上海能源用氫供給現狀淺析

李宗云

上海浦江特種氣體有限公司

0 前言

以陽光、風力、水力等可再生能源發電，再用這些綠色電力將水電解制成氫氣，由氫和空氣中的氧氣發生電化學反應產生電流，通過電動機驅動汽車、輪船甚至飛機。氫能自1839年格羅夫發明燃料電池以來，在人類面臨環境、氣候等嚴峻挑戰的背景下，近年來以碳排放為零的美麗顏值，以高能量密度的客觀實力，躍然出現在人們的眼前（見圖1）。

圖1 燃料電池原理圖

無論各路專家的褒貶不一，無論業內同行的論證紛繁，無論政策出臺的慎之又慎，上海著力發展氫能已是鐵板釘釘。

作為氫能基礎設施行業的長期從業者，上海浦江特種氣體有限公司（以下簡稱“公司”）“氫”身經歷了十余年的行業發展過程，“氫”耳聽見了眾多觀點和想法，“氫”眼看到了國內及全球氫能同行的探索和成就。本文僅對上海能源用氫的供給狀況作一個簡單的分析，以供廣大同行及專家參考（見圖2）。

圖2 浦江氣體氫能車輛加氣

1 副產氫是上海能源用氫供應的雄厚基礎

上海南部有化工區和上海石化，化工企業副產氫氣。上海北部有寶鋼集團，冶金過程副產氫氣（見圖3）。

圖3 浦江氣體加氫站

1.1 上?；瘜W工業區

上?；瘜W工業區，位于杭州灣北岸，上海市的最南端，是國家級經濟技術開發區，國家首批新型工業化示范基地和國家綠色環保生態示范園。園區內聚集了諸如石油化工、煤化工、氯堿化工、尼龍制造等企業的副產氫氣，累計產量可達5萬m3/h。隨著化工區產業鏈的不斷豐富發展，“十四五”末，副產氫產量有望進一步增加，達到滿足3萬輛各類氫能源車輛的用氫需求(見圖4)。

圖4 上?；瘜W工業區

1.2 上海石化

位于金山區的上海石化在煉油過程中也可副產大量氫氣。據報道，上海石化煉廠氫氣產量可達20萬t/a，其中部分可以供應給能源用氫市場（見圖5）。

圖5 上海金山石化制氫裝置

1.3 寶鋼集團

寶鋼集團位于寶山區，上海市的最北端，中國寶武在當地的鋼鐵生產基地每年的氫能生產量可達上百萬噸，它們是冶金過程中的工業副產品。隨著中國寶武繼續開疆拓土、聯合重組，氫的擁有量會大幅增加（見圖6）。

圖6 寶武鋼鐵集團

2 生物質燃氣制氫是上海綠色氫氣供應的寶貴創新

公司聯合上海城投老港基地正共同探索創新，擬將“物料利用的終點變成綠色能源的源頭”。

2019年7月1日，《上海市生活垃圾管理條例》實施，上海率先啟動垃圾分類，這為垃圾制氫奠定了基礎。

垃圾填埋氣體（沼氣）是生活垃圾填埋后，在填埋場內被微生物分解，產生的以CH4和CO2為主要成分的混合氣體。

目前，國內主要對垃圾填埋氣體（沼氣）進行發電，但為了更好地利用沼氣資源，增加能源的回收率，提高項目的經濟性和環保性，實現CO2零排放，可利用沼氣提純壓縮成為高純度CH4后，開展CH4水蒸氣重整制得高純度氫氣和食品級CO2，這是實現沼氣利用高端化、提升能源效益并實現CO2零排放的有效途徑(見圖7)。

圖7 綠氫制取及碳捕獲工藝

據不完全統計，上海日產濕垃圾約8 000 t，可產生沼氣80 000 m3/h。如全部用于制氫，可滿足1.5萬輛燃料電池車輛的用氫需求。

3 上海在傳統化工、能源設施發展過程中積累了豐富的管道資源，可為氫能產業大規模發展新用

眾所周知，氫能產業鏈上游為氫氣的“制、儲、運、加”。按照目前魚雷管束車的運力，倘若上海實現萬輛氫燃料電池車，那么平均約5 min就要從工廠發一輛管束車出去，這將給交通帶來很大的壓力。

上海不僅有豐富的副產氫氣和綠色制氫資源，也有豐富的輸氫管道資源。以申能（集團）有限公司為例，構建的管網輸配燃氣產業鏈，已形成上海市“6+1”（西氣一線、二線、進口LNG、川氣、東海氣、西氣崇明及五號溝應急儲備）天然氣多氣源保障體系。截至2019年底，就申能（集團）有限公司的地下管線，已近2.6萬km，這些管網有部分管廊可以考慮鋪設氫氣運輸干線。此外，華誼集團、上海石化也有化工管道資源，可經改造，為能源用氫輸送所用。這也將是上海氫能供應過程中的重要支撐。

