上海能源用氢供给现状浅析

李宗云

上海浦江特种气体有限公司

0 前言

以阳光、风力、水力等可再生能源发电，再用这些绿色电力将水电解制成氢气，由氢和空气中的氧气发生电化学反应产生电流，通过电动机驱动汽车、轮船甚至飞机。氢能自1839年格罗夫发明燃料电池以来，在人类面临环境、气候等严峻挑战的背景下，近年来以碳排放为零的美丽颜值，以高能量密度的客观实力，跃然出现在人们的眼前（见图1）。

图1 燃料电池原理图

无论各路专家的褒贬不一，无论业内同行的论证纷繁，无论政策出台的慎之又慎，上海着力发展氢能已是铁板钉钉。

作为氢能基础设施行业的长期从业者，上海浦江特种气体有限公司（以下简称“公司”）“氢”身经历了十余年的行业发展过程，“氢”耳听见了众多观点和想法，“氢”眼看到了国内及全球氢能同行的探索和成就。本文仅对上海能源用氢的供给状况作一个简单的分析，以供广大同行及专家参考（见图2）。

图2 浦江气体氢能车辆加气

1 副产氢是上海能源用氢供应的雄厚基础

上海南部有化工区和上海石化，化工企业副产氢气。上海北部有宝钢集团，冶金过程副产氢气（见图3）。

图3 浦江气体加氢站

1.1 上海化学工业区

上海化学工业区，位于杭州湾北岸，上海市的最南端，是国家级经济技术开发区，国家首批新型工业化示范基地和国家绿色环保生态示范园。园区内聚集了诸如石油化工、煤化工、氯碱化工、尼龙制造等企业的副产氢气，累计产量可达5万m3/h。随着化工区产业链的不断丰富发展，“十四五”末，副产氢产量有望进一步增加，达到满足3万辆各类氢能源车辆的用氢需求(见图4)。

图4 上海化学工业区

1.2 上海石化

位于金山区的上海石化在炼油过程中也可副产大量氢气。据报道，上海石化炼厂氢气产量可达20万t/a，其中部分可以供应给能源用氢市场（见图5）。

图5 上海金山石化制氢装置

1.3 宝钢集团

宝钢集团位于宝山区，上海市的最北端，中国宝武在当地的钢铁生产基地每年的氢能生产量可达上百万吨，它们是冶金过程中的工业副产品。随着中国宝武继续开疆拓土、联合重组，氢的拥有量会大幅增加（见图6）。

图6 宝武钢铁集团

2 生物质燃气制氢是上海绿色氢气供应的宝贵创新

公司联合上海城投老港基地正共同探索创新，拟将“物料利用的终点变成绿色能源的源头”。

2019年7月1日，《上海市生活垃圾管理条例》实施，上海率先启动垃圾分类，这为垃圾制氢奠定了基础。

垃圾填埋气体（沼气）是生活垃圾填埋后，在填埋场内被微生物分解，产生的以CH4和CO2为主要成分的混合气体。

目前，国内主要对垃圾填埋气体（沼气）进行发电，但为了更好地利用沼气资源，增加能源的回收率，提高项目的经济性和环保性，实现CO2零排放，可利用沼气提纯压缩成为高纯度CH4后，开展CH4水蒸气重整制得高纯度氢气和食品级CO2，这是实现沼气利用高端化、提升能源效益并实现CO2零排放的有效途径(见图7)。

图7 绿氢制取及碳捕获工艺

据不完全统计，上海日产湿垃圾约8 000 t，可产生沼气80 000 m3/h。如全部用于制氢，可满足1.5万辆燃料电池车辆的用氢需求。

3 上海在传统化工、能源设施发展过程中积累了丰富的管道资源，可为氢能产业大规模发展新用

众所周知，氢能产业链上游为氢气的“制、储、运、加”。按照目前鱼雷管束车的运力，倘若上海实现万辆氢燃料电池车，那么平均约5 min就要从工厂发一辆管束车出去，这将给交通带来很大的压力。

上海不仅有丰富的副产氢气和绿色制氢资源，也有丰富的输氢管道资源。以申能（集团）有限公司为例，构建的管网输配燃气产业链，已形成上海市“6+1”（西气一线、二线、进口LNG、川气、东海气、西气崇明及五号沟应急储备）天然气多气源保障体系。截至2019年底，就申能（集团）有限公司的地下管线，已近2.6万km，这些管网有部分管廊可以考虑铺设氢气运输干线。此外，华谊集团、上海石化也有化工管道资源，可经改造，为能源用氢输送所用。这也将是上海氢能供应过程中的重要支撑。

