔ)。氫氣輸運(yùn)分為管道輸運(yùn)和非管道輸運(yùn)。該戰(zhàn)略對(duì)管道輸運(yùn)進(jìn)行了比較詳細(xì)地論述。首先，英國(guó)打算在現(xiàn)有天然氣管道中加入20％左右的氫氣，從而讓氫氣真正服務(wù)于廣大終端消費(fèi)者。為此，對(duì)Project Union項(xiàng)目立項(xiàng)以解決其中的安全問題、立法問題和收費(fèi)問題等；第二，英國(guó)打算建立全新的用于100％輸送氫氣的管道，由Ofgem資助的H21項(xiàng)目應(yīng)運(yùn)而生，該項(xiàng)目主要從事純氫管道的工業(yè)層級(jí)的應(yīng)用示范性研究。

氫氣存儲(chǔ)分為三個(gè)方面。一種辦法是采用專業(yè)的儲(chǔ)存容器，這種辦法能夠存儲(chǔ)的氫氣能量可以達(dá)到MWh。具有前期投資成本低，容易部署，容易獲得的優(yōu)點(diǎn)。另一種辦法是采用地下存儲(chǔ)的方式，如地下鹽穴，枯竭的可燃?xì)饣蛴吞�，這種方法可以存儲(chǔ)大量的氫氣，能夠達(dá)到TWh的儲(chǔ)存量級(jí)。鑒于氫能預(yù)計(jì)在供熱中的廣泛運(yùn)用，地下存儲(chǔ)氫氣具有非常重要的戰(zhàn)略意義，能夠滿足能源利用的季節(jié)性需求變化并平滑可再生能源的供電不穩(wěn)定性。第三種便是基于氫氣化合物（如氨，甲醇、甲苯等）和金屬儲(chǔ)氫的方式，這些方式會(huì)隨著研究和創(chuàng)新降低成本，可能會(huì)得到更廣泛地運(yùn)用。另外，長(zhǎng)久儲(chǔ)存氫氣也是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的課題，英國(guó)政府為該項(xiàng)科研攻關(guān)提供了6800萬(wàn)英鎊。

03英國(guó)氫能四大應(yīng)用場(chǎng)景

要想擴(kuò)大氫能經(jīng)濟(jì)，進(jìn)入真正清潔高效的氫能社會(huì)，必須為氫能找到應(yīng)用場(chǎng)景。英國(guó)為氫能運(yùn)用找到了4個(gè)主要的場(chǎng)景。

1． 工業(yè)生產(chǎn)的原料和燃料。英國(guó)設(shè)立了3．15億英鎊的工業(yè)能源轉(zhuǎn)換基金，以支持工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的碳減排技術(shù)。英國(guó)耗資2000萬(wàn)英鎊進(jìn)行工業(yè)燃料轉(zhuǎn)換競(jìng)賽，刺激對(duì)燃料轉(zhuǎn)換工藝和技術(shù)的早期投資。該項(xiàng)目在推進(jìn)新燃料轉(zhuǎn)換開發(fā)方面取得了巨大的成功－世界上首次以商業(yè)規(guī)模級(jí)供應(yīng)氫氣燃燒制造水泥和石灰的示范。綠色釀酒廠基金使用1000萬(wàn)創(chuàng)新基金，資助一系列不同計(jì)劃，以幫助釀造工業(yè)走向綠色生產(chǎn)。在資助的第一階段17個(gè)可行性研究中，有9項(xiàng)針對(duì)低碳?xì)涞氖褂�。英�?guó)耗資4000萬(wàn)進(jìn)行紅色柴油燃料轉(zhuǎn)換競(jìng)賽，旨在將用于采石、采礦和建筑的非道路移動(dòng)機(jī)械從紅色柴油轉(zhuǎn)換為氫氣或其他低碳燃料。

2． 電力行業(yè)的脫碳。英國(guó)的目標(biāo)是完全脫碳，到2050年實(shí)現(xiàn)可靠、低成本的電力系統(tǒng)，可再生能源的發(fā)展一直是主要推動(dòng)力。為了滿足CB6，英國(guó)力爭(zhēng)到2030年代中期實(shí)現(xiàn)電力行業(yè)的低碳化。隨著更多行業(yè)轉(zhuǎn)向電氣化，對(duì)電力的需求將增加，可再生能源的部署將進(jìn)一步擴(kuò)大，將越來(lái)越依靠風(fēng)能和太陽(yáng)能，發(fā)電將變得更加分散、多變和間歇性。為了支持這種轉(zhuǎn)變，需要更加靈活的儲(chǔ)能和需求側(cè)響應(yīng)技術(shù)，以管理需求高峰并平衡電力所需。低碳?xì)湓谶@個(gè)領(lǐng)域?qū)�發(fā)揮戰(zhàn)略作用。首先電解和儲(chǔ)存技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)靈活性。另外，基于氫氣混合燃燒或100％氫氣燃燒的氫氣鍋爐、渦輪機(jī)、熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)等低碳設(shè)備正在抓緊研發(fā)制備。

