世界第三,东北首个核电供暖项目即将启动,核能用途有多广泛?
一,核能可用于医疗领域
事实上核能在医疗领域的应用非常广泛,并且与我们看病治病,运用到的很多技术东西已经紧密的相结合在一起了。例如当我们去医院的时候,如果某个地方身体不舒服,但是在身体内部,这时候核磁共振就可以派出大用场,给医生可以提供更加准确的身体信息。另外在治疗癌症的方面也有非常大的作用,例如利用超导制的加速器去治疗癌症。核能与医疗领域结合,使医学的飞速发展,在现代医学上起了非常大的作用。
二,核能可以节约不可再生的能源
我们不妨可以大胆设想,我们如今开许多汽车,都是烧油的。但这些油都是从哪里买的呢?有许许多多都是从石油中提取来的,可是石油是不可再生能源。由于每年过度开采导致石油也是所剩无几了,但如果我们以后的汽车可以采用核能的技术,便可以节约许许多多的石油,让我们的后代也可以看到石油制品。因为核能是非常强大的,只要一点点核能便可以发挥出巨大的能量,可以让车跑的非常远,并且并不需要二次的加入能源。但是我相信以后科学技术的飞速发展,核能一定会在汽车方面有广泛的应用。
三,核能在航海也有广泛的应用
在我们的日常生活中,我们应该可以看到有关核潜艇的相关报道吧。对于核潜艇的特效,我们可能觉得是非常隐蔽,长期在深海,并且神出鬼没。但是对于它的这些特性,核能在这些方面起了非常大的作用。例如它长期在深海,这也限制了他的能量提供的范围,不能消耗较多的氧气。可想而知,深海是空气是非常稀薄的,核潜艇里面的氧气是非常的珍贵。但是核能提供能量是不需要氧气的。并且这个非常少的核能,可以发挥出巨大的能量的这个优势也减轻了整个潜艇的重量。
纯电动汽车是未来的趋势,在这之前,会有过度车型,比如插电混动车型。但最终的目的还是要到纯电。
首先我们得明白一个大环境。对于我们国家来说,电动车取代燃油车是必然的。我们得明白,为什么我国要大力发展电动车。其中关键的2个因素就是石油和污染。
俗话说:不谋万世者,不足谋一时;不谋全局者,不足谋一域。
我们国家的自用油是远远不够的,大部分的石油都是需要从国外进口。国外的石油大部分是从三条线进来的,一个是通过马六甲海峡进入南海,另一个是从中国的西部,还有一个是从俄罗斯进入中国。如果我们的死对头封锁了西部和海上的运输线,那我们国家经济就会受到严重的打击,没有石油很多的事情都做不了。这关系到国计民生,马虎不得。
另外国家大力发展电动汽车,也不是在瞎搞。我们有市场,有标准,有技术,有企业投入,国家大力扶持,是真金白银砸进去了。
电动汽车的更新换代速度会越来越快,智能化和网联化会颠覆我们对传统汽车的认知,更多的应用场景会出现。燃油汽车的三大件我们是短板,但是在电动汽车时代,我们的电池电机电控,那可不是落后的。如果形成了良性循环和以强有力的竞争力,我想电动汽车的时代会早一天到来。
电动车的未来还是比较确定的,未来将会成为汽车行业的主力,但是这个未来是多久就有些不确定了。电动车拥有环保零排放,能耗经济性好,加速响应快,操作更灵活,受到国家政策的扶持,在一线城市上牌容易不限行等。
我看会好以后氢燃料电池汽车这个发展趋势,不仅储备能量大,很好地解决现在普通电动车的续航问题,而且最重要的不会污染环境,成为未来最有潜力的汽车来源动力。
汽车中常用的塑料品种主要包括:聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚甲醛(POM)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氨酯(PU)、聚苯醚(PPO)、聚乙烯(PE)等,通常用的都是它们的改性复合材料或合金材料[4]。塑料制品在汽车中的应用场景大致可分为外饰件、内饰件、功能结构件三大类[3]。其中,塑料外饰件可大幅减少汽车的车身重量;塑料内饰件能让汽车更具有安全、舒适、环保的特征,还能提高汽车的安全系数;塑料功能结构件不仅能减轻汽车重量,还能降低制造成本并在一定程度上简化汽车制造的工艺流程。
1.外饰件中的塑料应用
随着轻量化进程的推进,汽车外饰件所用的材料也由原来的金属类材料、合金类材料为主,逐步变成以各种改性塑料为主,这样既能降低成本,又能更方便地设计出更加时尚的外观外型,还能大幅减轻车身的自重,进而提升汽车的环境适应能力,更符合环保理念。目前汽车中塑料外饰件主要包括车轮罩、挡泥板、车身面板、散热器格栅、导流板、保险杠等。外饰件主要涉及塑料种类包括:PP及ABS基复合材料、PC/ABS合金、PC/PBT合金等。
2.内饰件中的塑料应用
汽车中塑料内饰件应用场景主要包括安全气囊、杂物箱盖、车门内板、座椅、仪表板、后护板、顶棚、副仪表板等,约占车用塑料总量的50 %左右。塑料内饰件主要强调舒适性、可视性、触感和手感等,除此之外也应满足无特殊气味、不产生易使汽车的玻璃变得模糊的物质、表面污垢易于除去或擦去、阻燃性能好等附件要求。内饰件主要涉及塑料种类包括:PP、ABS、PMMA、PS基复合材料及其相关高分子合金等。
3.功能结构件中的塑料应用
车用塑料功能结构件主要采用具有高强度特性的工程塑料,应用场景涉及到汽车发动机及其周边零件、油箱、方向盘、风扇叶片、散热器水室、空气过滤罩等器件。功能结构件主要涉及塑料种类包括:PA与ABS基复合材料及其相关高分子合金、不饱和聚酯类改性模塑料SMC与BMC等。
