為應(yīng)對(duì)全球氣候變化，港口等交通領(lǐng)域能源正加速向低碳化轉(zhuǎn)型。近年，我國港口除了港機(jī)設(shè)備的常規(guī)性“油改電”外，液化天然氣（LNG）、氫能、氨氣、生物燃料、風(fēng)能、太陽能等新能源體系都在加快構(gòu)建并嘗試擴(kuò)大應(yīng)用。

眾所周知，LNG由于使用成本低和污染少于柴油等特點(diǎn)，在港航領(lǐng)域的應(yīng)用比例越來越高，但其因無法真正實(shí)現(xiàn)“零排放”，仍是中短期內(nèi)的過渡性能源；而太陽能、風(fēng)能等難以長期儲(chǔ)存。相較之下，氫能不僅易于獲得，還可以實(shí)現(xiàn)跨地區(qū)、跨季節(jié)的能量轉(zhuǎn)化，未來更有望成為港口物流領(lǐng)域的主要清潔能源之一。

氫能產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展

氫能以氫氣作為能源載體，是一種儲(chǔ)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(xué)轉(zhuǎn)化，產(chǎn)物只有水且能量轉(zhuǎn)化效率高，被譽(yù)為21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ亩文茉础?/p>

2019年，我國首次將氫能寫入政府工作報(bào)告，并于當(dāng)年6月發(fā)布《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書》，氫能存儲(chǔ)、運(yùn)輸技術(shù)的研究開始加快；2020年4月，我國國家能源局發(fā)布《中華人民共和國能源法》，氫能首次被列能源范疇。

我國雖然將“氫”作為能源進(jìn)行研發(fā)和利用的時(shí)間較短，但國內(nèi)一直存在一個(gè)以化石能源制氫和工業(yè)副產(chǎn)氫回收的生產(chǎn)和非能源利用的“氫氣產(chǎn)業(yè)”，并且這一產(chǎn)業(yè)已經(jīng)有相當(dāng)規(guī)模。

根據(jù)中國氫能聯(lián)盟的數(shù)據(jù)顯示，2021年，我國氫氣產(chǎn)能約為4100萬噸，實(shí)際產(chǎn)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%，而用途上大部分用于制氨和甲醇等燃料。

與“氫氣”產(chǎn)業(yè)相比，我國“氫能”產(chǎn)業(yè)發(fā)展還處于初級(jí)階段，氫氣產(chǎn)量中僅有1%左右作為能源使用。目前，我國氫氣產(chǎn)量和儲(chǔ)氫材料產(chǎn)銷量世界第一，為氫能技術(shù)開發(fā)利用創(chuàng)造了有利條件，使近年我國氫能產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展，應(yīng)用場(chǎng)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(chǎng)。

從已投產(chǎn)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(wù)對(duì)象主要為城市公共交通設(shè)備，少有港口專用加氫站，未來加氫站的建設(shè)數(shù)量及地域分布還有待完善。

我國已掌握了部分氫能基礎(chǔ)設(shè)施與燃料電池相關(guān)的核心技術(shù)，制定出臺(tái)了國家標(biāo)準(zhǔn)112項(xiàng)次，具備一定的產(chǎn)業(yè)裝備及燃料電池整車的生產(chǎn)能力。

在產(chǎn)業(yè)規(guī)劃方面，我國發(fā)布《中國制造2025》《國家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略綱要》，以及2022年3月國家發(fā)展和改革委員會(huì)、國家能源局聯(lián)合印發(fā)的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021-2035年）》，都在積極鼓勵(lì)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

同時(shí)，國內(nèi)已有北京市、河北省、上海市、浙江省、山東省、廣州市等數(shù)十個(gè)省（市）和地區(qū)發(fā)布了氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃/實(shí)施方案/行動(dòng)計(jì)劃；根據(jù)已經(jīng)發(fā)布的規(guī)劃目標(biāo)，預(yù)計(jì)到2025年燃料電池汽車?yán)塾?jì)推廣量將超過15萬輛，加氫站將超過1000座，氫能產(chǎn)業(yè)累計(jì)產(chǎn)值將超過9600億元。

