英國于今年8月17日發(fā)布了首個國家氫能戰(zhàn)略，該戰(zhàn)略清晰地描述了英國發(fā)展氫能的原因、氫能發(fā)展現狀以及如何進一步發(fā)展氫能，展現出了占領氫能制高點的野心。

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。英國制定了2035年碳排放相比于1999年減少78％的減排目標（Carbon Budget Six，CB6）和在2050年減少碳排放100％的“凈零”目標，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，氫能生產過程中也會產生不同程度的碳排放，因此氫能也被分為灰氫、藍氫和綠氫三種。

01英國低碳氫來源
英國于今年8月17日發(fā)布了首個國家氫能戰(zhàn)略，該戰(zhàn)略清晰地描述了英國發(fā)展氫能的原因、氫能發(fā)展現狀以及如何進一步發(fā)展氫能，展現出了占領氫能制高點的野心。

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。英國制定了2035年碳排放相比于1999年減少78％的減排目標（Carbon Budget Six，CB6）和在2050年減少碳排放100％的“凈零”目標，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，氫能生產過程中也會產生不同程度的碳排放，因此氫能也被分為灰氫、藍氫和綠氫三種。

英國對各種可能的氫生產方式及其對應的成本和碳排放做了整理，如表1所示。英國政府將于2022年初啟動2．4億英鎊的氫能基金，用于鼓勵氫能的早期生產，并設立6000萬英鎊的專項資金用于低碳氫研發(fā)。

表1 英國氫能生產方式總覽

如表1所示，生物能源與碳捕獲和儲存技術（BECCS）能夠創(chuàng)造非常多的負碳排放，據政府間氣候變化專業(yè)委員會介紹該技術是一個實現低大氣濃度二氧化碳目標的關鍵技術，但該技術需要進一步的科研創(chuàng)新和發(fā)展。目前傳統(tǒng)且大量使用的氫氣生產方式具有非常高的碳排放，碳捕捉、利用與封存技術（CCUS）技術能夠減少該過程中產生的二氧化碳。利用可再生能源制氫是另一種降低氫能生產碳排放的重要技術，英國是海上風電利用最多的國家，并將持續(xù)擴大產能，希望2030年能夠達到40GW。故而英國目前打算采用“雙軌”制氫的方式：基于電解模式制氫和基于CCUS模式制氫，力圖打造多個基于CCUS和海上風電制氫的低碳化工業(yè)集群，如圖1所示。該機構UK Research and Innovation （UKRI） Industrial 在Decarbonisation Challenge項目中將為該計劃配套資金1．7－2．61億英鎊。英國公司ITM Power、Johnson Matthey 和 Ceres Power在該行業(yè)領域具有領先地位。

圖1． 英國電解水項目和CCUS項目產業(yè)集群

02氫氣的儲運解決方案

當解決了低碳氫的生產來源之后，第二個需要解決的問題便是氫氣的輸運與存儲。氫氣輸運分為管道輸運和非管道輸運。該戰(zhàn)略對管道輸運進行了比較詳細地論述。首先，英國打算在現有天然氣管道中加入20％左右的氫氣，從而讓氫氣真正服務于廣大終端消費者。為此，對Project Union項目立項以解決其中的安全問題、立法問題和收費問題等；第二，英國打算建立全新的用于100％輸送氫氣的管道，由Ofgem資助的H21項目應運而生，該項目主要從事純氫管道的工業(yè)層級的應用示范性研究。

氫氣存儲分為三個方面。一種辦法是采用專業(yè)的儲存容器，這種辦法能夠存儲的氫氣能量可以達到MWh。具有前期投資成本低，容易部署，容易獲得的優(yōu)點。另一種辦法是采用地下存儲的方式，如地下鹽穴，枯竭的可燃氣或油田，這種方法可以存儲大量的氫氣，能夠達到TWh的儲存量級。鑒于氫能預計在供熱中的廣泛運用，地下存儲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）和金屬儲氫的方式，這些方式會隨著研究和創(chuàng)新降低成本，可能會得到更廣泛地運用。另外，長久儲存氫氣也是一個具有挑戰(zhàn)性的課題，英國政府為該項科研攻關提供了6800萬英鎊。

03英國氫能四大應用場景

要想擴大氫能經濟，進入真正清潔高效的氫能社會，必須為氫能找到應用場景。英國為氫能運用找到了4個主要的場景。

1． 工業(yè)生產的原料和燃料。英國設立了3．15億英鎊的工業(yè)能源轉換基金，以支持工業(yè)生產過程中的碳減排技術。英國耗資2000萬英鎊進行工業(yè)燃料轉換競賽，刺激對燃料轉換工藝和技術的早期投資。該項目在推進新燃料轉換開發(fā)方面取得了巨大的成功－世界上首次以商業(yè)規(guī)模級供應氫氣燃燒制造水泥和石灰的示范。綠色釀酒廠基金使用1000萬創(chuàng)新基金，資助一系列不同計劃，以幫助釀造工業(yè)走向綠色生產。在資助的第一階段17個可行性研究中，有9項針對低碳氫的使用。英國耗資4000萬進行紅色柴油燃料轉換競賽，旨在將用于采石、采礦和建筑的非道路移動機械從紅色柴油轉換為氫氣或其他低碳燃料。

