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，第五屆未來能源大會舉辦氫能技術(shù)與應(yīng)用發(fā)展專題論壇，聚焦于氫能領(lǐng)域的前沿技術(shù)和應(yīng)用發(fā)展。本次論壇由中國能源研究會氫能專業(yè)委員會秘書長徐文輝主持，與會專家學(xué)者從氫能技術(shù)的標準、前沿技術(shù)研究和應(yīng)用案例等幾個方面，對氫能產(chǎn)業(yè)以及未來能源的可持續(xù)發(fā)展展開深入探討。

中海石油氣電集團有限責(zé)任公司技術(shù)專家、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(nèi)容根據(jù)論壇演講實錄進行整理。

宋鵬飛：尊敬的各位企業(yè)家，領(lǐng)導(dǎo)和專家，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(tǒng)的油氣企業(yè)對于能源轉(zhuǎn)型既能感受到真真實實的挑戰(zhàn)，也能看到未來融合發(fā)展的機遇。對于我們天然氣企業(yè)來說尤其是這樣，因為天然氣本身和氫能有很多的類似之處，無論是生產(chǎn)端、儲運端以及下游的應(yīng)用端都有很多類似的地方，和可以進一步融合的地方。

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的發(fā)展趨勢是什么，結(jié)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。

大勢我簡單的過一下，站在傳統(tǒng)能源企業(yè)的角度來看，能源轉(zhuǎn)型的大勢已經(jīng)形成了，傳統(tǒng)的能源向新能源過渡的趨勢不可阻擋。而且未來從煤炭和石油向可再生能源轉(zhuǎn)變，無論從生產(chǎn)端，還是下游以電+氫的消費端，都會重構(gòu)目前整個的能源體系。未來發(fā)展的整體趨勢是煤炭會大幅下降，石油緩慢的下降，天然氣是先增后減，可再生能源大幅增加，整個的態(tài)勢延續(xù)到2060年的時候，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%，等于整個能源系統(tǒng)有一次大規(guī)模的重構(gòu)。

從我們的判斷來講，能源的轉(zhuǎn)型怎么樣低成本，已經(jīng)大量投入的幾十萬億的油氣基礎(chǔ)設(shè)施在能源轉(zhuǎn)型中是要推倒嗎?不，我們認為未來很可能是融合發(fā)展，利用好目前已經(jīng)有的存量的油氣基礎(chǔ)設(shè)施，以及未來到碳中和之前還會有一定增量的設(shè)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的完善的基礎(chǔ)設(shè)施。如果氫能的發(fā)展能夠借助這些基礎(chǔ)設(shè)施，能夠很好的融合起來，那么對全社會的能源轉(zhuǎn)型的成本降低會有重要的作用和意義。我們認為天然氣企業(yè)應(yīng)該是主動轉(zhuǎn)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，它在很多的場景甚至可以混輸混用，相互轉(zhuǎn)化，相互替代，互為補充。而且天然氣在未來的能源轉(zhuǎn)型里面會擔(dān)負著非常重要的“橋梁”作用，它是“壓艙石”，它是承受未來高比例新能源的“穩(wěn)定器”以及促進氫能發(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，也就是說天然氣未來還是有一個比較大的增幅空間的。但是隨著雙碳目標的實施，天然氣的需求未來是先升后降的趨勢。

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

天然氣的消費量下來以后，天然氣將來要干什么用呢?我們認為天然氣未來會更多的朝著分子水平的精細化、零碳化、深加工方向發(fā)展。比如把天然氣通過無碳化的方式制成氫，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現(xiàn)穩(wěn)定的儲存和運輸，這和電是很大的不一樣的屬性。同時它在應(yīng)用端又和電有很多的融合和類似之處。

氫能和我們天然氣行業(yè)最大的不一樣，我覺得是多元化。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(yīng)用端可以通過各位嘉賓分享的內(nèi)燃機和燃料電池的方式，也可以通過摻入燃氣輪機發(fā)動去使用，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。

從各個預(yù)測來看，我們認為氫能的發(fā)展?jié)摿€是非常大的。如果說2060年真的是達到了中國能源占比20%左右，現(xiàn)在天然氣占中國的能源比例還不到8%，已經(jīng)是一個如此龐大的產(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。這是未來預(yù)測的發(fā)展趨勢，到2060年的時候達到20%左右，而且到2060年的時候中國的整個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(shù)字。

我們認為天然氣企業(yè)去發(fā)展氫能有兩個主要方面，第一方面，整個天然氣產(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。第二方面，天然氣和氫能還可以進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(shè)想是在天然氣產(chǎn)業(yè)和氫能產(chǎn)業(yè)各個階段，比如說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，直接放進每家每戶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，同時我們也在做國際氫供應(yīng)鏈，我們公司是中國最大的LNG的進口商，目前正在考慮未來進口LNG和進口氫氣同時并行，把我們的LNG接收站改成又能進口LNG又能進口氫氣的。

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(yīng)用更多，無論是大型的燃氣輪機發(fā)電，包括氫內(nèi)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)真的是面臨真真實實的壓力，國內(nèi)很多的CAN加注站、LNG加注站都面臨客戶交通電氣化的沖擊非常的嚴重，都在面臨著轉(zhuǎn)型。目前國內(nèi)已經(jīng)有很多的站正在做前期的設(shè)計工作，要把我們已有的站點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。同時我們重點關(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，適合于不同場景，不同規(guī)模的，比如說備用電源、比如家庭用的非常小型的熱電聯(lián)供產(chǎn)品，到一個社區(qū)用的，一棟樓用的，目前我們的技術(shù)和產(chǎn)品都在做。