此外，盡管我國的氫能源布局較晚，但目前已逐漸成為研發(fā)預(yù)算投入增幅最大的國家。

一體化氫能港口建設(shè)方興未艾

目前，國內(nèi)已開始打造“產(chǎn)銷用”一體化氫能港口。

“氫港”主要指具備氫能源使用、氫能產(chǎn)業(yè)培育和氫能貿(mào)易的港口，近期則以臨港氫能產(chǎn)業(yè)培育和港機(jī)等設(shè)備的氫能應(yīng)用為主。中遠(yuǎn)期隨著氫能技術(shù)的成熟，將逐步開展氫能源貿(mào)易，形成“產(chǎn)—儲(chǔ)—銷—用”一體的全產(chǎn)業(yè)鏈條。

現(xiàn)階段，我國已有一批建設(shè)中的“氫港”，分別位于山東省青島市、上海市臨港新片區(qū)、天津市濱海新區(qū)、江蘇省張家港市、浙江省寧波市等地區(qū)。同時(shí)，深圳鹽田、大連太平灣等港口也都相繼對(duì)建設(shè)氫能港口制定了規(guī)劃。

這些港口未來將主要發(fā)揮以下三方面作用：一是形成氫能產(chǎn)業(yè)示范區(qū)，帶動(dòng)當(dāng)?shù)氐臍淠墚a(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展；二是為航運(yùn)提供氫燃料，助力其實(shí)現(xiàn)脫碳；三是作為氫能進(jìn)出口的關(guān)鍵樞紐。

根據(jù)國際可再生能源署（IRENA）預(yù)計(jì)，到2050年全球大約1/4的氫氣將用于國際貿(mào)易，其中一半將通過船舶運(yùn)輸，將帶動(dòng)氫能的全球化應(yīng)用。

不過，在港口應(yīng)用領(lǐng)域，氫能應(yīng)用主要集中在拖車集卡。目前，我國港口對(duì)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、陰極以及電解液等構(gòu)成部件，通過電化學(xué)反應(yīng)將燃料中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)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(xù)輸入，氫能燃料電池就可以連續(xù)產(chǎn)生電能。

以山東青島為例，《青島市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2020-2030年）》中提出，推動(dòng)建設(shè)氫能港口等多種氫能發(fā)展示范形式，在青島港開展燃料電池港口機(jī)械和物流運(yùn)輸發(fā)展示范應(yīng)用。目前，青島港自主研發(fā)的全球首創(chuàng)“氫動(dòng)力”自動(dòng)化軌道吊等，解決了一鍵錨定、永續(xù)充電、自動(dòng)摘鎖、AGV輕量化等難題，作業(yè)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(xiàn)有燃油車輛，推動(dòng)與港口作業(yè)銜接配套的長途物流公司逐步更換清潔能源車輛，規(guī)模有望達(dá)到7萬-10萬輛。

然而，氫能在拖車集卡應(yīng)用上仍存在不足。目前，氫能車輛單車價(jià)格、氫能源價(jià)格均居高不下，應(yīng)用氫能設(shè)備雖具有一定的社會(huì)效益與環(huán)保效益，但經(jīng)濟(jì)性差，港口企業(yè)推廣應(yīng)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(zhì)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(shí)現(xiàn)綜合轉(zhuǎn)化效率90%以上。不過以分析整車能源效率時(shí)常用的“油井到車輪”（WTW）生命周期效率指標(biāo)來看，氫能燃料電池車輛的表現(xiàn)一般不如純電動(dòng)車，主要受到目前制氫、儲(chǔ)氫、輸氫，以及燃料電池能量轉(zhuǎn)化技術(shù)不成熟的影響。

