为了在激烈的全球竞争和产业加速变革背景下保持英国航空航天业的优势地位,英国政府于2014年通过航空航天增长伙伴关系(Aerospace Growth Partnership,AGP)与工业界联合创建了航空航天技术研究所(ATI),负责制定并落实英国航空航天技术研发和投资战略。
为推进英国航空氢能技术的发展,ATI自2019年起就开始资助氢能飞机研究项目。在其2022年发布的“零碳飞行”(FlyZero)项目研究报告中,明确了绿色液氢是未来零碳飞行最为可行的燃料选项,给出了在2050年前氢动力支线飞机、窄体飞机和中型宽体飞机的设计概念并梳理了13项关键技术。2023年4月,英国商业和贸易部向ATI投资130万英镑启动氢能力网络(HCN)计划,以确定英国的氢能力研究差距并促进英国各地的利益相关者合作。HCN的目标是保障英国在零碳排放航空领域的长期战略优势,以实验基础设施、科研能力和人才技能为三个核心支柱推动航空氢能技术和产业的发展。经过一年的调研,ATI与来自英国的260多个利益相关方进行了交流并组织了系列研讨会,最终于2024年5月发布了首份英国液氢研究能力战略报告,明确了英国当前最亟需解决的问题并给出了下一步计划,确定了三大优先行动项。
1.测试基础设施:建立中型规模的氢能测试中心,提供所需的测试基础设施、液氢供应和专业知识,以满足英国航空测试需求。
分析与建议:基于对英国19个重要航空机构的调研,报告预测到2030年平均每季度的航空液氢测试需求量将达到11~12吨。为了提高效率并满足需求,HCN认为建立对英国本土机构开放的液氢测试中心是最优解决方式。经现场调研和走访,报告建议至少需要建立2个中心,选址推荐为:位于巴克斯(英国北部)的英国健康与安全执行局实验室和位于菲尔顿(英国南部)的空客工厂。
行动项:HCN将确保两个中心的建设和调试,并制定战略以支持未来十年的氢测试需求。该战略将明确更大规模的氢能测试、取证以及在代表性机场环境中开展演示验证的需求。其将考虑英国液氢的供应,并与政府共同探索建立一个价格激励机制。
2.技术研发:实施低温氢材料测试标准(CHyMES)的合作战略研究计划,推进产品设计和认证。
分析与建议:根据调研,行业反馈亟需推进低温材料测试标准化工作。标准和测试方法的研发是一个非竞争性领域,不仅将使整个英国供应链受益,更可加快技术的研发。为了使低温技术在2030年达到技术成熟度6,增加英国在该领域的专业知识并提供战略优势,使更大规模的测试成为可能,HCN设立了一个为期4年的合作战略研究计划——低温氢材料测试标准(Cryogenic Hydrogen Materials Testing Standards,CHyMES)项目。该项目将对低温氢相关材料的测试方法进行开发、验证和标准化,并向英国供应链共享研究数据和成果。
HCN还指出,低温氢领域研究需要一个总体战略,使科研工作与工业需求保持一致。通过组织工业界和学术界开展系列研讨,HCN确定的该领域战略研究课题如下:低温氢气流体热力学;低温氢(操作人员的)健康与安全;低温氢环境中的材料基本特性。
行动项:HCN将与英国国家物理实验室和其他高校一同继续推进CHyMES项目,并将发布一篇关于国际低温材料测试研究情况的报告。同时,HCN将就上述战略研究课题分别组织专家团队进行论证和分解,并与英国工程和自然科学研究委员会、英国研究与创新机构一同策划专题资助项目,为研究提供政策和资金保障。
3.技能:启动试点计划以加速培养低温和液氢系统所需人才。
分析与建议:英国正在努力招募并培养合格且有经验的人员以支持氢能技术(特别是低温氢技术)发展。HCN对英国锂电池、人工智能等快速发展领域的技能培训情况进行了调研,并对其成功经验进行了总结。
行动项:HCN明确的下一步工作计划包括:
