為應對全球氣候變化，港口等交通領域能源正加速向低碳化轉型。近年，我國港口除了港機設備的常規性“油改電”外，液化天然氣（LNG）、氫能、氨氣、生物燃料、風能、太陽能等新能源體系都在加快構建并嘗試擴大應用。
眾所周知，LNG由于使用成本低和污染少于柴油等特點，在港口船舶領域的應用比例越來越高，但其因無法真正實現“零排放”，仍是中短期內的過渡性能源，而太陽能、風能等難以長期儲存；相較之下，氫能源不僅易于獲得，且作為可以跨地區、跨季節的能量轉化渠道更受關注，未來更有望成為港口物流領域的主要清潔能源之一。氫能源以氫氣作為能源載體，是一種儲量大、來源廣、效率高、清潔低碳、可再生的二次能源，其不管是直接燃燒還是采用電化學轉化，產物只有水且能量轉化效率高，被譽為21世紀最具發展潛力的二次能源。2019年，我國首次將氫能源寫入政府工作報告，并于當年6月發布《中國氫能源及燃料電池產業白皮書》，才真正開始加快了氫能存儲、運輸技術的研究；在2020年4月我國國家能源局發布的《中華人民共和國能源法》中，氫能才首次被列能源范疇。在此之前，根據我國法規“氫”只能作為“?；贰?，而非能源。我國雖然將“氫”作為能源進行研發和利用的時間較短，但國內一直存在一個以化石能源制氫和工業副產氫回收的生產和非能源利用的“氫氣產業”，并且這一產業已經有相當規模。根據中國氫能聯盟的數據顯示，2021年，我國氫氣產能約為4100萬噸，實際產量約3342萬噸，換算熱值占終端能源總量份額約2.7%。且其中真正通過“電解水”方式獲得的綠色氫能僅占1%，而用途上大部分也用于制氨和甲醇等燃料。與“氫氣”產業相比，我國“氫能”產業發展還處于初級階段，氫氣產量中僅有1%左右作為能源使用。目前，我國氫氣產量和儲氫材料產銷量世界第一，為氫能技術開發利用和氫能產業創造了有利條件，使近年我國氫能產業得到快速發展，應用場景不斷增多，但目前仍主要集中在氫能源車輛。截至2021年年底，我國已建成加氫站255座，氫燃料電池汽車保有量約9315輛，已成為全球最大的燃料電池商用車市場。目前，我國已投產的加氫站從地域分布來看，主要集中在廣東、江蘇、上海、湖北、河北等地，并且服務對象主要為城市公共交通設備，少有港口專用加氫站，未來加氫站的建設數量及地域分布還有待完善。我國已掌握了部分氫能基礎設施與燃料電池相關的核心技術，制定出臺了國家標準112項次，具備一定的產業裝備及燃料電池整車的生產能力。從產業規劃看，我國發布《中國制造2025》、《國家創新驅動發展戰略綱要》，以及2022年3月國家發展和改革委員會、國家能源局聯合印發的《氫能產業發展中長期規劃（2021-2035年）》，都在積極鼓勵氫能產業發展。同時，國內已有北京市、河北省、上海市、浙江省、山東省、廣州市等數十個?。ㄊ校┖偷貐^發布了氫能產業發展規劃/實施方案/行動計劃；根據已經發布的規劃目標，預計到2025年燃料電池汽車累計推廣量將超過15萬輛，加氫站將超過1000座，氫能產業累計產值將超過9600億元。另從研發投入看，盡管我國的氫能源布局較晚，但正逐漸成為研發預算投入增幅最大的國家。“氫港”主要指具備氫能源使用、氫能產業培育和氫能貿易的港口，近期則以臨港氫能產業培育和港機等設備的氫能源應用為主，中遠期隨著氫能技術的成熟，逐步開展氫能源貿易，形成“產-儲-銷-用”一體的全產業鏈條。現階段，我國已有一批建設中的“氫港”，分別位于山東省青島市、上海市臨港新片區、天津市濱海新區、江蘇省張家港市、浙江省寧波市等地區。同時，深圳鹽田、大連太平灣等港口也都相繼對建設氫能港口制定了規劃。未來將主要發揮以下三方面作用：一是形成氫能產業示范區，帶動當地的氫能產業鏈發展；二是為航運提供氫燃料，助力其實現脫碳；三是作為氫能進出口的關鍵樞紐，根據國際可再生能源署（IRENA）預計，到2050年全球大約1/4的氫氣將用于國際貿易，其中一半將通過船舶運輸，將帶動氫能的全球化應用。