為此，過去3年，我國重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃啟動(dòng)實(shí)施“可再生能源與氫能技術(shù)”重點(diǎn)專項(xiàng)，科技部通過該重點(diǎn)專項(xiàng)部署了27個(gè)氫能研發(fā)項(xiàng)目，研發(fā)經(jīng)費(fèi)投入約5億元。其中，燃料電池技術(shù)類有14個(gè)，占總項(xiàng)目的51.9%；制氫技術(shù)類5個(gè)，占比18.5%；儲(chǔ)氫技術(shù)類6個(gè)，占比22.2%；加氫站技術(shù)類2個(gè)，占比7.4%。

目前，我國港口氫能利用，仍然存在技術(shù)短板。首先是氫燃料的儲(chǔ)存和運(yùn)輸，國內(nèi)為港口流動(dòng)機(jī)械等專業(yè)供氫廠家少，運(yùn)輸方式單一，氫氣使用成本較高。

同時(shí)，國內(nèi)氫氣現(xiàn)階段使用主要以氣態(tài)氫為主，氫氣運(yùn)輸主要采用的是長管拖車運(yùn)輸，運(yùn)輸壓力多為20MPa，單車次可運(yùn)輸347kg，國內(nèi)“儲(chǔ)氫瓶”主要以35MPa型“氫瓶”為主，70MPa型“氫瓶”技術(shù)較國際落后，因拖車運(yùn)輸壓力低，設(shè)備加氫時(shí)間相對(duì)較加注柴油、LNG時(shí)間長，影響碼頭作業(yè)效率。

此外，國內(nèi)流動(dòng)機(jī)械相關(guān)氫能源標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范需要進(jìn)一步完善，提高氫能的儲(chǔ)運(yùn)效率、降低氫能的儲(chǔ)運(yùn)成本是目前氫能儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)的發(fā)展重點(diǎn)。

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(fēng)電”進(jìn)行氫能制取，而我國利用風(fēng)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(yīng)船舶或是港口自用都不足以達(dá)到“零碳能源”標(biāo)準(zhǔn)。

相關(guān)城市初步形成產(chǎn)業(yè)鏈

雖然氫能在港口的應(yīng)用還有很多問題需要克服，但可喜的是，目前我國部分港口城市已初步形成相對(duì)完整的氫能產(chǎn)業(yè)鏈。天津、青島、大連、上海、福州、廣州等開展了氫能制取、儲(chǔ)運(yùn)、加注、燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)及氫能應(yīng)用全產(chǎn)業(yè)鏈項(xiàng)目，形成了一批龍頭企業(yè)。

其中，天津依托石化產(chǎn)業(yè)，優(yōu)勢(shì)布局氫能產(chǎn)業(yè)，形成了制氫、加氫、用氫的全產(chǎn)業(yè)鏈條；

青島港聯(lián)合同濟(jì)大學(xué)、上汽集團(tuán)等開展氫能制取、儲(chǔ)運(yùn)、加注、燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)及氫能應(yīng)用全產(chǎn)業(yè)鏈項(xiàng)目；

大連在氫氣制備儲(chǔ)運(yùn)、氫燃料電池系統(tǒng)及零部件、氫燃料電池整車整機(jī)等方面，擁有眾多經(jīng)驗(yàn)豐富的企業(yè)，已初步形成相對(duì)完整的氫能產(chǎn)業(yè)鏈；

上海引進(jìn)了一批氫能產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，初步形成了集膜電極等關(guān)鍵零部件研發(fā)、燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)生產(chǎn)和加氫站基礎(chǔ)設(shè)施配套等較為完整的氫能產(chǎn)業(yè)框架體系；

福州在氫氣供應(yīng)、燃料電池核心零部件、整車生產(chǎn)研發(fā)等產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)具有一定基礎(chǔ)；

廣州部分氫能企業(yè)已完成整合氫能核心零部件、供氫系統(tǒng)、整車廠商等上下游產(chǎn)業(yè)的供應(yīng)鏈體系，推動(dòng)了當(dāng)?shù)貧淠墚a(chǎn)業(yè)的提速發(fā)展。