建立“航空氢能”社区:通过举办系列企业参访和研讨会等方式,建立航空氢能领域学者和研究人员的关系网络并促进交流。
目标:建立一个英国及国际氢能博士/就业机会的公开数据库。
训练支持:为参与上述会议和训练的人员提供助学金。
近业借调和学习:积极推动相关行业氢能技术向航空领域的转移,并积极引进行业内一流的国际专家。
探索并入职业继续教育学分登记系统(Continuing Professional Development,该系统成立于1996年,是英国最高级别的独立职业继续教育学分认证和授予机构):与教育部门共同推进氢能研究进入继续教育学分登记系统。
同时,HCN将会在行动项1(氢实验中心)和行动项2(技术研发项目)中提供“在实践中学习”的模块,并将同AGP、英国氢能技术联盟一同编制并发布英国航空氢能技术人才发展战略。
【延伸阅读】2023中国氢能技术与产业发展报告
为践行党的十九大关于“建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系,促进生态文明建设”的总体要求,推动中国氢能产业高质量发展,2018年,在国家发展和改革委员会、科学技术部、工业和信息化部、财政部、交通运输部、国家能源局、国务院国有资产监督管理委员会等多家部委和中国科协的指导下,由国家能源投资集团有限责任公司牵头,联合19家我国能源生产、装备制造、交通运输、基础材料等领域的大型骨干企业、知名高校科研院所、金融机构共同发起成立了中国氢能源及燃料电池产业创新战略联盟(简称“中国氢能联盟”)。
目前,中国氢能联盟成员单位已经增加到201家。其中,中央企业及所属单位24家,地方国有企业40家,高校科研院所23家,民营企业80家,外资及在华机构34家。2023年12月30日,中国氢能联盟发布了《2023中国氢能技术与产业发展报告》,以下是该文主要内容,供读者了解、参考。
氢能作为构建清洁低碳、安全高效能源体系的重要抓手在全球范围内的关注度稳步提升。截至2023年12月底,全球已有包括中国在内的50余个国家和地区发布国家级氢能发展战略。
在积极应对气候变化和应对能源危机双重要求下,欧美日韩等国家与地区加快制定不同类型氢能的碳排放标准,进一步提高氢能发展目标,日本《氢能基本战略》(修订版)将氢能目标由2017年提出的500~1000万吨调整为2040年1200万吨(含氨)和2050年2000万吨(含氨);德国新版《国家氢能战略》(2023年)将2030年国内电解水制氢目标由2020年版的5吉瓦提高到至少10吉瓦,氢能需求量从90~110太瓦时提高至95~130太瓦时;同时持续拓宽氢能多元的氢能应用场景,日本将氢能应用场景拓展至钢铁、化工、航空等“难以减排领域”,并积极推动氢氨燃料在煤电领域应用;韩国新版氢能规划将氢能应用已扩展至钢铁和化工等重点碳排放领域。
国内来看,2023年,我国加快部署氢基绿色能源示范项目,相继建设技术标准、装备检测等公共服务平台,氢能“制—储—输—用—服”主要技术和生产工艺自主化水平稳步提高,各环节均取得亮点成效。
政策标准方面,国家首个氢能标准政策出台,氢能“1+N”政策体系持续完善。根据氢界大数据平台统计,截至2023年12月底,国家层面共制定氢能专项政策3项,涉氢政策近百项。
专项政策方面,《氢能产业标准体系建设指南(2023版)》出台,旨在到2025年基本建立支撑氢能全链条发展的标准体系,制修订30项以上氢能国家和行业标准,同时打通产业链上下游的关键环节。