环境、资源、能源是我们赖以生存的条件,是人类发展的基本需求。随着社会的发展进步,人类的物质需求日益增大,但自然资源和能源却日渐贫乏。另一方面,物质的消耗所产生的垃圾又对自然环境造成严重污染,威胁到人类的生存。因此,针对废旧汽车,特别是废旧汽车中废塑料进行回收利用,既能降低环境污染风险,还能节省大量的不可再生能源。基于上述塑料制品在汽车中应用的认识可知,虽然塑料应用的种类较多,但主要以几类典型品种的复合材料(及其合金材料)为主。因此,本文以废旧汽车中最为常见的几种典型大宗废塑料为研究对象,分别归纳总结了其近年来的回收利用,特别是高值化回收利用技术。
随着世界范围内对绿色经济发展重视程度的提升,氢能源的需求和应用领域不断扩展。氢能源产业下游应用场景主要可以分为:工业领域、交通运输领域、建筑领域、电力领域四个领域。
目前,我国主要氢能源主要的应用领域为工业领域。根据中国氢能联盟数据显示,到2060年,工业领域用氢依旧占氢能源应用主导地位。
工业领域为我国主要氢能源应用领域
氢能源是一种二次能源,它是通过一定的方法利用其它能源制取的。氢能源作为一种高效、清洁、可持续的能源已得到世界各国的普遍关注,被誉为21世纪的新能源。随着世界范围内对绿色经济发展重视程度的提升,氢能源的需求和应用领域不断扩展。
氢能源产业下游应用场景主要可以分为:工业领域、交通运输领域、建筑领域、电力领域四个领域。涉及到除了传统石化工业应用如合成氨、石油与煤炭深加工外,还包括燃料电池汽车、建筑、发电等方面的应用。
中国为全球第一产氢大国,年产氢气上千万吨。2012-2020年,中国氢气产量整体呈稳步增长趋势。2020年,中国氢气产量超过2500万吨,同比增长13.6%。
根据中国氢能联盟研究院数据显示,我国主要氢能源主要的应用领域为工业领域,化工依然是氢气最大的需求行业。2019年,我国合成氨和甲醇制取所需氢气分别占32%和27%,炼化与化工也占据25%的份额。其余领域所占氢能源份额仅为16%。
未来工业领域用氢依旧占主导地位
2021年4月21日,中国氢能联盟发布《中国氢能源及燃料电池产业白皮书2020》,指出在2030年碳达峰情景下,我国氢气的年需求量将达到3715万吨,在终端能源消费中占比约为5%在2060年碳中和情景下,我国氢气的年需求量将增至1.3亿吨左右,在终端能源消费中占比约为20%。
其中,2060年用氢需求中,工业领域用氢依旧占全国氢能源应用领域的主导地位,约为7794万吨,占氢总需求量60%交通运输领域用氢约为4051万吨,占总需求的31%建筑领域和电力领域用氢相对较少,总占比约为9%。
—— 更多行业相关数据请参考前瞻产业研究院《中国氢能源行业发展前景预测与投资战略规划分析报告》
作为一种来源广泛、清洁低碳、应用场景丰富的二次能源,氢能有利于推动传统化石能源清洁高效利用和支撑可再生能源大规模发展。近年来,氢能及氢燃料电池产业逐步成为全球能源技术革命和未来能源绿色转型发展的重要方向。
【拓展资料】
特点:
氢能是公认的清洁能源,作为低碳和零碳能源正在脱颖而出。21世纪,我国和美国、日本、加拿大、欧盟等都制定了氢能发展规划,并且我国已在氢能领域取得了多方面的进展,在不久的将来有望成为氢能技术和应用领先的国家之一,也被国际公认为最有可能率先实现氢燃料电池和氢能汽车产业化的国家。
当今世界开发新能源迫在眉睫,原因是所用的能源如石油、天然气、煤,石油气均属不可再生资源,地球上存量有限,而人类生存又时刻离不开能源,所以必须寻找新的能源。随着化石燃料耗量的日益增加,其储量日益减少,终有一天这些资源、能源将要枯竭,这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的储量丰富的新的含能体能源。氢正是这样的二次能源。氢位于元素周期表之首,原子序数为1,常温常压下为气态,超低温高压下为液态。作为一种理想的新的含能体能源,它具有以下特点:
1.重量最轻:标准状态下,密度为0.0899g/L,-252.7℃时,可成为液体,若将压力增大到数百个大气压,液氢可变为金属氢。
3.导热性最好:比大多数气体的导热系数高出10倍。
4.储量丰富:据估计它构成了宇宙质量的75%,它主要以化合物的形态贮存于水中,而水是地球上最广泛的物质。据推算,如把海水中的氢全部提取出来,它所产生的总热量比地球上所有化石燃料放出的热量还大9000倍。
5.回收利用:利用氢能源的汽车排出的废物只是水,所以可以再次分解氢,再次回收利用。
6.理想的发热值:除核燃料外氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的,为142351kJ/kg,是汽油发热值的3倍。
7.燃烧性能好:点燃快,与空气混合时有广泛的可燃范围,而且燃点高,燃烧速度快。
8.环保:与其他燃料相比氢燃烧时最清洁,除生成水和少量氮化氢外不会产生诸如一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化物和粉尘颗粒等对环境有害的污染物质,少量的氨气经过适当处理也不会污染环境,氢取代化石燃料能最大限度地减弱温室效应。
9.利用形式多:既可以通过燃烧产生热能,在热力发动机中产生机械功,又可以作为能源材料用于燃料电池,或转换成固态氢用作结构材料。