4 立足上海、服務長三角和東部沿海地區，建立以上海為中心的能源用氫調峰基地

能源制造的平穩性和能源應用的波動性是一對矛盾。因此，調峰電廠、調峰氣站等傳統的調峰設施已相對完備，而氫作為一種新興能源，也將面臨峰谷調節的課題。上海利用副產氫的資源稟賦，發展海上風電、化工副產氫、生物質制氫、管網輸氫、氨平衡氫等多種手段，可建設長三角能源用氫調峰基地，在長三角一體化的戰略背景下，以氫能為手段助推長三角的“碳達峰”“碳中和”目標實現。

5 建立發展凈零排放的可再生能源制氫長期目標

近年來，西北地區光伏發電制氫吸引了很多人的關注。其實，上海等沿海地區擁有豐富的海上風電。歐美國家于本世紀初期就已開展了風電制氫相關技術及可行性研究，并通過項目運行驗證技術可行性。我國從2010年起，已逐步開展建設示范項目，持續進行此方面的探索。

西部，光伏、風電制氫。東部，海上風電制氫。東西聯動，發展凈零排放的可再生能源制氫的長期目標。

本文認為，東西聯動，在氫氣輸送方面有“兩縱三橫”可供選擇。東部沿海地區作為負荷中心，西部地區作為資源中心，可以形成綠色制氫聯動發展的格局?！皟煽v”為純氫存儲（低溫液氫、高壓管束）、化合物儲氫（金屬氫化物、甲醇等醇類、有機液態儲氫）?！叭龣M”為海陸運輸氫或氫化物、管道直接送氫至局域管網或就地制取甲烷至國家管網、就地電解制氫或送電制氫（綠電）見圖8。

圖8 浦江氣體氫氣輸送“兩縱三橫”體系

6 縝密分工、高效協同，形成產業聯盟是氫能產業發展的科學模式

上海有雄厚的產業鏈基礎，早在2007年上海即成立了以同濟大學、華誼、上汽、殼牌、大眾、通用等大型企業為主的“上海燃料電池汽車商業化促進中心”。2019年，上海石化、申能集團、新奧能源、浦江氣體等聯合發起籌備了“長三角氫能基礎設施產業聯盟”，為全國首個定位于氫能基礎設施的產業聯盟。2021年，上海市節能協會在上海市政府有關部門的支持下，成立了“上海市氫能產業發展專業委員會”，積極發揮行業組織的橋梁、紐帶作用，推動氫能產業發展。

上?；瘜W工業區、寶鋼集團等副產氫氣，浦江氣體提純、壓縮、運輸，保障了氫源供應。上海目前已有9座加氫站在運營，同時上海市政府規劃了78座加氫站也正在有條不紊地開展建設，保障了基礎加氫設施。

在加氫站建設領域，有舜華新能源、氫楓能源、上海海德利森等知名企業。

在氫燃料電池電堆及系統領域，擁有捷氫科技、上海重塑、上燃動力、未勢能源、上海青氫科技、上海氫晨、神力科技、上海清能、博氫新能源、上海新源動力、驥翀氫能等知名企業，技術水平在國內處于領先地位。

在燃料電池關鍵零部件領域，擁有上海治臻、唐鋒新能源、濟平新能源、河森電氣等知名企業。

在檢測認證方面，擁有上海機動車檢測認證技術研究中心、上海電器科學研究所等機構。

在整車制造方面，上海擁有上汽集團、申龍客車等汽車企業，其中上汽已具備氫燃料電池車整車制造能力。在氫燃料電池車運營商領域，擁有上海輕程、氫車熟路、上海驛動、上海順祥等知名企業。

在上海市科委的推動下，政、產、學、研、用聯動研發，同濟大學、交通大學、華東理工大學等高校與上海市企業不斷有新的研發成果出現，在催化劑、金屬雙極板、電堆系統、氫氣大規模輸送、70 MPa加氫站自主研發等方面，均取得了重大進步。

7 從“切膚之痛”開始，扎實形成政策鏈，方可催生產業鏈，形成價值鏈

本文認為，氫能發展大勢所趨，也是我國各級政府的環境政策、能源政策、產業政策支持的重點。但是，發展氫能還是要從行業、企業的“切膚之痛”著手，形成示范的落地辦法、氫能支持的可行路徑、推廣的確切模式。

只有加氫站建設有積極性了、財政補貼走順了、氫車上牌障礙消除了，政策才能有效。只有形成有效的政策鏈，方可催生產業鏈，最終形成價值鏈。