广州“氢”装上阵,“概念热”如何变成“市场热”?

原标题:广州“氢”装上阵,“概念热”如何变成“市场热”?

2020年起,氢能被国家统计局纳入到能源统计体系。随着京津冀、珠三角、长三角氢能产业初具规模,氢能已有成为国内清洁能源新风口的架势。

“氢能热”并非国内能源行业的首次大潮。“富煤、缺油、少气”的能源结构促使中国一直积极布局新能源产业,从光伏发电、风能发电再到甲醇燃料、锂电池汽车,多年来各地从政府到民间均不乏大手笔投资。

广州市从2017年着手发展氢能源产业,并在今年7月颁布《广州市氢能产业发展规划(2019-2030)》(下称“《广州氢能规划》”),成为国内首个将氢能列入能源系统来统筹谋划氢能产业发展的城市。

但如同许多新兴产业,“氢能热”首先烧旺的是概念和产业上游,囿于成本等因素,下游市场尚待培育。那么,身为探路者之一的广州,如何把“概念热”变成“市场热”?

一条公交线

今年6月,15台氢能燃料电池车加入了广州公交388线。每天早七点到晚九点,它们从黄埔区南岗总站(国际玩具礼品城)与科学城南部公交总站同时出发,驶往对面总站,行驶距离近20公里,共停靠35个站点。

这些氢能公交车车顶安装有氢气瓶,高于普通车型,达3.5米,蓝色车身上的“黄埔·氢能”字样更是引人注目。作为广州市目前唯一一条氢能源车示范运营线,其筹备工作早在2019年3月便已开始。尽管路线不长、车辆不多,但氢能源汽车产业链条长、技术门槛高,核心关键零部件、氢能系统集成、整车制造、实际承载应用单位、氢气供应、氢气加注各环节牵一发而动全身,打通上下游颇为不易。

最终,15台氢能公交车的关键部件“氢堆”来自两家上市企业雄韬股份、穗恒运共同合资组建的广州雄韬氢恒科技有限公司,整车采购自南京金龙客车制造有限公司,运营维护则由广州公交集团第三汽车有限公司承担。每辆公交车每天需加13公斤左右的氢气,而广州目前唯一试运营的加氢站位于开发区西区,气源主要采购自多地的工业副产氢。

除各环节企业的协作,政府补贴也是重要推动力。负责388线运营的广州公交集团第三汽车有限公司第四分公司副经理湛锦恩告诉南都记者,一台氢能公交整车采购价约为250万元,相当于柴油车的5倍、纯电动车的1.5倍。此外,氢气的市场单价约为每公斤68元,行驶每公里的成本是纯电动车的四倍。但在黄埔区政府的支持下,氢能公交的实际运营成本与纯电动车持平。

黄埔区是广州氢能产业的核心区。截至今年7月,黄埔区已引进20个氢能项目,总投资超40亿元,建成3座加氢站,并拟建设总面积近两百公顷的国际氢能产业园。

不过,388线的氢能公交并非市场选择,它更像一个广告,一个新兴产业的探路者。若想让氢能进入寻常百姓家,这条路并不好走。

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广州公交集团第三汽车有限公司投入运营的氢燃料电池公交车。南都记者 何玉帅 摄

一笔“用氢账”

氢气贵是制约大规模商用的关键因素。据了解,根据原料来源和制取技术的不同,现在国内一公斤氢气制取成本约在5-30元,本身已不算低;如果压缩成高压气态,经过储运环节,加到汽车上很少低于80元。如果没有补贴,几乎没有下游企业愿意负担。

氢气的成本,仅是氢能源产业投资成本的冰山一角。以氢能基础设施加氢站为例,据美国加利福尼亚州能源局2018年的一项工作汇报,一座外供氢高压氢气站的建设成本为200万美金,液氢加氢站和电解水加氢站的成本则分别高达280万和320万美金。

另一方面,加氢站审批政策规定尚未完备,审批流程较为复杂,归口管理单位和建设标准还不明确,各地都在摸索之中。

实际上,经济成本居高不下的背后,是典型的“鸡生蛋、蛋生鸡”难题。目前,氢能源成本高的一大原因是下游市场还未准备配套设施,无法开展规模生产,而上游产品高昂的价格,又反过来抑制了下游的消费欲望。企业因为无法把握供需关系,大多举棋不定,互相观望,唯恐出现“有车无站、有站无气、有气无车”的尴尬局面。

与民营企业主要关注经济成本不同,参与氢能源产业的政府和国有企业,还需从能源战略的角度综合考虑社会与环境成本。例如,“灰氢”(制氢过程中产生较多碳排放的氢能,如煤炭、石油、天然气制氢)固然成本低,但碳排放高,是否与发展氢能的初衷南辕北辙?“绿氢”(制氢过程完全无碳排放的氢能,如太阳能风能发电后电解水制氢)虽然环保,但中国煤炭储量丰富,煤工业发展多年,难道要弃如敝履?