10.多种形态:以气态、液态或固态的金属氢化物出现,能适应贮运及各种应用环境的不同要求。
11.耗损少:可以取消远距离高压输电,代以远近距离管道输氢,安全性相对提高,能源无效损耗减小。
12.利用率高:氢取消了内燃机噪声源和能源污染隐患,利用率高。
13.运输方便:氢可以减轻燃料自重,可以增加运载工具有效载荷,这样可以降低运输成本从全程效益考虑社会总效益优于其他能源。
制氢的常见方式包括:
这是五种常见的制氢方式,第一种的常规燃料指的是天然气,均为不可再生的化石燃料;很显然这种方式不能普及,投入巨大的人力物力和财力去研发电动 汽车 ,初衷正是为了减少对常规能源的依赖,同时去减少二氧化碳排放,可是通过这种方式会产生大量的二氧化碳,会加剧温室效应;且国内天然气的储能比较有限,满足CNG车辆使用都有压力,更别提去制氢了。
甲醇重整制氢也标记哦常见,上世纪应用的很广泛,理论上用甲醇制氢确实能做到无排放,但是甲醇可不像江河水一样随处可取;制备甲醇主要是以一氧化碳、二氧化碳加压催化氢化法合成,使用的原料主要是天然气、石脑油、重油、煤炭和焦炭等,燃料是否清洁不能只看燃料本身,还要看获取或制造燃料是否存在污染,那么用甲醇制氢就不是理想选项了,车辆燃烧甲醇也没有什么意义。
工业副产品制氢主要是从焦炉煤气变压吸附工艺制氢,作为副产物仍旧要去看主体,主体本身不够清洁也就不用讨论氢气的规模化生产与应用了。水铝制氢技术近几年热度较高,但这种制氢的方式同样存在污染的问题,以目前的技术似乎就没有“清洁制氢”的理想方式,至此似乎决定了氢燃料普及无望,唯一的希望就是“电解水制氢”,然而看起来还是不靠谱。
2021年出现过“拉闸限电”,初衷不论是为了去垃圾产能还是对虚拟币行业进行打击,实际上也确实有用电紧张的问题;那么电解水制氢也就行不通了,电解水可以获得氢气,这是个很成熟的制氢方式,但是损耗也特别大。
氢燃料 汽车 不是“用氢气替代天然气”,以燃烧氢气产生热能的“燃气车”,本质实际是电动 汽车 。
氢气加注到氢燃料 汽车 的储氢罐里,增程模式中为消耗氢气发电,电流输入到电池组和电机以实现充电和驱动车辆行驶;这是典型的“增程式电动 汽车 ”,一公斤的氢在车辆上通过燃料电池发电,能转化出大约20kwh左右的电能。普通代步车高速巡航驾驶的电耗都在20kwh/100km以上,中大型车可以达到30kwh左右,也就是说“百公里氢耗可以达到1.0-2.0kg”。
但是用电解水制备一公斤的氢所消耗的电大约为60kwh左右,那么跳过“电制氢、氢转电”的流程,是不是等于这种氢燃料增程电车的实际耗电量达到了60-120kwh/100km左右了呢?实际上就是这样,这是在浪费有限的电能。
有些说法认为光伏发电、电解水制氢、氢燃料增程的方式可行,这看起来也有些天方夜谭;光伏发电的效率不高,按照 计算的话,1 的发电功率能有200瓦左右就算不错。假设一台车要加注5kg的氢,制氢需要耗电300kwh左右,想要在一小时内获得300kwh的电能,需要的是大约1500 的光伏发电板,发电板的成本是相当高的哦。
所以用这种方式制氢的成本也会非常之高,其次储氢罐的成本也非常高,目前每公斤高压储氢的成本在6000元上下,实制造成本极高、储备和运输成本极高,这样车即便量产也用不起,所以氢燃料 汽车 目前看来没有什么前景可言。
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我们单位就有负责制造氢气的车间,很危险!特爱容易爆炸,有一次爆炸,两百多公斤的阀门飞出好几公里!给附近老百姓的房子都震裂了。我们的技术就是烧煤然后产生一氧化碳在通过反应得到氢气,成本很高。氢气不易储存和运输,还爱爆炸!如果装到 汽车 上,稍微泄露一点,遇到一点打火就容易爆炸!
2022年,即将到来的北京冬奥会刮起了一阵氢能源的旋风。冬奥会的火炬传递,全部采用氢能源。在核心赛区,延庆和张家口投入了700余辆氢燃料大巴车,用于日常的交通运输。
这股“氢旋风”还刮到了A股市场上,氢能源概念红到发紫,刺激个股频频涨停——主营气体运输装备的京城股份,在去年12月份实现了14个涨停板,股价单月飙涨300%;主营高压容器的石重装实现了六连板;开发氢能电源产品的动力源,也在上月下旬连续三个涨停板。
这是氢能源在当下火热的缩影。与其他新能源相比,氢能源不仅储量大、无污染,还兼具零碳排的特性。每单位质量所蕴含的能量更是石油的3倍、煤炭的4-5倍。除此之外,氢能源应用场景广泛,氢燃料电池可以供给重载卡车、有轨电车、船舶、无人机、分布式发电等行业;绿色制氢还可消纳太阳能和风能发电间歇式、状态高低起伏不定的问题。
根据中国氢能联盟的预测,到2025和2035年,我国氢产业产值将分别达到1万亿和5万亿规模。
氢能前景固然广阔,但落地的困境却不容忽视。
在国外,日美的氢能源能占到各自能源总量的10%以上。日本拥有世界上数量最多加氢站,美国则拥有最低廉的氢能源价格,两国燃料电池应用均已经投入商业销售。
反观国内,当前氢能源的占比只有4%。据未来智库测算,2020年我国氢能总成本约为60-80元/kg,距离30元/kg的可商用价格相距甚远。
氢能源价格居高不下,还要追溯到制氢、储氢和运氢三大环节,它们使我国氢能发展面临着开局不利、技术瓶颈与规模化约束等重重难题,令“降成本”困难重重。
那么,氢能降成本难题究竟如何拆解?又如何破解?