3．建筑行業(yè)的供暖和生活燃料。供暖占英國(guó)建筑物排放的74％和英國(guó)所有碳排放的23％，這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)建筑物仍然使用天然氣取暖和日常生活。為了實(shí)現(xiàn)2050年的低碳目標(biāo)，需要開始逐漸采用低碳燃料，如低碳?xì)洌�該需求預(yù)計(jì)在2035年達(dá)到45TWh。相關(guān)工作正在廣泛開展。在英格蘭西北部實(shí)施的的Hynet及其北部實(shí)施的H21項(xiàng)目，以及國(guó)家電網(wǎng)牽頭的HyNTS和 LTS Futures項(xiàng)目都在探索天然氣網(wǎng)絡(luò)內(nèi)氫氣的分配和運(yùn)輸。英國(guó)商務(wù)能源與產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略部（BEIS）資助的2500萬(wàn)英鎊的Hy4Heat主要用于100％氫氣使用設(shè)備的開發(fā)和演示，并為氫氣加熱工程師制定了技能認(rèn)證框架。根據(jù)英國(guó)“十點(diǎn)計(jì)劃”所預(yù)定的，將在2023年實(shí)現(xiàn)村莊規(guī)模的氫加熱實(shí)驗(yàn)；將在2025年打造氫能城鎮(zhèn)平臺(tái)。H100法夫鄰里實(shí)驗(yàn)（H100 Fife Neighbourhood Trial）將在2023年提供世界上第一個(gè)天然氣到戶網(wǎng)絡(luò)。該實(shí)驗(yàn)提供的氫氣可為300個(gè)家庭提供供暖和烹飪。這些氫氣是利用當(dāng)?shù)睾Ｉ巷L(fēng)電生產(chǎn)。該項(xiàng)目由天然氣公司SGN負(fù)責(zé)，多家企業(yè)如Cadent、NGN等和蘇格蘭政府協(xié)助參與。H100實(shí)驗(yàn)還將收集消費(fèi)者氫氣使用習(xí)慣，提供基本的研究資料，為建設(shè)和運(yùn)用氫網(wǎng)絡(luò)以及以后的電網(wǎng)改造工程提供依據(jù)。

4．在交通領(lǐng)域的運(yùn)用。交通領(lǐng)域的碳排放是英國(guó)溫室氣體排放的最大貢獻(xiàn)者，占27％。氫能在這一領(lǐng)域的減排作用被寄予厚望。氫能可以直接作為燃料在現(xiàn)有動(dòng)力設(shè)備中使用，也可以借助燃料電池進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。氫能可以為公交車、火車、重型交通工具等設(shè)備提供一種低碳方案，也可以為航運(yùn)和航空等無(wú)法完全脫碳的行業(yè)提供解決方案。如圖所示，英國(guó)目前道路上有超過(guò)300輛氫燃料電池汽車。英國(guó)將啟動(dòng)ZEBRA計(jì)劃，設(shè)定柴油車的禁止銷售日期，也將投資1．2億英鎊資金交付1400輛零排放公交車。

Hyseas項(xiàng)目旨在提供一艘采用無(wú)碳?xì)渥鳛槟茉吹目瓦\(yùn)渡輪。該船計(jì)劃在奧克尼及其周邊地區(qū)運(yùn)營(yíng)，使用的氫氣由可再生能源在島上生產(chǎn)。HyFlyer Ⅰ和Ⅱ?yàn)閆eroAvia提供了1500萬(wàn)英鎊資金，用于六座飛機(jī)的氫燃料電池系統(tǒng)改裝并完成首飛。在該資金的繼續(xù)支持下，公司繼續(xù)將燃料電池系統(tǒng)提升至19座飛機(jī)，并計(jì)劃于2024年提出首款產(chǎn)品。H2GEAR項(xiàng)目投資2700萬(wàn)英鎊用于液氫推進(jìn)器系統(tǒng)。該項(xiàng)目由GKN Aerospace承擔(dān)并計(jì)劃于2026年提出第一代氫動(dòng)力飛機(jī)。此外，氫還可以用于提煉和生產(chǎn)可持續(xù)航空燃料，可在短期碳減排中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

04總結(jié)

1．氫能應(yīng)用場(chǎng)景開發(fā)應(yīng)著眼全局，廣泛布局，聯(lián)動(dòng)發(fā)展。比如關(guān)于氫氣法律法規(guī)的修訂；關(guān)于氫氣燃燒用設(shè)備的研發(fā)（包括日常用的生活器件，如氫氣燃?xì)庠詈痛笮驮O(shè)備，如燃?xì)廨啓C(jī)）；關(guān)于氫能行業(yè)從事人才的資格認(rèn)定等等。氫能應(yīng)用需注重多元化，促使整個(gè)工業(yè)的低碳化發(fā)展。

2．氫能是一個(gè)正在快速發(fā)展且閉合的產(chǎn)業(yè)鏈。在該領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)先不僅能創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，還能帶動(dòng)高質(zhì)量就業(yè)，如英國(guó)預(yù)計(jì)在2030年氫能可以產(chǎn)生9億英鎊總附加值并提供9000個(gè)崗位，在2050年提供100000個(gè)崗位。18世紀(jì)，蒸汽機(jī)在英國(guó)發(fā)明，帶動(dòng)了第一次工業(yè)革命，使英國(guó)完成財(cái)富積累，奠定了世界大國(guó)地位。如今，英國(guó)在氫能發(fā)展方面展現(xiàn)出雄心壯志，表示要在2025年初步實(shí)現(xiàn)1GW低碳?xì)洚a(chǎn)能，在2030年進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)5GW的低碳?xì)洚a(chǎn)能。英國(guó)也不止一次在該《國(guó)家氫能戰(zhàn)略》中指出，希望在氫能產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域保持世界一流的領(lǐng)先地位。美國(guó)能源部（DOE）最近也上馬了30多個(gè)氫能項(xiàng)目，總統(tǒng)拜登也簽署行政令支持FCEV的發(fā)展。氫能風(fēng)口逐漸形成，競(jìng)爭(zhēng)開始加劇，誰(shuí)能乘勢(shì)而上，引流潮流，接下來(lái)10年至關(guān)重要。