不過，在港口應用領域，氫能源應用主要集中在拖車集卡。目前，我國港口對氫能的利用以氫能燃料電池為主，工作原理并非直接采用燃燒氫氣的方法，而是依靠其陽極（H2）、陰極（O2）以及電解液等構成部件，通過電化學反應將燃料中的化學能直接轉換成電能；工作過程只需要燃料（氫氣）和氧化劑（空氣或純氧）持續輸入，氫能燃料電池就可以連續產生電能。以山東青島為例，《青島市氫能產業發展規劃（2020-2030年）》中提出，推動建設氫能港口等多種氫能發展示范形式，在青島港開展燃料電池港口機械和物流運輸示范應用。目前，青島港自主研發的全球首創“氫動力”自動化軌道吊等，解決了一鍵錨定、永續充電、自動摘鎖、AGV輕量化等難題，作業效率提升30%，縮減人員50%以上。用清潔能源車輛逐步替換港口現有燃油車輛，推動與港口作業銜接配套的長途物流公司逐步更換清潔能源車輛，規模有望達到7萬-10萬輛。然而，氫能源在拖車集卡應用上仍存在不足。目前，氫能車輛單車價格、氫能源價格均居高不下，應用氫能設備雖具有一定的社會效益與環保效益，但經濟性差，港口企業推廣應用氫能車輛的積極性不高。此外，在物理特性上，氫熱值（143MJ/kg）較高，是同質量焦炭、汽油等化石燃料熱值的3-4倍，而通過燃料電池可實現綜合轉化效率90%以上。不過以分析整車能源效率時常用的“油井到車輪”（WTW）生命周期效率指標來看，氫能燃料電池車輛的表現一般不如純電動車，主要受到目前制氫、儲氫、輸氫，以及燃料電池能量轉化技術不成熟的影響。為此，過去3年我國重點研發計劃啟動實施“可再生能源與氫能技術”重點專項，科技部通過該重點專項部署了27個氫能研發項目，研發經費投入約5億元。其中，燃料電池技術類有14個，占總項目的51.9%；制氫技術類5個，占比18.5%；儲氫技術類6個，占比22.2%；加氫站技術類2個，占比7.4%。目前，我國港口氫能利用，仍然存在技術短板。在上游制約氫能源發展方面，面臨的兩大問題就是氫燃料的儲存和運輸，國內為港口流動機械等專業供氫廠家少，運輸方式單一，氫氣使用成本較高。同時，國內氫氣使用主要以氣態氫為主，現階段氫氣運輸主要采用的是長管拖車運輸，運輸壓力多為20MPa，單車次可運輸347kg，國內“儲氫瓶”主要以35MPa型“氫瓶”為主，70MPa型“氫瓶”技術較國際落后，因拖車運輸壓力低，設備加氫時間相對較加注柴油、LNG時間長，影響碼頭作業效率。此外，國內流動機械相關氫能源標準規范需要進一步完善，提高氫能的儲運效率、降低氫能的儲運成本是目前氫能儲運技術的發展重點。另從“零排放”的一次能源角度看，全球大部分港口“氫能”都因地制宜，主要利用“海上風電”進行氫能制取，而我國利用風電、太陽能通過“電解水”方式制氫的量尚且十分小，無論是供應船舶或是港口自用都不足以達到“零碳能源”標準。可喜的是，我國港口城市已初步形成相對完整的氫能產業鏈。天津、青島、大連、上海、福州、廣州等開展了氫能制取、儲運、加注、燃料電池動力系統及氫能應用全產業鏈項目，形成了一批龍頭企業。其中，天津依托石化產業，優勢布局氫能產業，形成了制氫、加氫、用氫的全產業鏈條；青島港聯合同濟大學、上汽集團等開展氫能制取、儲運、加注、燃料電池動力系統及氫能應用全產業鏈項目。大連在氫氣制備儲運、氫燃料電池系統及零部件、氫燃料電池整車整機等方面，擁有眾多經驗豐富的企業，已初步形成相對完整的氫能產業鏈。上海引進了一批氫能產業鏈企業，初步形成了集膜電極等關鍵零部件研發、燃料電池動力系統生產和加氫站基礎設施配套等較為完整的氫能產業框架體系。福州在氫氣供應、燃料電池核心零部件、整車生產研發等產業鏈環節具有一定基礎。廣州部分氫能企業已完成整合氫能核心零部件、供氫系統、整車廠商等上下游產業的供應鏈體系，推動了當地氫能產業的提速發展。
來源：中國水運報