01 点歪“ 科技 树”的制氢
中国的能源结构可以归纳为“富煤、贫油、少气”。这种特殊的结构令中国成了名副其实的“煤炭大国”——大量的化工产业平均每天要消耗掉95万吨的煤炭资源,同时产生巨量的化工副产物。
这些副产物中,焦炉气和氯碱等是极其便利的制氢原料。我国氢能源产业发展的初期,就依托化工生产中的副产物作为主供氢源的原材料,以节省制氢投资,降低成本。
借助原生资源的优势,短短几年间,我国就成为世界第一大产氢国。2020年中国氢气产量突破2500万吨,已连续多年位列世界第一。
但成也萧何,败也萧何。
依托化工副产物生产的氢能源,有个致命的问题——不能算作真正的“绿色能源”。
事实上按照制氢工艺的不同,氢能源大体分为 “灰氢”、“蓝氢”和“绿氢”三类。其中,借由对工业副产物进行提纯获取氢气,俗称“灰氢”。通过裂解煤炭或者天然气所得的氢气,便是“蓝氢”。“绿氢”则是通过可再生能源、电解水等方法,实现全程百分之百零碳排、零污染。
“灰氢”和“蓝氢”本质上仍然是用化石燃料提供能量,会产生大量的碳排放。相关研究表明,制造“蓝氢”所产生的碳足迹,比直接使用天然气或煤炭取暖高出20%,比使用柴油取暖高出约60%。而“灰氢”的污染还要高出18%-25%。纵使有碳捕捉与封存技术(CCS)降低碳排放,依旧是杯水车薪。
也就是说,要符合氢能源产业零碳排的核心理念,产业界只能期望于绿氢。
但中国的绿氢产能着实少得可怜。由于我国氢能源产业相较欧美日发展较晚,为了在短期内快速发展,我国优先选择了依托于优势资源煤炭发展氢产业,其代价便是,“绿氢”制备所需的基础建设的投资和相关技术迟迟未有发展。2020年,我国灰氢的占比超过60%,绿氢尚且不足1%。
一笔经济账可以看出绿氢与灰氢的成本差距:
在我国,电解水制氢的平均成本是38元/kg,其中电力成本要占到总成本的50%以上,而使用工业副产物制氢,平均成本仅仅只8-14元/kg。这意味着,工业电价要从当前的0.6kW·h对半折到0.3kW·h以下,绿氢才能在市场上具有竞争性。
但对标欧美日等国家,欧盟的绿氢的成本价低于14元/kg;美国的绿氢在12元/kg左右,而日本的绿氢成本固定在13.2元/kg。
如何让绿氢从奢侈品行列变成经济适用型,成为困扰中国氢能产业的一大难题。
而进一步拆分成本,造成绿氢高成本的两大因素分别是电力消耗量和架设电解槽费用。欧美给出的解答是政府引导+技术革新。
在欧盟,从2020起由政府牵头投资相继安装了6千兆瓦的可再生氢能电解槽,降低企业制造绿氢时电解槽的费用。
在技术上,欧盟摒弃采取工业用电电解水的模式,而使用PEM技术电解制氢。PEM技术的电解池结构紧凑、体积小,这使得其电解槽运行电流密度通常是碱性水电解槽的4倍以上,效率极高,平均每生产1立方米氢气可节省1千瓦时的电力。
想要让这个棵歪掉的“ 科技 树”回到正轨,就需要投入很高的时间成本和资金成本。
去年11月,中石化建成首座PEM氢气提纯设施,其阴极和阳极催化剂、双极板以及集电器等关键核心材料部件均实现国产化,制氢效率达85%以上。而这笔投资的门槛是数十亿,研发周期在两年以上。
宝丰能源也在斥巨资投入绿氢项目。其在互动平台上表示,2021年4月,耗时两年后,公司首批电解水制氢项目全部投产,预计年产2.4亿标方“绿氢”和1.2亿标方“绿氧”。据其公开披露数据,近两年来,宝丰能源在绿氢项目上已投入超过20亿元。
除了两家代表性头部企业以外,绝大多数中下游的企业,仍在生产灰氢。如何将点歪的灰氢 科技 树扭转回绿氢产业,必将需要长时间的产业引导。
02 被“氢脆”卡脖子的储氢
作为一种化学性质活泼的气体,氢气生产之后,需要用一种既安全又经济的方式储存起来。储氢不仅是令我国头疼的难题,而且在全世界,都没有很好的解决办法。
国内的主流方法是采取高压气态储氢。目前,我国储氢瓶的成本造价在27000元左右,同时配套设施的价格在15万元,对标美国,储氢瓶的价格也在22000元左右,略低于中国,但同样高昂。
高成本源于氢顽皮的特性,学术上称作“氢脆现象”。
所谓“氢脆”是指,氢气会在金属晶粒附近聚集起来,破坏金属的结构,让金属胀气变脆。氢气会在金属内累积成18.7兆帕的高压,这是地表气压187倍。更糟糕的是,氢脆一经产生,就消除不了。
氢脆在 历史 上引发过严重的事故。
1943年1月16日的晚上,俄勒冈州造船厂发出巨响,尚未交付的自由轮一下子断成了两半,这在当时引起了巨大的恐慌,众人都以为是纳粹的黑 科技 。
无独有偶,2013年,世界上最宽的桥,旧金山-奥克兰海湾大桥为即将到来的通车进行测试。然而仅仅2周,负责把桥面固定在水泥柱上的保险螺栓就出现了裂痕,96个保险螺栓里有30个坏掉了,使得这座大桥几乎成了废品。
为了缓解“氢脆”的困扰,全球想出了一种特殊的解决方法——低温液态储氢。将氢气压缩成液体,能大幅避开气态氢造成的安全隐患。
学界普遍认为,液氢储运技术是储氢技术发展的重要方向。
但目前,我国液氢储运技术相对落后,缺少大容量、低蒸发率的液氢存储设备的开发。仅有的一些研究,多聚焦在高压气态储氢方面。
例如,2020年,中科院宁波材料所使用高强高模碳纤维作为储氢瓶的内胆,大幅提升了储氢瓶性能。企业方面,京城股份投建了全亚洲最大的高压储氢瓶设计测试中心及生产线。
储氢成本的大山,路漫漫其修远兮。
03 “爹不疼妈不爱”的运氢
作为氢气“出厂”前的最后一步,运氢在整个氢能产业链中地位举足轻重。
然而长期以来,我国的氢气运输产业处于“爹不疼妈不爱”的境地,没有系统性的规划——几乎所有中央和地方层面的战略规划中,都提到了制氢和终端应用环节。