4 立足上海、服务长三角和东部沿海地区，建立以上海为中心的能源用氢调峰基地

能源制造的平稳性和能源应用的波动性是一对矛盾。因此，调峰电厂、调峰气站等传统的调峰设施已相对完备，而氢作为一种新兴能源，也将面临峰谷调节的课题。上海利用副产氢的资源禀赋，发展海上风电、化工副产氢、生物质制氢、管网输氢、氨平衡氢等多种手段，可建设长三角能源用氢调峰基地，在长三角一体化的战略背景下，以氢能为手段助推长三角的“碳达峰”“碳中和”目标实现。

5 建立发展净零排放的可再生能源制氢长期目标

近年来，西北地区光伏发电制氢吸引了很多人的关注。其实，上海等沿海地区拥有丰富的海上风电。欧美国家于本世纪初期就已开展了风电制氢相关技术及可行性研究，并通过项目运行验证技术可行性。我国从2010年起，已逐步开展建设示范项目，持续进行此方面的探索。

西部，光伏、风电制氢。东部，海上风电制氢。东西联动，发展净零排放的可再生能源制氢的长期目标。

本文认为，东西联动，在氢气输送方面有“两纵三横”可供选择。东部沿海地区作为负荷中心，西部地区作为资源中心，可以形成绿色制氢联动发展的格局。“两纵”为纯氢存储（低温液氢、高压管束）、化合物储氢（金属氢化物、甲醇等醇类、有机液态储氢）。“三横”为海陆运输氢或氢化物、管道直接送氢至局域管网或就地制取甲烷至国家管网、就地电解制氢或送电制氢（绿电）见图8。

图8 浦江气体氢气输送“两纵三横”体系

6 缜密分工、高效协同，形成产业联盟是氢能产业发展的科学模式

上海有雄厚的产业链基础，早在2007年上海即成立了以同济大学、华谊、上汽、壳牌、大众、通用等大型企业为主的“上海燃料电池汽车商业化促进中心”。2019年，上海石化、申能集团、新奥能源、浦江气体等联合发起筹备了“长三角氢能基础设施产业联盟”，为全国首个定位于氢能基础设施的产业联盟。2021年，上海市节能协会在上海市政府有关部门的支持下，成立了“上海市氢能产业发展专业委员会”，积极发挥行业组织的桥梁、纽带作用，推动氢能产业发展。

上海化学工业区、宝钢集团等副产氢气，浦江气体提纯、压缩、运输，保障了氢源供应。上海目前已有9座加氢站在运营，同时上海市政府规划了78座加氢站也正在有条不紊地开展建设，保障了基础加氢设施。

在加氢站建设领域，有舜华新能源、氢枫能源、上海海德利森等知名企业。

在氢燃料电池电堆及系统领域，拥有捷氢科技、上海重塑、上燃动力、未势能源、上海青氢科技、上海氢晨、神力科技、上海清能、博氢新能源、上海新源动力、骥翀氢能等知名企业，技术水平在国内处于领先地位。

在燃料电池关键零部件领域，拥有上海治臻、唐锋新能源、济平新能源、河森电气等知名企业。

在检测认证方面，拥有上海机动车检测认证技术研究中心、上海电器科学研究所等机构。

在整车制造方面，上海拥有上汽集团、申龙客车等汽车企业，其中上汽已具备氢燃料电池车整车制造能力。在氢燃料电池车运营商领域，拥有上海轻程、氢车熟路、上海驿动、上海顺祥等知名企业。

在上海市科委的推动下，政、产、学、研、用联动研发，同济大学、交通大学、华东理工大学等高校与上海市企业不断有新的研发成果出现，在催化剂、金属双极板、电堆系统、氢气大规模输送、70 MPa加氢站自主研发等方面，均取得了重大进步。

7 从“切肤之痛”开始，扎实形成政策链，方可催生产业链，形成价值链

本文认为，氢能发展大势所趋，也是我国各级政府的环境政策、能源政策、产业政策支持的重点。但是，发展氢能还是要从行业、企业的“切肤之痛”着手，形成示范的落地办法、氢能支持的可行路径、推广的确切模式。

只有加氢站建设有积极性了、财政补贴走顺了、氢车上牌障碍消除了，政策才能有效。只有形成有效的政策链，方可催生产业链，最终形成价值链。