宋鵬飛：對天然氣企業(yè)發(fā)展氫能的思考

編者按：9月14日，第五屆未來(lái)能源大會(huì )舉辦氫能技術(shù)與應用發(fā)展專(zhuān)題論壇，聚焦于氫能領(lǐng)域的前沿技術(shù)和應用發(fā)展。本次論壇由中國能源研究會(huì )氫能專(zhuān)業(yè)委員會(huì )秘書(shū)長(cháng)徐文輝主持，與會(huì )專(zhuān)家學(xué)者從氫能技術(shù)的標準、前沿技術(shù)研究和應用案例等幾個(gè)方面，對氫能產(chǎn)業(yè)以及未來(lái)能源的可持續發(fā)展展開(kāi)深入探討。

中海石油氣電集團有限責任公司技術(shù)專(zhuān)家、氫能資深工程師宋鵬飛先生作了《對天然氣企業(yè)發(fā)展氫能的思考》演講。

以下內容根據論壇演講實(shí)錄進(jìn)行整理。

宋鵬飛：尊敬的各位企業(yè)家，領(lǐng)導和專(zhuān)家，我給各位匯報一下我們對天然氣企業(yè)發(fā)展氫能的思考。傳統的油氣企業(yè)對于能源轉型既能感受到真真實(shí)實(shí)的挑戰，也能看到未來(lái)融合發(fā)展的機遇。對于我們天然氣企業(yè)來(lái)說(shuō)尤其是這樣，因為天然氣本身和氫能有很多的類(lèi)似之處，無(wú)論是生產(chǎn)端、儲運端以及下游的應用端都有很多類(lèi)似的地方，和可以進(jìn)一步融合的地方。

首先在能源大勢背景下，我們想看看天然氣在雙碳背景下未來(lái)的發(fā)展趨勢是什么，結合天然氣的發(fā)展趨勢，氫能的發(fā)展趨勢又是什么，兩者怎么樣去融合。

大勢我簡(jiǎn)單的過(guò)一下，站在傳統能源企業(yè)的角度來(lái)看，能源轉型的大勢已經(jīng)形成了，傳統的能源向新能源過(guò)渡的趨勢不可阻擋。而且未來(lái)從煤炭和石油向可再生能源轉變，無(wú)論從生產(chǎn)端，還是下游以電+氫的消費端，都會(huì )重構目前整個(gè)的能源體系。未來(lái)發(fā)展的整體趨勢是煤炭會(huì )大幅下降，石油緩慢的下降，天然氣是先增后減，可再生能源大幅增加，整個(gè)的態(tài)勢延續到2060年的時(shí)候，非化石能源的比重將占到80%以上，這完全是顛倒。大家知道目前的化石能源占80%，等于整個(gè)能源系統有一次大規模的重構。

從我們的判斷來(lái)講，能源的轉型怎么樣低成本，已經(jīng)大量投入的幾十萬(wàn)億的油氣基礎設施在能源轉型中是要推倒嗎?不，我們認為未來(lái)很可能是融合發(fā)展，利用好目前已經(jīng)有的存量的油氣基礎設施，以及未來(lái)到碳中和之前還會(huì )有一定增量的設施。

天然氣的能源屬性是化石能源里面最清潔的，它擁有從生產(chǎn)端、儲運端到直達消費端每家每戶(hù)的完善的基礎設施。如果氫能的發(fā)展能夠借助這些基礎設施，能夠很好的融合起來(lái)，那么對全社會(huì )的能源轉型的成本降低會(huì )有重要的作用和意義。我們認為天然氣企業(yè)應該是主動(dòng)轉型，尋求和氫能、和新能源深度融合發(fā)展的新業(yè)態(tài)、新模式。

天然氣相比于其他能源，和氫能的產(chǎn)業(yè)最相近，它在很多的場(chǎng)景甚至可以混輸混用，相互轉化，相互替代，互為補充。而且天然氣在未來(lái)的能源轉型里面會(huì )擔負著(zhù)非常重要的“橋梁”作用，它是“壓艙石”，它是承受未來(lái)高比例新能源的“穩定器”以及促進(jìn)氫能發(fā)展的“孵化器”。天然氣在一次能源消費的占比包括人均的占比，我國還遠遠低于發(fā)達國家，也就是說(shuō)天然氣未來(lái)還是有一個(gè)比較大的增幅空間的。但是隨著(zhù)雙碳目標的實(shí)施，天然氣的需求未來(lái)是先升后降的趨勢。

