石化企业如何搭上氢能的“顺风车”

张景新 王兴艳 张兵

1 前沿

石化产业是关系国家经济命脉和安全的支柱型产业，在促进国民经济和社会发展中具有重要地位和作用。近年来石化行业产能过剩、环境污染等问题已经影响到人们的生活，《国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》明确提出，“十四五”期间我国能源消费结构“绿色”和“低碳化”发展的总基调。在“碳达峰”“碳中和”背景下，氢能作为一种清洁、高效、无污染的可再生能源，在石化企业战略转型中扮演重要角色，发展氢能为石化企业转型升级提供了新思路。那么传统石化企业如何搭上氢能“顺风车”？

2 石化行业面临的形势

油气能源供给受外部环境影响大。我国“富煤、贫油、少气” 的能源消费结构特点决定了国内油气产量难以满足国民经济发展需求，对国外资源存在严重依赖性。《2020年国内外油气行业发展报告》显示[1]，2020年中国原油进口量达到5.42亿t，同比增长7.3%，原油进口额突破1763.21亿美元，对外依存度超过73.5%；同年，我国天然气进口量突破1亿t，对外依存度高达41.8%，再一次成为全球最大的油气进口国，预计这一趋势仍将继续。根据国际石油储备标准，我国战略石油储备较日本、美国相比仍存在较大差距，在国际环境复杂多变的背景下，外部能源供给在安全性和稳定性方面存在潜在风险。

资源和环境约束压力逐步增加。石化行业有超过90%的原料来自于矿产资源，受资源环境的约束较大，我国石油、天然气、天然橡胶的进口依存度常年保持在很高水平，能源消费量和“三废”排放量居于全国工业行业前列。国务院办公厅印发的《关于石化产业调结构促转型增效益的指導意见》中指出[2]，要推进供给侧结构性改革，优化产业布局，坚持创新驱动，改善发展环境，着力去产能、降消耗、减排放，提升产能利用率，为先进产能置换出发展空间。另一方面， “绿水青山就是金山银山”的科学论断，将持续引领中国朝着绿色经济转型，绿色合成工艺、节能减排及综合利用技术、能量回收技术、智能控制技术等将推动石化行业健康高质量发展。

清洁、可再生能源是未来能源发展的目标。在全球能源消费增速放缓，可再生能源发展迅速的背景下，2010—2020年，我国能源消费总量持续增长，2020年我国能源消费总量达到49.8亿t标准煤，同比增长2.2%，其中煤炭、原油、天然气等消费量分别增长0.6%、3.3%、7.2%，GDP单位能耗明显高于世界平均水平。2011—2020年，受去产能政策推动，我国煤炭能源占比总能源消耗逐年下降，由2011年的70.2%下降到2020年的56.8%，形成鲜明对比的是水电、风电、核电等清洁能源消费占比持续提升，截至2020年，我国清洁能源消费量占总能源消费总量比重达到24.3%。国际能源署预测，到2030 年全球清洁能源占比将超过30%，清洁化、低碳化的可再生能源将成为全球能源发展的重要趋势之一。

3 氢能发展现状

3.1 氢能自身优势突出

氢能作为一种灵活储运的二次能源，具有资源丰富、能量密度高、无污染、可持续的特点，在未来社会的在发展中，将与电互补，解决各种能源的加工、转化和储运问题（图1），发展氢能已成为人类摆脱对化石能源的依赖、保障能源安全的永久性战略选择。

3.2 氢能可作为多元化能源系统中的缓冲角色

多元化能源系统是以建立低碳、可持续的能源供给与能源消费体系为目标，是未来能源结构转型的重要趋势。氢能拥有清洁高效、储运灵活、应用多样等特点，可作为多元化能源系统中的缓冲角色，如与化石能源形成优势互补，推动低碳清洁交通、工业清洁生产、节能降碳等；发挥储能作用，在电能冗余情况下调节能源系统，降低能源损耗；氢气来源稳定，可以有效的融入和改变现有能源系统，为波动性可再生能源的生产提供重要保障（图2）。

3.3 氢能是未来能源战略的重要组成

氢能已经成为各国未来能源战略的重要组成。如日本发布的《日本复兴战略》和《能源战略计划》中，均将氢能和燃料电池作为重要领域进行战略部署；美国政府明确开展氢能前沿技术研究，相继提出“氢经济发展蓝图”“全面能源战略”“美国有线能源战略”等战略规划；欧盟发布的《2030气候和能源框架》《2050低碳经济》也提出了发展氢能产业计划；我国从《国家创新驱动发展战略纲要》《“十三五”国家战略新兴产业发展规划》，到《新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）》等政策文件中明确提出将氢能及燃料电池产业作为重点战略任务。随着各地方政府相继出台政策文件，初步形成了沿海经济发达地区政策多、密度大、热度高，江浙地区县域城市发展氢能产业力度大的特点。各地氢能产业相关政策建表1。

