俄罗斯氢能源开发现状及未来发展

杨明清 杨一鹏

（1.中国石化石油工程技术服务有限公司；2.四川大学匹兹堡学院）

氢是宇宙中分布最广泛的物质，构成了宇宙质量的75%。氢燃烧热值高，是汽油的3倍、酒精的3.9倍、焦炭的4.5倍。氢燃烧的产物是水，是世界上最清洁的能源[1]。为实现“碳达峰”、“碳中和”目标，欧美、日韩、澳大利亚、俄罗斯等国家纷纷出台鼓励氢能源产业发展的政策，一些国家将其上升到了国家战略高度。俄罗斯是能源生产、消费、出口大国，俄罗斯专家一直致力于寻找清洁能源，保持其世界能源领域中的霸主地位[2]。我国能源消费以化石能源为主，碳排放较高，石油、天然气进口依存度较大，急需寻求低碳高效能源，绿氢能源有望成为实现“碳达峰”、“碳中和”战略的重要组成部分[3]。2019年我国政府工作报告首次明确“推进加氢等设施建设”；2020年我国提出了“2030碳达峰”及“2060碳中和”的目标，将氢能源发展列入“十四五”规划，并制定了《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》；2020年9月，北京市发布了《氢燃料电池汽车产业发展规划（2020—2025年）》，提出2025年推广1万辆氢燃料电池汽车的目标；2025、2030年我国将分别建成300、1 500座加氢站，10年间年复合增速达31.1%，到2050年加氢站数量将达1万座，行业产值达12亿元。2021年，中石化宣布“十四五”期间将建立1 000座加氢站。氢能源发展展现出强劲势头。

1 俄罗斯氢能源开发历程

20世纪30年代，莫斯科高等技术学校进行了汽车发动机加氢对汽油的影响研究，1941年，由于卫国战争，研究被迫停止，该研究并没有取得明显效果。1961年，前苏联宇航员加加林环绕地球飞行，他所驾驶的宇宙飞船加入了氢燃料，证明氢能源作为动力的可能性。20世纪70年代，由于石油危机，加之氢能源对环境污染较小，前苏联科学家认识到氢能源的重要性，重新开始进行相关科学研究。20世纪80年代至2000年，俄罗斯加大了科研投入，在“暴风雪”号航天飞机、“S184-U34”潜艇动力装置、“图155”飞机等尝试使用氢能源，进行了一定的技术储备，促进了氢能源研发，但没有大规模应用氢技术[4]。2003年，俄罗斯成立了非营利性的全国氢能源协会，其宗旨为促进氢能源发展，在该协会的组织下，2006年，进行了氢能源汽车测试，这是俄罗斯首次进行氢能源汽车测试。2019年11月，在圣彼得堡进行了氢能源电车测试。2015年，俄罗斯签署了《联合国框架公约》，承诺在未来10年内碳排放量减半，正式与国际接轨。2020年5月，在莫斯科建造了俄罗斯首座加氢站。2020年6月，俄罗斯氢能源总产量约500×104t/a，主要来源于石油加工中的甲醇生产，同时，核电厂制氢开始研发。2020年6月，俄罗斯联邦政府总理米舒斯京批准了“2035年俄罗斯联邦能源战略”，该战略对氢能源进行了单独论述，氢能源进入快速发展阶段，为此，俄罗斯天然气工业公司、俄罗斯原子能公司、诺瓦泰克公司、高校及科研机构等加强了氢能源研发工作。2020年12月30日，俄罗斯总统普京在与总理米舒斯京举行的视频会议上，提出三年内建立市内氢能源公共汽车，三年后陆续建立氢能源火车。

2 俄罗斯氢能源开发现状

2.1 制定发展规划

2020年10月12 日，根据《巴黎气候协定》，俄罗斯联邦政府通过了《2024年俄罗斯联邦发展氢能源计划书》，主要包括8部分内容：制定氢能源发展战略规划，该部分已于2021年3月完成；制定国家层面氢能源发展支持政策；建立氢能源产能；确定氢能源试点项目，建立相关实验室；促进氢能源高端技术发展；完善氢能源国家标准及制度；培养氢能源领域人才；开展氢能源国际合作[5]。