我們認為清華大學(xué)的預測和我們的預測是比較契合的，中國的天然氣消費大概在2035年會(huì )達峰，大概量在6000億方左右。到2060年碳中和這個(gè)漫長(cháng)的趨勢里面需求量都是大幅下降的，那么它騰出來(lái)的這些大量基礎設施，已經(jīng)形成的這些基礎設施如何能夠更好的利用起來(lái)。

天然氣的消費量下來(lái)以后，天然氣將來(lái)要干什么用呢?我們認為天然氣未來(lái)會(huì )更多的朝著(zhù)分子水平的精細化、零碳化、深加工方向發(fā)展。比如把天然氣通過(guò)無(wú)碳化的方式制成氫，制成高附加值的化學(xué)品，以及把天然氣中的碳直接固化為高端的碳材料。

對于氫能的發(fā)展，我們認為氫能可以實(shí)現穩定的儲存和運輸，這和電是很大的不一樣的屬性。同時(shí)它在應用端又和電有很多的融合和類(lèi)似之處。

氫能和我們天然氣行業(yè)最大的不一樣，我覺(jué)得是多元化。從制氫端可以有灰的、綠的、紫的、藍的，儲運端可以有氣態(tài)、固態(tài)、金屬，到了應用端可以通過(guò)各位嘉賓分享的內燃機和燃料電池的方式，也可以通過(guò)摻入燃氣輪機發(fā)動(dòng)去使用，它整體的制儲運端都是多元化的，這是和天然氣產(chǎn)業(yè)最大的不同。

從各個(gè)預測來(lái)看，我們認為氫能的發(fā)展潛力還是非常大的。如果說(shuō)2060年真的是達到了中國能源占比20%左右，現在天然氣占中國的能源比例還不到8%，已經(jīng)是一個(gè)如此龐大的產(chǎn)業(yè)了，如果能夠達到20%，氫能的產(chǎn)業(yè)將是非常非常龐大的。這是未來(lái)預測的發(fā)展趨勢，到2060年的時(shí)候達到20%左右，而且到2060年的時(shí)候中國的整個(gè)能源消費量要比目前大概多出3倍左右。在這種情況下，20%真的是非常巨量的數字。

我們認為天然氣企業(yè)去發(fā)展氫能有兩個(gè)主要方面，第一方面，整個(gè)天然氣產(chǎn)業(yè)鏈從上中下游都可以和氫能產(chǎn)業(yè)鏈深度融合起來(lái)。第二方面，天然氣和氫能還可以進(jìn)一步耦合新能源和碳產(chǎn)業(yè)，形成各種產(chǎn)業(yè)的協(xié)同發(fā)展。

我們的設想是在天然氣產(chǎn)業(yè)和氫能產(chǎn)業(yè)各個(gè)階段，比如說(shuō)在上游我們可以做天然氣制氫，可以有灰氫、藍氫包括大中型的小型橇裝的，甚至直接加氫站的，直接放進(jìn)每家每戶(hù)的小型的耦合熱電聯(lián)供的。

另外利用綠電和二氧化碳去做零碳的天然氣，同時(shí)我們也在做國際氫供應鏈，我們公司是中國最大的LNG的進(jìn)口商，目前正在考慮未來(lái)進(jìn)口LNG和進(jìn)口氫氣同時(shí)并行，把我們的LNG接收站改成又能進(jìn)口LNG又能進(jìn)口氫氣的。

對于中游的儲運端，我們已有的天然氣管道里面的摻氫，中石油也在做，目前有些示范項目也正在往前推，這也是大幅度降低氫氣儲運成本的非常好的手段。

下游的應用更多，無(wú)論是大型的燃氣輪機發(fā)電，包括氫內燃機，以及我們已有的LNG的加注站、CNG的加注站去改成油氣電氫綜合能源站，我們天然氣企業(yè)真的是面臨真真實(shí)實(shí)的壓力，國內很多的CAN加注站、LNG加注站都面臨客戶(hù)交通電氣化的沖擊非常的嚴重，都在面臨著(zhù)轉型。目前國內已經(jīng)有很多的站正在做前期的設計工作，要把我們已有的站點(diǎn)慢慢的變成綜合能源站，既可以充電又可以加氫又可以加油又可以充氣。同時(shí)我們重點(diǎn)關(guān)注的是把天然氣制氫不斷的小型化、模塊化，讓它和不同的燃料電池，質(zhì)子交換膜的、高溫燃料電池的，去匹配，去做熱電聯(lián)供，適合于不同場(chǎng)景，不同規模的，比如說(shuō)備用電源、比如家庭用的非常小型的熱電聯(lián)供產(chǎn)品，到一個(gè)社區用的，一棟樓用的，目前我們的技術(shù)和產(chǎn)品都在做。