涉氢政策方面,氢能作为低碳能源、绿色产业、新型电力系统重要一环,被写入包括《绿色低碳先进技术示范工程实施方案》《绿色产品指导目录》《新型电力系统发展蓝皮书》等多个文件。地方公开发布氢能专项政策超420项,多地由发展规划转为落地实施政策,对项目投资、氢能产品等方面制定多元化支持政策,努力解决经济性不足等行业痛点问题。大连给予1000千克/日及以上加氢站建设250万元定额补贴,给予不超过20元/千克加注氢气补贴,进一步降低加氢站建设和运营成本;广东、吉林等地方政府发布制氢加氢一体站政策,支持制氢在非化工园区开展,站内制氢规模最高可达3000千克/日;克拉玛依推出对可再生氢及氢基产品(如绿氨、绿色甲醇)补贴政策,对于氢气产能大于5000吨/年的风光制氢一体化项目主体可在2024年获得补贴3000元/吨,2025年获得补贴1500元/吨。
制氢环节,代表性可再生能源制氢示范项目建成运行,一体化、规模化制氢项目进入实施期。根据氢界大数据平台统计,截至2023年12月,我国共建成运营可再生氢项目58个;合计项目规模达到654兆瓦,同比增长26.3%。宁东可再生氢碳减排示范项目光伏并网发电,首批6台电解槽吊装就位;新疆库车万吨级规模化绿氢示范项目全面建成投产。在大规模用氢项目建设驱动下,我国电解槽单体规模加快向大标方迈进,3000标方碱性电解槽下线,兆瓦级PEM电解槽成为主流。海上风电制氢取得突破,海上风电无淡化海水原位直接电解制氢技术完成中试。央企积极联合国际能源企业,在中亚、北非等地推动。
储运环节,我国正推动氢能长距离、大规模输送体系建设,30兆帕管束车下线投用,氢气中短距离管道投用,长距离管道开始建设。根据氢界大数据平台统计,截至2023年12月,我国已建成运营氢气管道总长度超150千米,甘肃玉门油田首条中长距离输氢管道正式对外输氢。液氢、固态储氢、有机液态储氢加快研发,40立方米民用液氢罐车开建,吨级镁基固态储运氢车下线,液态有机储氢加氢站供氢示范项目在佛山开工。
加注环节,交通联动工业成为加氢基础设施建设新模式,各地依托不同产业基础布局制氢加氢一体站。根据氢界大数据平台统计,2023年,加氢站总数超过420座,同比增长19.6%。一方面,可再生能源制氢示范项目推动加氢基础设施建设。宁东可再生氢碳减排示范项目配套2座加氢站完成中交,新疆首个离网光伏“绿氢制储加用”一体化项目在库尔勒投产。另一方面,各地依托资源禀赋不同,建设制氢加氢一体化站推动氢能供应。鄂尔多斯、长春等地风光制氢一体化站促进本地风光等可再生能源消纳,佛山天然气制氢一体站解决氢源成本高、供应难等问题。
应用环节,化工、冶金领域加快规模化示范,轨道、船舶等重型交通领域突破显著,能源领域应用稳步推进。工业方面,吉林松原万吨级绿色氢氨醇一体化项目开工,百万吨级氢基竖炉项目在广东点火。交通方面,中国500千瓦氢燃料电池动力示范船“三峡氢舟1号”在湖北实现首航,全球最大功率氢能机车“宁东号”在山西下线。能源方面,燃料电池发电/热电联产装机超过19兆瓦,同比增长44%;燃氢轮机/煤掺氨燃烧技术实现突破,兆瓦级燃氢轮机下线,600兆瓦燃煤发电机组掺氨燃烧在广东试验成功。
公共服务领域,氢能关键装备检测实证基地建设填补国内装备检测行业空白,碳氢市场协同发展取得关键进展。绿色氢能关键装备检测实证基地建立完整的氢能装备质量和氢气品质评价技术体系,填补行业空白。一体化移动式燃料电池用氢气质量分析仪入选第三批能源领域首台(套)重大技术装备(项目)。全球首个氢燃料电池汽车碳减排方法学、首个可再生能源制氢减排方法学获联合国清洁发展机制执行理事会(CDMEB)审批通过,分别成为CDM机制第101个小型方法学和第124个大型方法学。
展望2024年,我国将总结当前一体化示范项目运营典型经验,进一步推动规模化“风光氢储用”一体化项目示范;加强氢能科技创新与工程示范结合的政策导向,重视科技创新与信息共享;加快开展相关氢能标准制修订,完善标准体系和检测认证服务能力建设;进一步完善涉氢项目审批及验收机制,优化机制政策,降低项目整体运营成本。