理论上,氢气运输产业分为短途和中长途两种。短途的运输可依赖长管拖车,中长距离的运输对成本敏感许多。其中一种经济的方式,是先将氢气转为高密度的液氢状态再进行运输。
液氢能适应陆运和海运的模式。在陆运上,液氢储罐最大容积可达到200立方米,是长管拖车模式的2倍。海运的液氢储罐最大容积可达到1000立方米,在欧洲和加拿大氢气运输中,就均采用液氢海运的模式。
如此重要的液氢在中国却产能极低。目前,液氢工厂仅有陕西兴平、海南文昌、中国航天 科技 集团有限公司第六研究院第101研究所和西昌卫星发射中心等,主要服务于航天发射, 总产能仅有4t/d, 最大的海南文昌液氢工厂产能也仅2t/d。目前, 中国民用液氢市场基本空白。
而对标欧美,美国是全球最大、最成熟的液氢生产和应用地域,拥有15座以上的液氢工厂, 全部是5t/d以上的中大规模,总产能达到375t/d。此外,亚洲有16座液氢工厂, 日本占了2/3。
另外一种是借由管道运输,但现实是,我国氢气管网严重不足,全国累计仅有100km输氢管道,且主要分布在环渤海湾、长江三角洲等地。在2016年的统计数据,全球共有4542km的氢气管道,其中美国有2608km的输氢管道, 欧洲有1598km的输氢管道。
目前,我国仅仅在《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书》提到,期望在2030年建成1000m长的氢气运输管道。而对比国外,管道运输已经开始全面与上下游形成联动。
例如,德国在北莱茵至威斯特法伦州铺设的240km的氢气管道,在给用户供氢的同时这些氢气管道也为工业所用。德国Frankfurt的氢气管道直连加氢站与氯碱电解工厂,可以免去压缩机直接供氢。
总结来说,由于上层规划的缺失,我国氢能运输仍处于“地方割据”的局面,还未形成规模经济。
04 破题关键词:液氢
氢能源产业的相关的难题是多方面的,但抽丝剥茧,氢能源产业迫切需要解决的问题集中在存储和运输之上。
原理很简单,“绿氢”的生产技术可以逐步迭代,但氢气如果不能长期低成本地存储,生产再多的“绿氢”都是徒增消耗。
此外,氢气如果不能便捷运输,氢能的广泛应用就是无从谈起。对照电力行业,正是高压输电技术的成熟,电力才能在全国范围内大规模应用。
而储氢与运氢问题的源头,在于液氢。
无论是存储端的低温业态储氢技术,还是中长距离的液氢运输,都少不了大规模液氢的身影。因此,如何提升液氢产量、开发相关储运设备,是氢能应用降成本的关键。
欧美日氢能产业的发展也能佐证这一点。欧盟早《未来氢能和燃料电池展望总结报告》就提到液氢重要性,同时在液氢方面的投资也从不吝啬。2021年在法国,一个液氢厂的投资就超过1.5亿美元。
美国垄断了全球85%的液氢生产和应用,根据美国氢能分析中心的统计,在液氢的帮助下,美国的氢能源被大量用于石油化工行业和电子、冶金等行业,两大行业平均每年要消耗掉82000吨的液氢。
日本则在液氢加氢站方面走在了前列。液氢加氢站具有占地小,储量大的优势,甚至能完成制氢就发生在加氢站里。
目前,日本有建成142座,占全球加氢站总数的25%,依托于加氢站,日本燃料 汽车 投放使用全球领先,燃料 汽车 的商业化也是全球最好的。
所以,中国的液氢亟需从当前军用、航天领域,走向大规模民用环节。
思考欧美日液氢的发展历程,我们有许多借鉴之处,概括而言,包括三点:
一、政策引导,为相关工作提前铺好路。2021年5月,国家相关部门陆续出台了《氢能 汽车 用燃料液氢》、《液氢生产系统技术规范》和《液氢贮存和运输技术要求》三个文件,制定了三项国家标准,这将对液氢发展起到关键性引领作用。
二、龙头企业牵头,建成大规模氢液化系统。液氢生产工厂的建设成本高,必须由龙头企业率先投产,提高生产规模,才能有效降低单位成本。
三、系统整合相关资源,发挥产学研机制作用。例如,建立政府、研究机构和企业的氢能源产学研合作平台,将科研产品第一时间应用到实际生产当中。
05 结语
世界已进入双碳时代。国际氢能委员会预计,2050 年氢能源将占全球能源消耗总量的18%,催生年产值2.5万亿美元的产业。
世界各国对氢能源越发重视,欧美日各国氢能源产业的规划已经做到了2050年后,并且还在迭代更新;而在我国,自2021年氢能被列为“十四五”规划重点发展产业后,国家和各地政府迅速出台了400多项政策,规划了2025年之前的产业发展目标。
一场事关产业政策、技术竞技的产业争霸赛已经打响。
近些年,我国能源战线坚定不移推进能源革命,建设多元清洁的能源供应体系,充分发挥自主创新第一动力功效,能源高质量发展迈出了新步伐,有力支撑服务了社会经济持续健康发展。在7月27日国信办举行的新闻发布会上,国家能源局相关负责人介绍了我国近些年能源发展建设相关情况。
01加快能源消费清洁低碳转型近些年来,我国能源消费持续加快清洁低碳转型。据资料显示,2014年至今,我国企业国民生产总值耗能累计减少20%,以年平均约2.9%的能源消费提高支撑了6.2%的国民经济增长。煤炭消费比例也从2014年的65.8%下降到2021年的56%,是在历史上降低最快的阶段。此外,可再生能源交易比例同时期从16.9%上升到25.5%,占能源消费增加量的60%之上。
“为深入贯彻党中央、国务院有关碳达峰、碳排放交易的决策部署,国家能源局紧抓‘十四五’能源规划和能源领域碳达峰方案的落地实施,促进能源翠绿色低碳转型和高质量发展。”国家能源局厅长章建华表明,在发展非化石能源层面,上年我国可再生资源攒机增强了约1.3亿千瓦时,上年10月超过10亿千瓦时价位。
