氢能产业顶层规划出台 钢铁应用再添新机遇——《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》解读

氢能产业顶层规划出台 

 

钢铁应用再添新机遇——《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》解读

 

信息研究所副所长 

 

于治民

 

导语

 

氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源，对减少二氧化碳等温室气体排放、实现碳达峰碳中和目标具有重要意义。近日，国家发展改革委、国家能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》（以下简称《规划》）。《规划》作为我国首部国家级氢能产业顶层政策文件，在研判全球氢能产业发展形势，总结我国氢能产业发展成效、分析存在问题基础上，提出了氢能产业三大战略定位、四项发展原则，明确氢能产业发展目标，并围绕氢能制、储、输、用各关键环节，以及氢能安全和公共服务等，提出了四方面重点任务。

 

《规划》统筹谋划、整体布局氢能全产业链发展，既是能源绿色低碳转型的重要抓手，也为促进我国氢能产业科学、有序、健康发展指明了方向。笔者结合钢铁行业就《规划》中相关工作要点进行解读分析，供探讨和参考。

 

一

 

氢能制取——清洁低碳为主

 

《规划》确定了氢能清洁低碳发展原则，并提出发展目标。到2025年，可再生能源制氢量达到10-20万吨/年，成为新增氢能消费的重要组成部分，初步建立以工业副产氢和可再生能源制氢就近利用为主的氢能供应体系。《规划》要求，结合资源禀赋特点和产业布局，因地制宜选择制氢技术路线，着力构建清洁化、低碳化、低成本的多元制氢体系，重点发展可再生能源制氢，严格控制化石能源制氢。《规划》目标为钢铁企业在氢能供给侧带来新发展机遇。

 

（一）充分利用钢铁企业副产氢优势

 

《规划》提出，优先利用工业副产氢，鼓励就近消纳，降低工业副产氢供给成本。目前我国氢气年产量约为3300万吨/年，主要以化石能源制氢和工业副产氢为主，煤制氢和天然气制氢占比近80%，氯碱、焦炉煤气、丙烷脱氢等工业副产氢占比约20%。我国钢铁企业以长流程为主，一般都配备焦化厂，钢铁企业通常将富余焦炉煤气用来发电或出售，一定程度上造成优质能源的价值错配。当前一段时期内，焦炉煤气制氢一方面可大幅降低氢气制备成本，另一方面，也避免了“化石能源发电—电解水制氢”过程能源转化的能量损失。

 

（二）充分开发钢铁企业可再生资源

 

《规划》提出开展可再生能源制氢示范，逐步扩大示范规模，探索季节性储能和电网调峰。虽然我国可再生能源制氢体量不大，但发展态势很积极，可再生能源装机量全球第一，在清洁低碳的氢能供给上具有巨大潜力。钢铁企业可利用厂房屋顶建设分布式光伏发电系统，铁矿企业可充分利用尾矿库建设风光一体发电站，开展可再生能源制氢项目，有效推进钢铁企业能源结构调整。

 

 

 

二

 

氢能储运——安全可控为先

 

《规划》提出安全为先的原则，把安全作为氢能产业发展的内在要求。《规划》明确指出，要稳步构建储运体系，以安全可控为前提，积极推进技术材料工艺创新，支持开展多种储运方式的探索和实践。逐步构建高密度、轻量化、低成本、多元化的氢能储运体系。氢能储运等基础设施建设为钢铁材料营造新的应用场景。

 

（一）氢能储运方式多元化

 

《规划》提出，提高高压气态储运效率，加快降低储运成本，有效提升高压气态储运商业化水平。开展掺氢天然气管道、纯氢管道等试点示范。氢能利用以就地生产、就地消费为主，氢气的运输距离相对较短。我国现阶段主要以高压气态长管拖车运输为主，管道运输仍为短板弱项，氢气管道里程约400公里，在用管道仅有百公里左右。随着我国氢能应用范围逐步扩大，氢气管网将成为低成本运氢的必然趋势。

 

（二）加氢站建设快速增长

 

《规划》提出部署建设一批加氢站，探索站内制氢、储氢和加氢一体化的加氢站等新模式。对于氢燃料电池汽车等小而分散的终端用氢需求，加氢站是必不可少的中转环节。截至目前，全国共有22个省市布局了加氢基础设施，累计建成各类加氢站200座，在营加氢站超过157座，已经超过147座的日本位居世界首位，主要服务于公共汽车、物流车和卡车等。

 

由于氢气与钢铁存在氢脆现象，储运氢气对储运材料有特殊要求。因此如何实现经济、高效、安全的储氢技术是氢能利用走向实用化、产业化的关键。国内相关储运氢气材料研究仍处于初期阶段，关键零部件、材料仍然依赖进口。面对未来广阔的氢能应用场景，钢铁企业可布局研究开发用于加氢站、储运罐、输氢管道等的钢材品种。

 

 

 

三

 

钢铁应用——稳慎示范为上

 

《规划》提出稳慎应用，示范先行的原则，不搞齐步走、一刀切，严禁“跑马圈地”。《规划》明确坚持点线结合、以点带面，因地制宜拓展氢能应用场景，稳慎推动氢能在工业等领域的多元应用。钢铁工业的氢能应用场景主要有以下两方面：