除成本难题外,缺乏核心技术、关键零部件生产能力不够、原材料依赖进口等问题都是需要跨越的一道道坎。

技术“卡脖子”

一个业内公认的现状是:中国氢能的发展落后世界先进水平数年,有些领域甚至差距数十年。不仅欧美在氢能领域深耕多年,掌握了多项核心技术,邻邦日韩在过去十年也投入不菲,取得不少成果。

更为棘手的是,国内氢能源产业的技术“卡脖子”现象并非局限于某项技术、某个环节,而是几乎贯穿了制氢、储氢、运氢、加氢、用氢的整个链条。

部分原因在于,氢能源产业本身的技术门槛较高。

国内的“灰氢”制取技术已经基本成熟,并有多项制氢催化剂的自主知识产权,但稳定的碳捕捉和封存技术及低成本“绿氢”技术仍在研发中。例如,中国科学院院士李灿提出,可以利用西部光伏发电和风能发电的富余电力,电解水生产“绿氢”,其可行性和成本正在工业化验证中。

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中国科学院院士李灿。南都记者 梁炜培 摄

氢气的储运更是世界级难题。氢气的体积能量密度小,与汽油相比,同样是占一升空间,一升常压氢气的能量很少,储存起来并不经济。国内的主流解决方案是将氢气压缩成高压气态后运输。但同时,氢分子是最小的分子,氢气是最容易泄漏的气体,且易燃易爆炸,这些特性对气瓶瓶身、阀盖、阀门的材质要求异常严苛。

目前国产气瓶仅能储运35兆帕的氢气,70兆帕气瓶仍依赖进口。这意味着,在搭载相同气瓶数量的情况下,国外氢能源汽车的续航里程是国内的两倍。

在用氢环节,当下最为普遍的用氢方式是氢燃料电池组,又称氢堆、电堆等。氢气进入氢堆后,会和氧气发生化学反应,生成电离子,产生动力。目前,日本在氢能燃料电池领域拥有的优先权专利占全球的50%左右,并在多个关键技术领域处于领先。国内虽起步较晚,近几年进展亦十分迅猛。到2019年底,国内采用自主技术建设的膜电极生产线超过5条,关键技术指标正逐步接近国际先进水平,成本快速降低。部分公司已成功研发出具有自主知识产权的氢动力系统。

引进与创新

由于国内相关技术起步晚,氢能产业研发端企业往往面临自主研发与引进技术的抉择。

南都记者采访的多位业内人士与专家均认为,尽管“市场换技术”短期来看有必要性,但如果放松科研投入,忽视自主知识产权,便有可能落入“引进-落后-再引进”的怪圈。从海外的经验来看,氢能源领域的研发投入动辄上亿,需要政府及资本的决心。

去年12月,广州市能源上市国企恒运集团和广州市开发区牵头组建了氢能母基金,目前总规模6亿,通过基金的方式寻找培育氢能企业。恒运集团引进和氢能部总经理李迎庆认为,引进国外的先进技术是必要的,但要注重在国内配备具有承接、消化、吸收、升级技术、技术转化能力的团队,要通过国际技术合作等方式大力发展自主知识产权。

为此,恒运集团牵头成立广州市中德氢能源研究院,该项目于今年1月获批,与欧洲的顶尖科研单位、企业合作,共建氢能中国工程化、本地化、产业转化平台。

作为膜电极和燃料电池电催化的顶尖专家,叶思宇和他的团队则是带着技术来到广州黄埔区,2018年11月,叶思宇担任鸿基创能科技(广州)有限公司副董事长和首席技术官,专注氢能燃料电池的核心零部件——膜电极的研发。2019年初,鸿基创能发布了首款拥有自主知识产权的膜电极产品Hykey1.0。

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据悉,Hykey1.0研发过程中采用了国际先进的双面直涂工艺、封装技术和胶黏剂技术,产品比国外进口产品的性能提升35%,成本下降了30%。

叶思宇同样认为,作为后来者,引进技术和人才是必要的,关键在于同时找到自己的技术路线。“必须细分到具体的技术环节,比如自己到底是哪里不如别人,为什么?哪个环节我有优势,能够赶超?”