今年上半年新增加攒机又超出5000亿千瓦,预估到2025年可再生资源占能源消费总量的比重将达到18%上下。与此同时提升终端设备用能的清洁取代,现阶段华北地区清洁取暖总面积突破了156亿平方米,清洁取暖率达到73.6%,累计取代散煤超出1.5亿多吨,对减少PM2.5浓度值、改善空气质量的增长率超出1/3。
上年12月的中央经济工作会议明确指出,发挥特长尽快完成耗能“双控开关”向碳排放量总产量和抗压强度“双控开关”变化。这也是促进社会经济全方位翠绿色低碳转型作出的重大制度设计。
国家能源局发展规划司厅长李福龙强调,这一变化一方面更明显地突显操纵不可再生能源消费的政策利好,有益于鼓励和促进可再生资源进一步发展,加快能源结构转型,另一方面有益于统筹发展和节能减排,综合能源问题和转型发展,“可以说,这一变化促使能源消费总量的延展性更大了,碳减排措施的精准性更强了。”
02保障能源安全可靠供应为实现能源长久的安全可靠供应,我国能源发展总体思路是在保证能源问题的前提条件下,深入推进能源翠绿色低碳转型。风力发电、光伏发电是能源绿色转型、低碳转型的一个重要的主力能源,但是它存有不确定性大、不可以持续平稳出力的特点。
对于此事,章建华表明,为保障能源问题供应,能源发展改革创新要平衡好发展趋势与安全、稳定增长与调结构,着眼于我国能源我国基本国情,解决好发展与节能减排、整体与局部、短期内与中远期的关系。
“在今后较长一段时间内,我国能源供应总产量也将稳步增长,所以要综合好非化石能源尤其是新能源与不可再生能源之间的相辅相成和合理配置。能源消费总量中,愈来愈多要来源于非化石能源,在能源靠谱供应层面,不可再生能源要发挥基本性缓冲作用。”
章建华还指出,要大力开展能源深化改革,完善融入新型电力系统的市场经济体制,推动融入能源结构转型的电力系统建设,大力开展能源领域“放管服改革”改革创新,利用市场化方法完成化石能源消费总量不断减少的与此同时,维持能源问题供应能力不降低。与此同时提升能源法制建设,完善能源领域法律法规体系,为建设能源大国搭建坚实的法治保障。
“近年来,在当前国际形势对能源市场产生影响的情况下,我国能源业自始至终保障能源问题、能源稳价放到各项工作的第一位,持续加大能源领域的有效投资幅度,提升能源产供储销服务体系,强化措施提升能源提供水平,有力有效支撑点社会经济发展。”李福龙说。
03增强能源技术创新能力能源问题新战略明确提出至今,能源业充分运用自主创新在能源发展中的关键支撑作用,进一步推动创新驱动发展战略,提升了能源转型发展动力。
据了解,在能源装备技术方面,我国设立了完备的绿色能源装备制造产业链,取得成功产品研发生产制造世界最大单机容量100亿千瓦水电机组,具有较大单机容量达10兆瓦的系列产品风电机组生产制造水平,太阳能电池转换效率数次更新世界记录。
在能源科技创新层面,产生自主知识产权的华龙一号、国和一号等大型三代压水堆核电技术,系统掌握具备四代特征的高温气冷堆技术性,全球首台135亿千瓦煤电机组资金投入运作,具备彻底自主知识产权的5亿千瓦气轮机完成超负荷平稳运作。
新式储能是促进新能源经营规模综合利用、搭建新型电力系统、助推完成碳达峰碳中和目标的核心技术和基础武器装备,现如今,新式储能的市场需求经营规模平稳扩张,对能源转型的支撑作用在基本呈现。
国家能源局电力司厅长何洋表明,现阶段,新式储能的技术实力和装机规模在稳步增长,技术标准体系基本创建;新式储能的应用场景和商业模式不断拓展,“新能源+储能”“互联网+储能”“分布式智能电网+储能”等多元化应用场景层出不穷。
以上便是能源高质量发展对绿色转型的影响,能源的可持续发展至关重要,对此大家还有什么想法欢迎评论区留言讨论。
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一是: “碳达峰”、“碳中和”以及国内2030年非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右目标明确,可再生能源将加速发展,光伏、风电接入应用比例提升;同时,分布式电站、充电桩、微电网等应用衍生新型生态系统,发电侧、电网侧、用户侧储能均将迎来新增应用需求。
二是: 储能相关配套政策逐步完善,包括明确规模目标、市场地位、商业模式、优化电价机制以及鼓励配套等方面,为储能创造有效的电力市场及政策支持环境。
基于以上观点,我们将在本篇讨论以下内容:
什么是储能技术 储能的应用场景 全球和中国的储能发展现状 “碳中和”趋势下的储能发展机遇 国内储能政策的持续完善 国内电化学储能发展空间。
电储能是实现电力存储与转换的技术,电化学储能是未来发展的重要方向。
储能即能量的存储;电储能是实现电力存储且包含电能与其他能量形式单向或双向转换的技术(本篇内容主要讨论电储能)。
电储能按照存储原理的不同又分为电化学储能和机械储能两种:
电化学储能是指各种二次电池储能,主要包括锂离子电池、铅蓄电池和钠硫电池等;
机械储能主要包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能等。
电化学储能不受自然条件影响,特别是锂电池储能,具有充电速度快、放电功率大、系统效率高等优点。
我们认为,随着系统成本的不断下降,电化学储能是未来储能产业重要的发展方向。
电力系统是储能领域的主要的应用场景
电力系统中储能可提供: 调频、备用、黑启动、调峰、需求响应、峰谷放冲等多种服务,是储能的重要应用领域。
储能在电力系统中根据应用场景可分为: 发电侧、输配电侧和用户侧;CNESA根据电力储能项目的主要用途进一步细化,将储能应用场景划分为:电源侧、辅助服务、集中式可再生能源并网、电网侧和用户侧。
除电力系统外,储能在其他应用领域也具备增长空间
