氢能应用为港口带来新机遇？

恒承国际货运

 　　为应对全球气候变化，港口等交通领域能源正加速向低碳化转型。近年，我国港口除了港机设备的常规性“油改电”外，液化天然气（LNG）、氢能、氨气、生物燃料、风能、太阳能等新能源体系都在加快构建并尝试扩大应用。

　　众所周知，LNG由于使用成本低和污染少于柴油等特点，在港口船舶领域的应用比例越来越高，但其因无法真正实现“零排放”，仍是中短期内的过渡性能源，而太阳能、风能等难以长期储存；相较之下，氢能源不仅易于获得，且作为可以跨地区、跨季节的能量转化渠道更受关注，未来更有望成为港口物流领域的主要清洁能源之一。

　　氢能产业初具基础

　　氢能源以氢气作为能源载体，是一种储量大、来源广、效率高、清洁低碳、可再生的二次能源，其不管是直接燃烧还是采用电化学转化，产物只有水且能量转化效率高，被誉为21世纪最具发展潜力的二次能源。

　　2019年，我国首次将氢能源写入政府工作报告，并于当年6月发布《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》，才真正开始加快了氢能存储、运输技术的研究；在2020年4月我国国家能源局发布的《中华人民共和国能源法》中，氢能才首次被列能源范畴。在此之前，根据我国法规“氢”只能作为“危化品”，而非能源。

　　我国虽然将“氢”作为能源进行研发和利用的时间较短，但国内一直存在一个以化石能源制氢和工业副产氢回收的生产和非能源利用的“氢气产业”，并且这一产业已经有相当规模。

　　根据中国氢能联盟的数据显示，2021年，我国氢气产能约为4100万吨，实际产量约3342万吨，换算热值占终端能源总量份额约2.7%。且其中真正通过“电解水”方式获得的绿色氢能仅占1%，而用途上大部分也用于制氨和甲醇等燃料。

　　与“氢气”产业相比，我国“氢能”产业发展还处于初级阶段，氢气产量中仅有1%左右作为能源使用。目前，我国氢气产量和储氢材料产销量世界第一，为氢能技术开发利用和氢能产业创造了有利条件，使近年我国氢能产业得到快速发展，应用场景不断增多，但目前仍主要集中在氢能源车辆。截至2021年年底，我国已建成加氢站255座，氢燃料电池汽车保有量约9315辆，已成为全球最大的燃料电池商用车市场。

　　目前，我国已投产的加氢站从地域分布来看，主要集中在广东、江苏、上海、湖北、河北等地，并且服务对象主要为城市公共交通设备，少有港口专用加氢站，未来加氢站的建设数量及地域分布还有待完善。

　　我国已掌握了部分氢能基础设施与燃料电池相关的核心技术，制定出台了国家标准112项次，具备一定的产业装备及燃料电池整车的生产能力。从产业规划看，我国发布《中国制造2025》、《国家创新驱动发展战略纲要》，以及2022年3月国家发展和改革委员会、国家能源局联合印发的《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》，都在积极鼓励氢能产业发展。

　　同时，国内已有北京市、河北省、上海市、浙江省、山东省、广州市等数十个省（市）和地区发布了氢能产业发展规划/实施方案/行动计划；根据已经发布的规划目标，预计到2025年燃料电池汽车累计推广量将超过15万辆，加氢站将超过1000座，氢能产业累计产值将超过9600亿元。另从研发投入看，尽管我国的氢能源布局较晚，但正逐渐成为研发预算投入增幅最大的国家。

　　氢能港口打造“产销用”一体化

　　目前，国内已开始打造“产销用”一体化氢能港口。

　　“氢港”主要指具备氢能源使用、氢能产业培育和氢能贸易的港口，近期则以临港氢能产业培育和港机等设备的氢能源应用为主，中远期随着氢能技术的成熟，逐步开展氢能源贸易，形成“产-储-销-用”一体的全产业链条。

　　现阶段，我国已有一批建设中的“氢港”，分别位于山东省青岛市、上海市临港新片区、天津市滨海新区、江苏省张家港市、浙江省宁波市等地区。同时，深圳盐田、大连太平湾等港口也都相继对建设氢能港口制定了规划。

　　未来将主要发挥以下三方面作用：一是形成氢能产业示范区，带动当地的氢能产业链发展；二是为航运提供氢燃料，助力其实现脱碳；三是作为氢能进出口的关键枢纽，根据国际可再生能源署（IRENA）预计，到2050年全球大约1/4的氢气将用于国际贸易，其中一半将通过船舶运输，将带动氢能的全球化应用。