2.2 确定试点公司

2.2.1 俄罗斯天然气工业公司

俄罗斯天然气工业公司（俄气公司）是俄罗斯最大的天然气生产企业，2013年，俄气公司计划每年生产36×104t氢气。2020年初，俄气公司提出了氢气输送战略，充分利用“西伯利亚力量”“土耳其流”“蓝流”“北溪-2”等输气管道进行氢气输送。2020年12月，俄气公司宣布成立子公司“氢气工业”，专门进行氢能源研发，基本思路为甲烷热解方式生产氢气。为了降低制氢成本，俄气公司计划在德国北部建立氢气生产厂，一方面可以充分运用德国的氢能源生产技术，另一方面可以充分运用“北溪”和“北溪-2”输送的天然气。俄气公司计划将工厂建在“北溪”和“北溪-2”天然气管道出口附近，利用管道输送的天然气，将生产的氢气及天然气在德国进行应用或反向输送回俄罗斯。2021年初，位于萨马拉和乌法的俄气子公司“俄气天然气运输公司”正在实施两个创新项目，研究甲烷生产氢气并进行输送。研究表明，天然气节约5%，CO2排放减少30%，NOx排放减少4.5倍，CO排放减少5倍。下一步，该公司将研发无碳氢气生产技术。此外该公司正在与德国和奥地利公司联合攻关，研究甲烷与氢气混合物在储气库中的安全贮存[6]。

2.2.2 俄罗斯诺瓦泰克公司

俄罗斯诺瓦泰克公司是俄罗斯重要的天然气生产商，是俄气公司的主要竞争对手，该公司主要从事天然气和LNG生产、运输和销售。2020年9月8日召开“天然气技术”会议，2020年10月，正式宣布进军氢能源产业，加大氢能源研发力度，增加俄罗斯氢能源产量，充分利用俄罗斯氢气管道优势，大规模输送氢气，降低输送成本，改变俄罗斯能源结构，持续保持俄罗斯气体能源领先优势。2020年12月，诺瓦泰克公司推出氢气项目，计划利用氢气代替传统天然气，用来生产LNG及发电，为此，与“西门子能源”公司合作，重新设计亚马尔LNG燃气轮机，所采用的燃料中氢气含量将达到60%[7]。

2.2.3 俄罗斯原子能公司

2019年9 月，俄罗斯原子能公司与俄罗斯铁路公司、运输控股公司签署了一项协议，该协议计划在萨哈林州建立氢能源研发基地，在氢燃料电池应用于铁路运输方面进行合作。2019年9月，俄罗斯原子能公司下属的海外公司与日本工商经济部自然资源和能源局签署了一项合作协议，计划在萨哈林岛共同开发氢能源，并出口日本。2020年，俄罗斯原子能公司在俄罗斯国内积极寻找新的合作伙伴，计划在国内建立两个生产、运输、储存、应用、出口一体化的氢能源基地。在萨哈林建立俄罗斯东部氢能源基地，为俄罗斯远东地区提供氢能源，并出口亚洲；在俄罗斯西部建立俄罗斯西部氢能源基地，为俄罗斯西部地区提供氢能源，并出口欧洲。2021年1月，俄罗斯原子能公司计划在摩尔曼斯克州科拉核电厂建立核能发电制氢试点项目，计划2～3年内，实现1.5 MW电能，在5～7年内实现4 MW电能，到2030年达到500 MW电能，1 MW电能可生产约200 m3/h氢气，相当于每年158 t。该项目成功实施将有助于解决摩尔曼斯克州能源供应问题[8]。

2.2.4 俄罗斯科研机构

2020年11 月，俄罗斯从事氢能源研发的高校及科研机构联合成立了研发团队，被称为“氢谷技术”团队。该团队包括氢能源研发、制取、储运和应用整个链条，计划与俄罗斯氢能源公司密切合作，共同推动氢能源开发。目前，该团队已经取得初步成效，俄罗斯国立核能研究大学建立了氢气制取及储存；托木斯克理工大学在实验室获得高纯度碳化钨，取代昂贵的铂催化剂，显著降低氢气成本；俄罗斯石油公司的联合研发中心研发了甲烷芳香化技术，可以从天然气和石油气中同时获取氢气和芳香烃产品，根据这一技术，每生产10×108m3天然气或石油气，产生10×108m3氢气和50×104t芳香烃，该技术能显著减少CO2排放量、降低能源生产成本、提高综合效益[9]。

2.3 建立加氢站

2020年5 月，俄罗斯科学院院长叶戈罗夫正式宣布，在莫斯科郊区切尔诺洛夫卡建立了俄罗斯第一座加氢站，并对外开放，标志着俄罗斯氢能源研发迈上新台阶。该加氢站每天最多可以给6辆车加氢，截至2021年1月1日，俄罗斯只有1辆氢能源汽车，为丰田米拉氢燃料汽车，该车重1 855 kg，加氢过程需要5～6 min，汽车加速到100 km/h需9.5 s，行驶100 km氢燃料费用约250卢布。该丰田米拉汽车加氢后预计行程480 km，前提是用70 MPa将氢燃料注满，但该加氢站加氢压力只能达到50 MPa，因此该汽车使用效率有所降低[10]。此外，该加氢站具有实验室功能，承担了氢能源方面的科研任务，如果俄罗斯的某些科研项目需要给氢燃料电池加氢，也由该加氢站完成。