 

（一）氢能冶金

 

《规划》提出，不断提升氢能利用经济性，开展以氢作为还原剂的氢冶金技术研发应用，探索氢能在工业生产中作为高品质热源的应用，扩大工业领域氢能替代化石能源应用规模。开展以氢作为还原剂的氢冶金技术研发应用是钢铁行业绿色低碳发展重要途径之一，钢铁企业氢能应用潜力巨大。2021年，我国粗钢产量为10.35亿吨，按照中钢协重点统计钢铁企业549kgce的综合能耗进行初步测算，钢铁行业能源消耗总量为5.68亿吨标准煤，如果钢铁行业10%的能源消耗以氢能替代，则需要氢气约1163万吨，可减排二氧化碳约1.9亿吨，对我国实现碳达峰碳中和目标具有重大意义。

 

近年来，我国部分钢铁企业联合科研机构积极开展氢能冶金技术探索和研究，并进行工业性试验，取得一定成效。中国宝武、河钢集团、建龙集团等大型钢铁联合企业带头开展了氢能冶金试验示范。2022年2月，中国宝武湛江钢铁零碳示范工厂百万吨级氢基竖炉工程正式开工，该项目是国内首套百万吨级氢基竖炉，也是首套集成氢气和焦炉煤气进行工业化生产的直接还原生产线。

 

（二）清洁运输

 

《规划》提出，立足本地氢能供应能力、产业环境和市场空间等基础条件，结合道路运输行业发展特点，重点推进氢燃料电池中重型车辆应用，在矿区、港口、工业园区等运营强度大、行驶线路固定区域，探索开展氢燃料电池货车运输示范应用。据有关数据统计，2021年，我国氢能重卡在新能源重卡中销量增速最快，同比增长超33倍，2021年前9月交付客户的氢能重卡有400余台，远超2020年17台的销量。“柴改氢”是推进氢能应用的一个重要的方向，预计到2050年，将有超过50%重型卡车将氢燃料电池作为发动机。

 

按照钢铁行业超低排放A级企业标准要求，清洁运输比例必须达到80%以上，氢能重卡的应用对钢铁企业环保创A工作有重要的现实意义。2021年7月，河钢集团首批次30辆49吨氢能重卡投入运营，主要用于从唐山港京唐港区到唐钢新区之间的货物运输，这是我国首条市场化运营的氢能重卡运输线。荣程众和自用氢能源项目是天津市首个氢能运输示范应用场景，项目包括一座加氢站和11辆氢能重卡。

 

 

 

四

 

结语与建议

 

“十四五”期间，地方政府和钢铁企业要充分认识发展氢能产业与合理利用氢能对我国实现双碳目标的重要意义，准确把握氢能替代的趋势和新发展机遇，强化责任担当，积极主动适应，提前谋划布局，努力作出贡献。

 

（一）统筹规划，合理布局

 

一是地方政府层面，应充分领会和理解《规划》内涵，结合国家氢能产业部署，立足当地氢能产业发展基础和资源禀赋条件，先试先行；研究探索“工业副产氢+可再生能源发电制氢—氢能冶金”全产业链发展的支持性政策；协同推进氢能制取、储运、应用等基础设施建设，加快推进钢铁行业“以氢减碳”“以氢代碳”的试验、示范、推广和应用。有条件的地方可规划打造“工业副产氢—氢能冶金+可再生能源发电制氢—氢能物流”等氢能应用产业示范园区，引领氢能与钢铁创新发展。

 

二是钢铁企业层面，要紧跟绿色低碳发展要求，抓住工业副产氢发展新机遇，积极研究编制煤气平衡诊断与利用规划、新能源发电制氢规划，探索氢能在钢铁企业应用新技术、新场景。

 

（二）标准引领，协同发展

 

一是围绕钢铁行业氢能制、储、输、用等全产业链关键核心技术、材料和装备开展标准体系建设，构建清洁化、低碳化、低成本的多元制氢和用氢体系，充分发挥标准的规范和引领作用，指导氢能在钢铁行业不断向绿色化、低碳化发展。

 

二是鼓励龙头企业积极参与各类标准研制工作，尤其是已经布局氢能冶金的钢铁企业，占领标准先机。推动氢冶金关键核心技术和安全技术协同发展，加强氢气泄漏检测报警以及氢能相关特种设备的检验、检测等先进技术研发，确保氢能利用安全可控。

 

三是积极参与国际氢能标准化活动，加强与氢能技术领先的国家和地区开展项目合作，坚持共商共建共享原则，探索开展氢能贸易、基础设施建设、产品开发等标准化合作。

 

（三）专利布局，规避风险

 

截至目前，全球氢能冶金相关专利申请主要集中在富氢高炉、氢基竖炉和氢基熔融还原等方面，近两年国内企业专利申请数量显著增加，但仍亟需系统的专利布局，以规避知识产权风险。钢铁企业和科研机构应充分利用知识产权工具保护好科研成果，同时借助专利分析主动关注竞争对手，积极开展海外专利布局，提升企业综合竞争力。