实验到市场

技术在实验室诞生,只是氢能应用的第一步。

创立摩氢科技有限公司前,王戈便吃过实验室到市场“水土不服”的亏,身体力行地实践了“理想很美好、现实很痛苦”。多年来,王戈专注于甲醇重整制氢路线,这一技术的核心原理是,采用可再生的甲醇作为氢的载体,在使用时,把甲醇转化为氢气,“随制随用”。

这种技术有效解决了氢气运输、存储、加注及安全的痛点难题,可以延用现有能源基础设施,不必再兴建加氢站,极大降低了用氢成本,被国际能源专家认为是发展氢能源最理想的方案之一。

王戈回忆,2016年他们就有甲醇燃料电池发电的产品面世,当时他所在的公司接到了为通信基站长期持续供电的订单,且生产成本计算可以盈利,研发团队很受鼓舞,迅速开始生产、销售、运维甲醇燃料电池发电机产品。

然而,在实际市场化推广使用过程中,却发现产品设备故障频繁,效率低、能耗高、寿命短等多种问题都难以解决,看似赢利其实是亏损。卖得越多亏得越多,最后只能与客户沟通结束订单,在此领域造成了极大的负面影响。

“经历惨痛的失败教训,我们开始研究解决方案,积极与国际领先技术接轨,并着重看他们的产品是否有实际落地运营的经验。”王戈说。最后摩氢科技选择与日本东芝开展技术合作,研发长寿命(设计寿命80000小时)甲醇重整制氢燃料电池电站及热电联产系统,可广泛应用离网无电地区的长期持续发电。目前,己经开始在5G通讯基站、南疆牧区、文旅民宿及国家大熊猫自然保护区示范应用。

“如果没有应用在产品上,技术达到世界先进又如何?”叶思宇认为,将实验室中先进的技术和市场上先进的制造业连接起来,对产品进行验证,是中国氢能产业亟需突破的瓶颈,而这正是政府投入资金开通示范运营线的意义所在。

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鸿基创能实验室。南都记者 马强 摄

湛锦恩透露,388线运营的一大任务便是为厂家搜集信息、提供反馈,比如,促进设计改善,提高用户体验;记录报错信息,提醒厂家调试等等。“我们在使用中不断发现问题,才能支持技术不断迭代。”

业内强强联合

对于接下来的发展,广州已有目标。《广州氢能规划》中提出,到2022年广州将完成氢能产业链关键企业布局,预计实现产值200亿元以上;到2025年,初步建成氢能产业链,预计实现产值600亿元以上;到2030年,建成氢能产业体系,预计实现2000亿元以上。

总体来看,广州市背靠多所科研单位和高校,具有人才优势;人流物流量大,5G基站正在规划建设中,市场前景广阔;经济基础雄厚,财政实力足以支持氢能行业早期投资。

鉴于氢能源涉及的技术原理复杂、种类繁多,未来哪条技术路径将率先突出重围实现大规模商用还有待观察。目前来看,大部分发力氢能的城市都处于企业寻求政府资源和政府引入优秀团队的双向选择中。

李迎庆认为,氢能源技术门槛高,不仅需要专业人才有行业经验积累,还需要持续的资金投入,因此行业内部的“强强联合”和龙头企业带动下的产业集聚,将是广州氢能源发展提速的重要策略。

王戈也对记者表达了同样的观点,“我们这行,技术、经验、资金缺一不可,尤其是前期的研发,投入是巨大的,一般企业根本做不了。”

就在一个多月前,恒运集团发起成立广州市氢能产业发展联合会并担任会长,参与了广州氢能国际产业园的筹划、选址工作。李迎庆表示,恒运的目标是在广州建成一个真正聚集了国内外行内头部企业的氢能产业园,产业链上的各个企业做各自最擅长的事、发挥各自最强优势,相互找到资源结合点,避免重复投资、同质化竞争,打通氢能产业个体发展难的困境,形成全产业链上下游有机合作,打造广州氢能全产业发展的格局。

当钱、技术、人才、政策方方面面到位之后,或许还需要一点耐心。李迎庆预计,未来两三年,将一直是广州氢能产业的推广、示范阶段,“广州应该充分利用后发优势,不用急功近利追求大规模化,要给企业技术投入留窗口期,给民族企业成长时间。”

见证了广州公交车多次技术革新的湛锦恩则乐观许多,“2003年左右广州全面推广LPG(液化石油气)公交车,2013年左右全面推广LNG(液化天然气)公交车,2018年就全部推纯电动公交车了。间隔期在缩短,也许氢气过两三年就能推广了呢?技术的发展,有时不是我们想象中那么循规蹈矩。”

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采写:南都记者 冯芸清 实习记者 蒋模婷

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