通信: 储能在通信基站、数据中心和UPS等领域起到备用电源的作用,并可利用峰谷电价差进行套利以降低设备用电成本。
据GGII统计,2020年中国通信储能锂电池出货量为7.4GWh,同比增长23.3%,未来5G基站建设规模加大有望打开通信储能市场空间。
数据中心: 随着移动互联网的快速发展及新基建、数字经济等建设推动,数据中心行业有望持续快速发展。
据36氪研究院统计,2020年我国数据中心市场规模为1958亿元,预计到2025年有望接近6000亿元。储能作为数据中心的备用电源,前期数据中心的应用以铅酸电池为主,随着锂离子电池性价比持续提升,未来有望逐步取代铅酸电池成为数据中心主流的储能形式。
其他: 储能应用领域多样,例如,轨道交通领域配置储能可实现列车再生制动能量的高效利用等。
全球储能项目规模持续增长,抽水蓄能是过去最广泛的储能形式
累计装机规模方面: 根据CNESA全球储能项目库的不完全统计,截至2020年底,全球已投运储能项目累计装机规模191.1GW;
已投运抽水蓄能项目累计装机规模为172.5GW,占比达90.3%,是过去最广泛的储能应用形式;
已投运电化学储能项目累计装机规模为14.3GW,占比为7.5%;
其中,已投运锂离子电池储能项目累计装机规模为13.1GW,占电化学储能项目规模的的92.0%,是最主要的电化学储能形式。
电化学储能增长迅速,锂离子电池储能是主要的新增储能形式
新增装机规模方面: 2020年全球储能项目新增装机规模6.5GW,同比增长80.6%。
抽水蓄能新增装机规模为1.5GW,占新增储能项目装机规模的23.0%;
电化学储能新增装机规模为4.73GW,同比增长63.1%,占新增储能项目装机规模的72.8%;
其中锂离子电池储能新增装机规模4.65GW,同比增长69.6%,占电化学储能新增装机规模的98%。
中国是全球最大的新增电化学储能市场之一,未来有望持续领先
据CNESA全球储能项目库统计,在2020年全球电化学储能新增的4.73GW中,
地区结构:中国、美国和欧洲占据2020年全球储能市场的主导地位,投运规模占比分别为33%、30%和23%,合计占比达86%,且均突破GW级大关。
项目结构:辅助服务、新能源发电侧、用户侧安装较多,占比分别为29.3%、28.8%和27.3%,电网侧为14.7%;
在2020年全球电化学储能新增的1.56GW中,新能源发电侧装机规模超0.58MW,同比增长438%,未来随着中国新能源装机规模的不断扩大,中国储能发展将持续全球领先。
累计装机规模方面: 根据CNESA全球储能项目库的不完全统计,截至2020年底,中国已投运储能项目累计装机规模35.6GW;
已投运抽水蓄能项目累计装机规模为31.8GW,占比达89.3%,是过去应用最广泛的储能形式;
已投运电化学储能项目累计装机规模为3.27GW,占比为9.2%;
其中,已投运锂离子电池储能项目累计装机规模为2.90GW,占电化学储能项目规模的的88.8%,是最主要的电化学储能形式。
电化学储能高速发展,新增贡献接近一半
新增装机规模方面: 2020年中国储能项目新增装机规模3.2GW,同比增长190.9%。
抽水蓄能新增装机规模为1.49GW,2020年全球新增的抽水蓄能项目几乎都来自中国;
电化学储能新增装机规模为1.56GW,同比增长144.9%,占中国全部新增储能项目的48.8%;其中锂离子电池储能新增装机规模1.52GW,同比增长146.0%,占电化学储能新增装机规模的97.4%,是主要的电化学储能项目新增方式。
气候变化威胁形势严峻,“碳中和”势在必行
随着工业的发展和人类活动规模的扩大,对化石能源和自然资源的过度开发利用导致温室气体排放显著增长,造成全球温升和自然灾害。
2016年4月,175个国家和地区的领导人签署《巴黎协定》,成为全球应对气候变化的标志性事件之一;
2018年,政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布《全球1.5 升温特别报告》指出,要将全球变暖限制在1.5 C,到2030年,全球人为二氧化碳净排放量必须比2010年的水平减少约45%,到2050年左右实现“净零”排放,即“碳中和”。
根据ECIU的统计,除了已经达成“碳中和”的苏里南和不丹外,已有超50个国家和地区已经公布“碳中和”相关目标,以应对全球气候变化的威胁。
新能源应用是碳减排的重要实现方式,储能有望同步受益
据CAIT,2018年全球能源活动排放量占全球温室气体总排放量的76.1%,是碳排放的主要来源。推动清洁能源转型、加大新能源应用比例是未来能源发展的主要方向。
2020年12月,进一步宣布“到2030年,非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右”、“风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上”等目标。
据IRENA预测,到2050年全球49%的能源消费将来自电力,其中86%来自可再生能源,预计将以风电和光伏为主;到2050年全球光伏和风电的累计装机容量将有望超过8500GW和6000GW,光伏、风电装机规模具备可观发展空间。
新能源应用规模加大,新生态下电力系统对储能配备需求加大
新能源具备随机性、间歇性、波动性等特点,大规模新能源接入会对电力系统带来挑战。
储能配置将助力新能源消纳,并有效保障电网的稳定运行,我们预计未来随着新能源应用规模加大,储能技术将迎来高速发展。
储能在新能源比例提升的新型电力系统中可发挥多重作用:
发电侧:新能源发电侧配储能可以对新能源的波动性、间歇性等进行平滑,提升新能源的电网友好性,推动新能源的高质量发展。