同時我們也在朝著如何把天然氣直接一步法變成綠氫的方向在努力，我們正在朝著熔融金屬法做一些工作。目前重點推的就是在加氫站里面直接用小型橇裝天然氣制氫，來為加氫站供氫。它能夠適應(yīng)的氣源不僅是LNG、管道氣，還能適應(yīng)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，使用可移動的橇裝，小到可以放在平板車上運輸，在應(yīng)用端、需求端直接就地生產(chǎn)5個9純度的氫氣，省去了氫氣昂貴的運輸過程。大家知道氫氣的運輸過程是卡著整個產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的瓶頸性的問題，如果把這種裝備小型化，利用已經(jīng)成熟的天然氣管網(wǎng)在用戶端省去氫氣的運輸過程去制氫，整個的氫氣成本就能大幅度的降低。目前我們在佛山市已經(jīng)建成了一個站，同時在武漢、中山、廣州、福建都在積極的推這種模式。

未來和可再生能源有了綠氫以后，我們還可以基于二氧化碳進一步的去做零碳天然氣，以及采用這個零碳天然氣去供熱，做天然氣化工和發(fā)電。

我們也在考慮使用國際氫供應(yīng)鏈和進口LNG的鏈并行，因為中國未來的沿海，從我們目前對能源的判斷態(tài)勢來看，未來中國也是全球氫氣貿(mào)易的一個重要的參與者，我們目前正在做這方面的工作。其中比較重要的一個就是如何把氫氣跨洋運輸回來，采用什么樣的方式更加便捷更加便宜，我們目前正在開發(fā)有機物儲氫技術(shù)，能夠便于從海外把大宗的氫氣通過船運運輸?shù)街袊鴣怼?/p>

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?shù)街袊某杀尽哪壳暗臏y算結(jié)果還是成本偏高，下一步我們會基于每個環(huán)節(jié)逐步去降低成本，目前已經(jīng)在跟沙特方一直在磋商，想在每一個環(huán)節(jié)里面進一步降低成本。我們預(yù)期如果它到中國的成本能夠達到每公斤20塊錢，在沿海地區(qū)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，就不詳細說了。中游和LNG的進口產(chǎn)業(yè)融合起來，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(yīng)用場景。關(guān)于加氫站目前我們是國內(nèi)一個重要的玩家，因為我們本身有大量的加油站和加氣站都在往這個方向轉(zhuǎn)型，初期的時候因為目前下游的車輛不是很多，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(yǎng)氫，以氣養(yǎng)氫去培育這個產(chǎn)業(yè)。

同時摻氫燃氣輪機也是未來大宗用氫的一個很好的手段，它能夠大幅降低燃氣輪機電場的碳排放量，目前我們在海南正在推進一個摻氫燃氣輪機發(fā)電的項目，朝著摻氫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(guī)模、不同應(yīng)用場景的技術(shù)。

第二部分，天然氣這個產(chǎn)業(yè)能夠很好的和氫、和新能源、和碳產(chǎn)業(yè)融合起來，因為它們本身依照目前的這些技術(shù)，實際上可以相互轉(zhuǎn)化，比如說天然氣和氫，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、專利權(quán)套的東西。同時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(jié)合起來，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，同時用我們的氣電為新能源產(chǎn)業(yè)調(diào)峰。

這是氣電調(diào)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)開發(fā)出來了。同時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。同時我們也在做綠氨，因為我們有很多的海上風(fēng)電，隨著海上風(fēng)電離岸越來越遠，綠氨幾乎成為解決儲能和消納的不可多選的方式了。

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

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)開始做氫了，最開始是為了平衡進口LNG的價格波動，因為進口LNG和油價是掛鉤的，波動特別大。我們就采用國內(nèi)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，這個反應(yīng)實際上就是天然氣制氫的逆反應(yīng)。2014年的時候，我們做出了一個國內(nèi)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，實現(xiàn)了中國人第一個首套大型煤制天然氣的甲烷化的國產(chǎn)化。同時基于這個技術(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，如何進一步去把它生成液態(tài)燃料的技術(shù)。

第二個技術(shù)是橇裝天然氣制氫，我們在佛山建造了一個小型橇裝天然氣制氫裝置，直接放在加氫站里面，把氫氣成本進一步下降。在2022年的時候，在明城站正式的示范。整個過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(guī)?？梢詮?方每小時的制氫一直到800方每小時的制氫，不同規(guī)模的橇裝化、系列化的產(chǎn)品。同時我們也做一些加氫站方面的設(shè)計，我們開發(fā)了海油自己的站內(nèi)儲氫瓶、加氫機、加氫槍，目前正在佛山測試。

我們也做了小微型的天然氣制氫，也是國內(nèi)第一個。我們把各種換熱和轉(zhuǎn)化過程集成為一個極小的轉(zhuǎn)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了。

有機物儲氫我們計劃在海南有一個示范。

同時我們承擔(dān)了兩個國家級的SOFC的課題。

關(guān)于海上風(fēng)電，目前我們正在加緊開發(fā)適合于我們海上的綠氨合成的方法，有兩個方向。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直接放進FPSO上，放到船上，把船直接拉到海上讓它自然儲存再運輸?shù)絿鴥?nèi)。

謝謝各位。