4 石化企业如何接轨氢能产业

从煤炭到石油，再到多元化能源，石化能源始终在世界一次能源消费中占据主体地位，石化企业在能源结构中扮演重要角色。本文从产业链角度，就石化企业如何接轨氢能产业给予分析和建议。

4.1 制氢

目前，利用甲醇制氢、煤制氢、烃类蒸汽转化法制氢、工业尾气制氢、炼化副产物制氢等是制取氢气的主要方法，约占产氢总量的95%左右，煤炭、石油、石化等传统能源企业可借助强大的资源优势，降低制氢成本。同时，氢气属于易燃易爆的危险化学品，在我国现有的危险化学品管理运营体系下，企业要经过长周期、严格的安全审查和评测认证才能获得产氢资格，而石化企业拥有成熟的化学品生产、运营的经验和资质，在制氢技术和装备方面优势突出，可以安全、高效、规模化的实现氢气的商业化生产。

4.2 储氢

氢气的长距离运输、安全储存问题已经成为氢能大规模利用的瓶颈。目前氢气的储运主要是利用高压储氢和液态储运技术，将氢气加注到储氢瓶中进行运输，而储氢材料和技术装备的高成本、高能耗、安全性等问题很难实现氢能的大规模储运。石化企业可以借助在油气管道运输、天然气储运等方面的基础设施，优先构建氢气储运网络，提高氢气运输效率和质量；利用企业在吸附材料、功能材料、有机物等领域的开发经营，探索下一代固态储氢和化学储氢技术；通过与下游企业合作，加强在碳纤维缠绕成型技术和高性能储氢材料方面的研究，进一步提升氢气储运的安全性。

4.3 加氢站

加氢站是氢能和燃料电池汽车产业发展的重要基础。截至2021年，我国加氢站数量增至218座，加氢站相关企业累计已突破3500家，江苏、广东、山东位居前3位，而我国加氢站建设运营成本高、流程审批时間长、商业化程度低、站内加氢能力弱等问题仍存在。一方面，石化企业可借助在加油、加气领域的布局优势和技术优势，率先探索加油—加氢合建站的建设，加快氢能基础设施规模化布局；另一方面，石化企业大多拥有“危险化学品经营许可证”“气瓶充装许可证”等化学品运营资质，可大幅缩减加氢站筹备建设周期。同时，石化企业一整套成熟的加气、加油站管理制度和运营经验，在专业人才培训、安全管理、客户服务等方面优势突出。

4.4 燃料电池系统和应用

燃料电池系统主要由电堆、功率调节器、燃料处理器、空气压缩机组成，是燃料电池汽车最核心的部分，目前美国、日本、德国等国家在燃料电池技术领域拥有明显的优势，正处于降低成本产业化的阶段。石化企业通过联合国内外领先科研机构、高等院校，搭建基于氢能及燃料电池领域关键技术研发的科技创新平台，加大在燃料电池领域的核心技术积累，提升燃料电池自主研发能力和核心竞争力；加大在新材料领域的资金投入，加强与电极、双极板、质子交换膜（PEM）等领域企业产业示范基地项目合作，提升燃料电池电堆及核心零部件国产化水平；积极参与氢能与燃料电池产业政策体系、标准体系的建设和完善，从“政产学研用”的角度全面推进氢能和燃料电池技术的产业化、商业化进程。

5 结语

“双循环”背景下，全球能源结构向清洁化、低碳化方向转型，以氢能为代表的清洁能源正迎来重要的发展机遇期，市场潜力巨大。与美国、日本等国家相比，我国氢能产业的发展仍然处于快速上升期，产品质量、工艺稳定性、关键技术等方面亟待提升，产业规模效应有待加强。传统石化企业应抢抓战略机遇，在国家产业政策和市场的引导下，瞄准产业前沿技术、核心技术、共性技术，加大在资金、人才方面的投入，从“制氢、储氢、加氢、燃料电池系统和应用”全产业链的角度，加快形成产业集群效应，充分发挥自身优势，构建石化企业高质量发展转型的新路径。

10.19599/j.issn.1008-892x.2022.02.009