同時(shí)我們也在朝著(zhù)如何把天然氣直接一步法變成綠氫的方向在努力，我們正在朝著(zhù)熔融金屬法做一些工作。目前重點(diǎn)推的就是在加氫站里面直接用小型橇裝天然氣制氫，來(lái)為加氫站供氫。它能夠適應的氣源不僅是LNG、管道氣，還能適應城市燃氣、LPG、沼氣，凡是天然氣觸及的地方，目前天然氣管網(wǎng)已經(jīng)非常密集的情況下，使用可移動(dòng)的橇裝，小到可以放在平板車(chē)上運輸，在應用端、需求端直接就地生產(chǎn)5個(gè)9純度的氫氣，省去了氫氣昂貴的運輸過(guò)程。大家知道氫氣的運輸過(guò)程是卡著(zhù)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的瓶頸性的問(wèn)題，如果把這種裝備小型化，利用已經(jīng)成熟的天然氣管網(wǎng)在用戶(hù)端省去氫氣的運輸過(guò)程去制氫，整個(gè)的氫氣成本就能大幅度的降低。目前我們在佛山市已經(jīng)建成了一個(gè)站，同時(shí)在武漢、中山、廣州、福建都在積極的推這種模式。

未來(lái)和可再生能源有了綠氫以后，我們還可以基于二氧化碳進(jìn)一步的去做零碳天然氣，以及采用這個(gè)零碳天然氣去供熱，做天然氣化工和發(fā)電。

我們也在考慮使用國際氫供應鏈和進(jìn)口LNG的鏈并行，因為中國未來(lái)的沿海，從我們目前對能源的判斷態(tài)勢來(lái)看，未來(lái)中國也是全球氫氣貿易的一個(gè)重要的參與者，我們目前正在做這方面的工作。其中比較重要的一個(gè)就是如何把氫氣跨洋運輸回來(lái)，采用什么樣的方式更加便捷更加便宜，我們目前正在開(kāi)發(fā)有機物儲氫技術(shù)，能夠便于從海外把大宗的氫氣通過(guò)船運運輸到中國來(lái)。

這是我們初步測算的，從沙特阿拉伯把氫氣采用有機物儲氫的方式運輸到中國的成本。從目前的測算結果還是成本偏高，下一步我們會(huì )基于每個(gè)環(huán)節逐步去降低成本，目前已經(jīng)在跟沙特方一直在磋商，想在每一個(gè)環(huán)節里面進(jìn)一步降低成本。我們預期如果它到中國的成本能夠達到每公斤20塊錢(qián)，在沿海地區就具備競爭力了。

對于中游，我們管道摻氫的示范項目已經(jīng)在做了，相關(guān)標準也在往前推，就不詳細說(shuō)了。中游和LNG的進(jìn)口產(chǎn)業(yè)融合起來(lái)，下游是宜氣則氣、宜電則電、宜氫則氫，每種能源形式都有它自己的生存空間，都有它的應用場(chǎng)景。關(guān)于加氫站目前我們是國內一個(gè)重要的玩家，因為我們本身有大量的加油站和加氣站都在往這個(gè)方向轉型，初期的時(shí)候因為目前下游的車(chē)輛不是很多，所以加氫的業(yè)務(wù)普遍盈利狀態(tài)比較差，目前我們是以油養氫，以氣養氫去培育這個(gè)產(chǎn)業(yè)。

同時(shí)摻氫燃氣輪機也是未來(lái)大宗用氫的一個(gè)很好的手段，它能夠大幅降低燃氣輪機電場(chǎng)的碳排放量，目前我們在海南正在推進(jìn)一個(gè)摻氫燃氣輪機發(fā)電的項目，朝著(zhù)摻氫15%以上去做。