电网侧:可提供调峰、调频、调压等功能,提升电网的新能源消纳能力,利于电网的稳定运行;
用户侧:随着峰谷电价差的拉大及分时电价政策的不断完善,分布式电站、充电桩、微电网等应用衍生出新型生态系统,将打开市场储能配置需求,以实现降低综合用电成本、促进电能优化配置利用、提高电力自发自用率、支撑微电网稳定运行等功能。
地方储能相关政策陆续出台
目前国内多地加大对可再生能源配套储能的支持政策或相关要求,多省份要求储能容量配比在10%-20%、储能时长在2小时及以上。
此外,青海省对“新能源+储能”、“水电+新能源+储能”项目中自发自储设施所发售的省内电网电量,给予0.10元/Kwh运营补贴。
各省对于储能政策落实将进一步加大储能在新能源发电侧的应用,有望加快储能系统的发展。
国家级储能政策密集发布,为储能的规模化发展铺平道路
近期国家发改委、国家能源局针对新型储能、分时电价、以及新能源消纳等政策进行了完善。
新型储能的商业模式和市场地位进一步明确。
7月15日,国家发展改革委、国家能源局发布《关于加快推动新型储能发展的指导意见》,其中提出“到2025年装机规模达3000万千瓦以上”的目标,以及从“明确新型储能独立市场主体地位”、“健全新型储能价格机制”以及“健全‘新能源+储能’项目激励机制”三个方面进行政策机制完善。
拉大峰谷电价差,推动用户侧储能发展。
7月26日,国家发改委发布《关于进一步完善分时电价机制的通知》,其中提出了“合理确定峰谷电价价差,上年或当年预计最大系统峰谷差率超过40%的地方,峰谷电价价差原则上不低于4:1;其他地方原则上不低于3:1”的要求,以及建立尖峰电价机制、健全季节性电价机制,优化分时电价机制,并提出建立动态调整机制等。
明确新增新能源并网消纳规模和储能配比,发电侧储能配套作用凸显。
8月10日,国家发改委、国家能源局发布《关于鼓励可再生能源发电企业自建或购买调峰能力增加并网规模的通知》,其中明确:“每年新增的并网消纳规模中,电网企业应承担主要责任,电源企业适当承担可再生能源并网消纳责任”,并在电网企业承担风电和太阳能发电等可再生能源保障性并网责任以外,仍有投资建设意愿的可再生能源发电企业,提出“鼓励发电企业自建储能或调峰能力增加并网规模”、“允许发电企业购买储能或调峰能力增加并网规模”,并对自建调峰资源的“超过电网企业保障性并网以外的规模初期按照功率15%的挂钩比例(时长4小时以上)配建调峰能力,按照20%以上挂钩比例进行配建的优先并网。”
我们认为,随着光伏、风电等新能源装机规模的不断增长以及分布式能源应用扩大,无论是发电侧、电网侧还是用户侧配备储能的必要性和需求均大幅上升,政策的逐步完善将为储能发展创造良好的市场环境,有利于推动储能产业的高速发展。
国内电化学储能装机规模预计迎来可观增长空间
我们认为,随着可再生能源装机规模的持续增长、储能及电价相关政策的不断完善,以锂电池为主的新型储能技术有望在相关机制的推动下迎来高速发展契机。
国家能源局发布的《关于加快推动新型储能发展的指导意见》明确了2025年新型储能装机规模达3000万千瓦以上的目标。以此计算,2020-2025年均复合增长率将超50%。
据CNESA预测:
保守场景下,2025年中国电化学储能累计投运规模有望达35.5GW; 随着“碳达峰”和“碳中和”目标和储能相关政策的推动,理想场景下2025年中国电化学储能累计投运规模有望达55.9GW。
据赛迪智库预测:到2025年我国锂电储能累计装机规模有望达50GW;到2035年我国锂电储能累计装机规模有望达600GW。
我们认为,在新能源大规模接入的新型电力系统体系下,储能有望迎来大规模发展机遇:
“碳达峰”、“碳中和”以及2030年非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右目标明确,可再生能源将加速发展,同时分布式电站、充电桩、微电网等应用衍生新型生态系统,发电侧、电网侧、用户侧储能均将迎来新增应用需求;
国家级及地方相关政策进一步完善,2025年储能装机规模目标、市场地位、商业模式得到明确;峰谷电价价差的拉大有望推动用 户侧配置储能,项目经济性提升将加大储能市场需求;鼓励可再生能源发电企业自建或购买调峰能力增加并网规模利于进一步扩 大储能在发电侧的需求和应用空间。行业相关政策的逐步完善将有利于推动储能产业的高速发展。
储能发展机遇下的锂电池、逆变器、储能系统集成三条主线:
锂电池:储能系统装机规模的快速增长将直接推动锂电池需求,具备性能成本优势、销售渠道以及技术实力的企业有望受益;
逆变器:PCS与光伏逆变器技术同源性强,且用户侧储能与户用逆变器销售渠道较为一致,逆变器技术领先和具备渠道优势的企业有望受益;
储能系统集成:储能系统集成看重集成商的集成效率、成本控制以及对零部件和下游应用的理解,在系统优化、效率管理、成本管控以及应用经验具备竞争优势的供应商有望受益于市场规模扩大。
行业公司:阳光电源、锦浪 科技 、德业股份、科士达、宁德时代、亿纬锂能、鹏辉能源、国轩高科、派能 科技 等。
储能装机不及预期;
储能政策不及预期;
设备安全性风险;
储能成本下降速度不及预期等。
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报告属于原作者,我们不做任何投资建议!
报告原名:《 新能源发展+政策双轮驱动,国内储能行业迈入快车道 》
作者、分析师: 华西证券 杨睿 李唯嘉
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