2． 電力行業(yè)的脫碳。英國的目標是完全脫碳，到2050年實現可靠、低成本的電力系統(tǒng)，可再生能源的發(fā)展一直是主要推動力。為了滿足CB6，英國力爭到2030年代中期實現電力行業(yè)的低碳化。隨著更多行業(yè)轉向電氣化，對電力的需求將增加，可再生能源的部署將進一步擴大，將越來越依靠風能和太陽能，發(fā)電將變得更加分散、多變和間歇性。為了支持這種轉變，需要更加靈活的儲能和需求側響應技術，以管理需求高峰并平衡電力所需。低碳氫在這個領域將發(fā)揮戰(zhàn)略作用。首先電解和儲存技術能夠實現系統(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、熱電聯(lián)產系統(tǒng)等低碳設備正在抓緊研發(fā)制備。

3．建筑行業(yè)的供暖和生活燃料。供暖占英國建筑物排放的74％和英國所有碳排放的23％，這是因為大多數建筑物仍然使用天然氣取暖和日常生活。為了實現2050年的低碳目標，需要開始逐漸采用低碳燃料，如低碳氫，該需求預計在2035年達到45TWh。相關工作正在廣泛開展。在英格蘭西北部實施的的Hynet及其北部實施的H21項目，以及國家電網牽頭的HyNTS和 LTS Futures項目都在探索天然氣網絡內氫氣的分配和運輸。英國商務能源與產業(yè)戰(zhàn)略部（BEIS）資助的2500萬英鎊的Hy4Heat主要用于100％氫氣使用設備的開發(fā)和演示，并為氫氣加熱工程師制定了技能認證框架。根據英國“十點計劃”所預定的，將在2023年實現村莊規(guī)模的氫加熱實驗；將在2025年打造氫能城鎮(zhèn)平臺。H100法夫鄰里實驗（H100 Fife Neighbourhood Trial）將在2023年提供世界上第一個天然氣到戶網絡。該實驗提供的氫氣可為300個家庭提供供暖和烹飪。這些氫氣是利用當地海上風電生產。該項目由天然氣公司SGN負責，多家企業(yè)如Cadent、NGN等和蘇格蘭政府協(xié)助參與。H100實驗還將收集消費者氫氣使用習慣，提供基本的研究資料，為建設和運用氫網絡以及以后的電網改造工程提供依據。

4．在交通領域的運用。交通領域的碳排放是英國溫室氣體排放的最大貢獻者，占27％。氫能在這一領域的減排作用被寄予厚望。氫能可以直接作為燃料在現有動力設備中使用，也可以借助燃料電池進行能量轉換。氫能可以為公交車、火車、重型交通工具等設備提供一種低碳方案，也可以為航運和航空等無法完全脫碳的行業(yè)提供解決方案。如圖所示，英國目前道路上有超過300輛氫燃料電池汽車。英國將啟動ZEBRA計劃，設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項目旨在提供一艘采用無碳氫作為能源的客運渡輪。該船計劃在奧克尼及其周邊地區(qū)運營，使用的氫氣由可再生能源在島上生產。HyFlyer Ⅰ和Ⅱ為ZeroAvia提供了1500萬英鎊資金，用于六座飛機的氫燃料電池系統(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，并計劃于2024年提出首款產品。H2GEAR項目投資2700萬英鎊用于液氫推進器系統(tǒng)。該項目由GKN Aerospace承擔并計劃于2026年提出第一代氫動力飛機。此外，氫還可以用于提煉和生產可持續(xù)航空燃料，可在短期碳減排中發(fā)揮關鍵作用。

04總結

1．氫能應用場景開發(fā)應著眼全局，廣泛布局，聯(lián)動發(fā)展。比如關于氫氣法律法規(guī)的修訂；關于氫氣燃燒用設備的研發(fā)（包括日常用的生活器件，如氫氣燃氣灶和大型設備，如燃氣輪機）；關于氫能行業(yè)從事人才的資格認定等等。氫能應用需注重多元化，促使整個工業(yè)的低碳化發(fā)展。

2．氫能是一個正在快速發(fā)展且閉合的產業(yè)鏈。在該領域的技術領先不僅能創(chuàng)造經濟效益，還能帶動高質量就業(yè)，如英國預計在2030年氫能可以產生9億英鎊總附加值并提供9000個崗位，在2050年提供100000個崗位。18世紀，蒸汽機在英國發(fā)明，帶動了第一次工業(yè)革命，使英國完成財富積累，奠定了世界大國地位。如今，英國在氫能發(fā)展方面展現出雄心壯志，表示要在2025年初步實現1GW低碳氫產能，在2030年進一步實現5GW的低碳氫產能。英國也不止一次在該《國家氫能戰(zhàn)略》中指出，希望在氫能產業(yè)領域保持世界一流的領先地位。美國能源部（DOE）最近也上馬了30多個氫能項目，總統(tǒng)拜登也簽署行政令支持FCEV的發(fā)展。氫能風口逐漸形成，競爭開始加劇，誰能乘勢而上，引流潮流，接下來10年至關重要。