在下游我們也做了大量基于小型的天然氣制氫和燃料電池耦合的適用于不同規模、不同應用場(chǎng)景的技術(shù)。

第二部分，天然氣這個(gè)產(chǎn)業(yè)能夠很好的和氫、和新能源、和碳產(chǎn)業(yè)融合起來(lái)，因為它們本身依照目前的這些技術(shù)，實(shí)際上可以相互轉化，比如說(shuō)天然氣和氫，我們既可以采用天然氣制氫，又可以用氫和捕集的二氧化碳，通過(guò)電子甲烷技術(shù)合成，目前這樣全套的技術(shù)我們都有，工藝、催化劑、專(zhuān)利權套的東西。同時(shí)利用氫在能源體系中的樞紐位置，我們還可以很好的和新能源的綠電結合起來(lái)，目前海油在新能源主要是布局海上風(fēng)電，我們已經(jīng)正在做一些海上風(fēng)電制風(fēng)氫以后和天然氣產(chǎn)業(yè)很好的融合起來(lái)，同時(shí)用我們的氣電為新能源產(chǎn)業(yè)調峰。

這是氣電調峰的作用，不再詳細講了。目前關(guān)于二氧化碳甲烷化，P2S的技術(shù)我們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)了。同時(shí)我們也在做二氧化碳的逆變換技術(shù)，把二氧化碳變成一氧化碳和氫氣之后，合成更多的能夠借助我們已有的能源體系迅速去消化的能源。同時(shí)我們也在做綠氨，因為我們有很多的海上風(fēng)電，隨著(zhù)海上風(fēng)電離岸越來(lái)越遠，綠氨幾乎成為解決儲能和消納的不可多選的方式了。

未來(lái)我們也想把這些產(chǎn)業(yè)和碳產(chǎn)業(yè)融合起來(lái)，因為我們要體現它的綠色溢價(jià)，要體現它的降碳效應，就要在經(jīng)濟性上通過(guò)碳交易、碳核算的方式，在產(chǎn)業(yè)端把它實(shí)現。

最后介紹一下我們團隊在氫能領(lǐng)域做的工作。我們是海油2012年就已經(jīng)開(kāi)始做氫了，最開(kāi)始是為了平衡進(jìn)口LNG的價(jià)格波動(dòng)，因為進(jìn)口LNG和油價(jià)是掛鉤的，波動(dòng)特別大。我們就采用國內的焦爐氣、煤制天然氣，把氫氣和一氧化碳、二氧化碳去合成甲烷，這個(gè)反應實(shí)際上就是天然氣制氫的逆反應。2014年的時(shí)候，我們做出了一個(gè)國內最大的全流程中試。2022年在中國新疆慶華把老外的技術(shù)擠出去了，實(shí)現了中國人第一個(gè)首套大型煤制天然氣的甲烷化的國產(chǎn)化。同時(shí)基于這個(gè)技術(shù)我們也做了捕集的二氧化碳、純的二氧化碳和氫氣如何去生成甲烷，如何進(jìn)一步去把它生成液態(tài)燃料的技術(shù)。

第二個(gè)技術(shù)是橇裝天然氣制氫，我們在佛山建造了一個(gè)小型橇裝天然氣制氫裝置，直接放在加氫站里面，把氫氣成本進(jìn)一步下降。在2022年的時(shí)候，在明城站正式的示范。整個(gè)過(guò)程中我們目前第二代的產(chǎn)品、第三代的產(chǎn)品都正在做，目前可以做的規?？梢詮?方每小時(shí)的制氫一直到800方每小時(shí)的制氫，不同規模的橇裝化、系列化的產(chǎn)品。同時(shí)我們也做一些加氫站方面的設計，我們開(kāi)發(fā)了海油自己的站內儲氫瓶、加氫機、加氫槍?zhuān)壳罢诜鹕綔y試。

我們也做了小微型的天然氣制氫，也是國內第一個(gè)。我們把各種換熱和轉化過(guò)程集成為一個(gè)極小的轉換器，使整體的裝備變的更加小巧。

天然氣裂解制氫之前有介紹我就不再說(shuō)了。

有機物儲氫我們計劃在海南有一個(gè)示范。

同時(shí)我們承擔了兩個(gè)國家級的SOFC的課題。

關(guān)于海上風(fēng)電，目前我們正在加緊開(kāi)發(fā)適合于我們海上的綠氨合成的方法，有兩個(gè)方向。一種是把它小型集裝箱化，直接放在我們浮式的風(fēng)電上，海南浮式風(fēng)電的平臺上小型橇裝。另外一種我們把氨的工廠(chǎng)直接放進(jìn)FPSO上，放到船上，把船直接拉到海上讓它自然儲存再運輸到國內。

謝謝各位。