　　不过，在港口应用领域，氢能源应用主要集中在拖车集卡。目前，我国港口对氢能的利用以氢能燃料电池为主，工作原理并非直接采用燃烧氢气的方法，而是依靠其阳极（H2）、阴极（O2）以及电解液等构成部件，通过电化学反应将燃料中的化学能直接转换成电能；工作过程只需要燃料（氢气）和氧化剂（空气或纯氧）持续输入，氢能燃料电池就可以连续产生电能。

　　以山东青岛为例，《青岛市氢能产业发展规划（2020-2030年）》中提出，推动建设氢能港口等多种氢能发展示范形式，在青岛港开展燃料电池港口机械和物流运输示范应用。目前，青岛港自主研发的全球首创“氢动力”自动化轨道吊等，解决了一键锚定、永续充电、自动摘锁、AGV轻量化等难题，作业效率提升30%，缩减人员50%以上。用清洁能源车辆逐步替换港口现有燃油车辆，推动与港口作业衔接配套的长途物流公司逐步更换清洁能源车辆，规模有望达到7万-10万辆。

　　然而，氢能源在拖车集卡应用上仍存在不足。目前，氢能车辆单车价格、氢能源价格均居高不下，应用氢能设备虽具有一定的社会效益与环保效益，但经济性差，港口企业推广应用氢能车辆的积极性不高。

　　此外，在物理特性上，氢热值（143MJ/kg）较高，是同质量焦炭、汽油等化石燃料热值的3-4倍，而通过燃料电池可实现综合转化效率90%以上。不过以分析整车能源效率时常用的“油井到车轮”（WTW）生命周期效率指标来看，氢能燃料电池车辆的表现一般不如纯电动车，主要受到目前制氢、储氢、输氢，以及燃料电池能量转化技术不成熟的影响。

　　为此，过去3年我国重点研发计划启动实施“可再生能源与氢能技术”重点专项，科技部通过该重点专项部署了27个氢能研发项目，研发经费投入约5亿元。其中，燃料电池技术类有14个，占总项目的51.9%；制氢技术类5个，占比18.5%；储氢技术类6个，占比22.2%；加氢站技术类2个，占比7.4%。

　　目前，我国港口氢能利用，仍然存在技术短板。在上游制约氢能源发展方面，面临的两大问题就是氢燃料的储存和运输，国内为港口流动机械等专业供氢厂家少，运输方式单一，氢气使用成本较高。

　　同时，国内氢气使用主要以气态氢为主，现阶段氢气运输主要采用的是长管拖车运输，运输压力多为20MPa，单车次可运输347kg，国内“储氢瓶”主要以35MPa型“氢瓶”为主，70MPa型“氢瓶”技术较国际落后，因拖车运输压力低，设备加氢时间相对较加注柴油、LNG时间长，影响码头作业效率。

　　此外，国内流动机械相关氢能源标准规范需要进一步完善，提高氢能的储运效率、降低氢能的储运成本是目前氢能储运技术的发展重点。

　　另从“零排放”的一次能源角度看，全球大部分港口“氢能”都因地制宜，主要利用“海上风电”进行氢能制取，而我国利用风电、太阳能通过“电解水”方式制氢的量尚且十分小，无论是供应船舶或是港口自用都不足以达到“零碳能源”标准。

　　港口城市初步形成氢能产业链

　　可喜的是，我国港口城市已初步形成相对完整的氢能产业链。天津、青岛、大连、上海、福州、广州等开展了氢能制取、储运、加注、燃料电池动力系统及氢能应用全产业链项目，形成了一批龙头企业。

　　其中，天津依托石化产业，优势布局氢能产业，形成了制氢、加氢、用氢的全产业链条；青岛港联合同济大学、上汽集团等开展氢能制取、储运、加注、燃料电池动力系统及氢能应用全产业链项目。

　　大连在氢气制备储运、氢燃料电池系统及零部件、氢燃料电池整车整机等方面，拥有众多经验丰富的企业，已初步形成相对完整的氢能产业链。上海引进了一批氢能产业链企业，初步形成了集膜电极等关键零部件研发、燃料电池动力系统生产和加氢站基础设施配套等较为完整的氢能产业框架体系。

　　福州在氢气供应、燃料电池核心零部件、整车生产研发等产业链环节具有一定基础。

　　广州部分氢能企业已完成整合氢能核心零部件、供氢系统、整车厂商等上下游产业的供应链体系，推动了当地氢能产业的提速发展。