3 俄罗斯氢能源展望及对我国的启示

3.1 俄罗斯氢能源开发优势

根据俄罗斯能源部分析，俄罗斯氢能源发展具有很大优势。科研方面，俄罗斯有强大的科研机构，包括大学、科研院所、企业等，在氢能源生产、运输、储存、使用等方面有了一定技术储备；生产方面，俄罗斯有丰富的油气资源，为氢能源生产提供基本保障，俄罗斯还有丰富的电能、核能、风能，为生产绿氢能源提供保障；运输方面，俄罗斯有丰富的天然气管道，可以依托这些管道进行氢能源运输，不需要大规模重复建设，为氢能源提供运输保障。俄罗斯科学家预测，15～30年后，俄罗斯氢能源生产和全球市场供应将占领先地位。此外，俄罗斯专家对氢能源生产能力进行了评估，以电解制氢方式为例，仅仅启用备用发电机能力，俄罗斯能源部预测每年可生产氢能源350×104t，俄罗斯战略发展中心基金会预测每年可生产500×104～600×104t，俄罗斯能源网络基础设施中心预测每年可生产190×104～350×104t。

3.2 俄罗斯氢能源未来发展

根据欧盟2035战略，俄罗斯将成为氢能源生产、消费、出口领先的国家，为实现这一目标，未来15年，俄罗斯拟采取一系列关键措施，主要包括6方面：

1）加强氢能源开发全过程立法支持，包括基础设施建设，生产、运输、存储、使用等环节.

2）加强氢能源生产力度，建立氢能源生产基地，包括天然气生产氢能、可再生能源生产氢能、核技术生产氢能等，提高氢能源产量。

3）加强氢能源生产技术研发，充分利用俄罗斯本土技术，国外先进技术国产化，降低氢能源生产成本，包括甲烷热解、电解等方法。

4）提高氢能源在能源消费中的比重，重点攻关氢能源运输、氢能源电池催化剂等技术，提高氢能源转化效率。

5）加强氢能源开发过程中安全管理，使氢能源成为安全、高效、清洁的能源。

6）加强氢能源研发国际合作，加大氢能源对外出口量，包括欧洲、亚洲等。采取这些措施后，俄罗斯氢能源比例将逐步增加，石油、天然气、煤炭等化石能源比例将逐步减少，到2024年，计划出口氢能源20×104t，2035年增至200×104t，俄罗斯氢能源生产和出口跻身世界领先行列，占世界氢能源市场10%～15%。

3.3 对我国的启示

我国与俄罗斯护互为邻国，中俄是很好的战略联盟关系，随着我国“一带一路”战略的实施，中俄两国已经在多个领域开展合作。俄罗斯在氢能源发展方面和我国具有很强相似性，对我国氢能源发展具有很好的启示。

1）加强顶层设计。近几年我国氢能源发展迅速，存在低水平重复建设的苗头，建议加强顶层设计，统筹考虑氢能、风能、电能、核能等资源，做好短期及长期发展规划，防范无序竞争和产能过剩风险，构建我国氢能源产业科学发展格局。

2）加强核心技术攻关。我国氢能源产业发展初具规模，但在关键材料、核心技术、基础设施建设、商业化推广模式等方面存在瓶颈，建议统筹考虑我国研发资源，集中优势研发力量，解决关键技术问题。

3）加强标准体系制定。现有原料氢的标准主要作为化工产品进行管理和约束，将氢作为能源，缺乏相应的标准，建议尽快建立氢能源标准体系，促进氢能源产业规范发展。

4）加强产业政策扶持。氢能源产业投入大、产出慢、技术含量高、政策依赖性强，建议加强宏观政策扶持，降低氢能源成本，促进氢能源产业快速发展。

5）加强国际合作。尽管我国氢能源产业取得一系列进步，但与日本、韩国、澳大利亚等国家相比还有差距，建议与这些国家开展合作，缩小差距；俄罗斯氢能源发展对我国具有借鉴意义，建议加强与俄罗斯的合作，互通有无，促进我国氢能源产业快速发展。

4 结论与认识

1）俄罗斯氢能源起步较早，开展了一系列基础研究，并在航空航天、潜艇等方面进行了应用，取得了一些认识，为世界氢能源发展做出了贡献；近几年，俄罗斯制定了氢能源发展规划、确定了氢能源试点企业，氢能源快速发展；未来，俄罗斯有望成为世界氢能源生产出口大国。

2）我国和俄罗斯都是能源生产和消费大国，在基础设施建设、油气生产及运输、二次能源开发等方面有很大相似性，两国都致力于氢能源发展，具有共同的目标，在氢能源发展方面可以互相借鉴，促进我国氢能源行业发展。

3）尽快建立中俄两国氢能源技术交流平台，如定期组织中俄氢能源技术交流会，中俄两国高校、研究院所互派留学生及访问学者等，加强技术交流与合作。