氢能是可再生能源吗
氢能是一种完全清洁的新能源和可再生能源。它是利用化石燃料、核能和可再生能源等来生产氢气,氢气可直接用作燃料,也可通过燃料电池通过电化学反应直接转换成电能,用于发电及交通运输等,还可用作各种能源的中间载体。
氢作为燃料用于交通运输、热能和动力生产中时,具有高效率、高效益的特点,而且氢反应的产物是水和热,是真正意义上的清洁能源和可持续能源,这对能源可持续性利用、环境保护、降低空气污染与大气温室效应方面将产生革命性的影响。
氢能源首次写入政府工作报告,让这行业成为大家关注的焦点。业内人士认为,氢燃料电池具有零排放、零污染的特性,是终极新能源动力解决方案。燃料电池发展将掀起新一轮能源革命,未来氢燃料电池市场规模可达万亿级别。在政策的支持下,未来氢能或将迎来产业爆发。
氢能源首次写入政府工作报告
3月15日,国务院新闻办举行吹风会就政府工作报告的83处修订进行了解读。其中有一条引起市场注意——“推动充电、加氢等设施建设”,这是氢能源首次写入政府工作报告。业内认为,此次政府工作报告的修订标志着政府对氢能源利用的重视。
氢能源首次写入政府工作报告让这一行业成为大家关注的焦点。据悉,氢能是一种二次能源,它是通过一定的方法利用其它能源制取的,而不像煤、石油和天然气等可以直接从地下开采,几乎完全依靠化石燃料,氢能源被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。
“氢能在可再生能源存储方面具有的独特优势。”业内人士指出,与抽水蓄能、压缩空气、二次电池等储能方式相比,氢储能具有地理环境制约少、规模适应性宽、投资成本低、环境友好等显著特征。氢燃料电池具有零排放、零污染的特性,被认为是未来清洁环保的理想技术,是终极新能源动力解决方案。燃料电池发展将掀起一轮能源革命,氢将取代一部分石油成为能源体系中的重要一环,未来氢燃料电池市场规模可达万亿级别。
近日,国内首个风电制氢工业应用项目沽源风电制氢综合利用示范项目再获新进展。根据项目方发布的消息,目前该项目的全程建构物结构、全程建筑物装饰装修已完工,制氢设备全部安装就位,制氢系统管道完成95%,下一步将对设备进行调试。
资料显示,河北沽源风电制氢项目为河北省重点项目,总投资20.3亿元,该项目由河北建投新能源有限公司投资,与德国McPhy、Encon等公司进行技术合作,引进德国风电制氢先进技术及设备,在沽源县建设200兆瓦容量风电场、10兆瓦电解水制氢系统以及氢气综合利用系统三部分。
而在燃料电池方面,我国从2001年就确立了“863计划电动汽车重大专项”项目, 确定三纵三横战略,以纯电动、混合电动和燃料电池汽车为三纵,以多能源动力总成控制、驱动电机和动力蓄电池为三横。随着燃料电池产业发展逐渐成熟,支持力度逐渐加大。2016年11月,《“十三五”战略性新兴产业发展规划》提出系统推进燃料电池汽车研发和产业化。
《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书》则进一步描出了中国氢能的发展路线图:到2020年中国燃料电池车辆要达到10000辆、加氢站数量达到100座,行业总产值达到3000亿元;到2030年燃料电池车辆保有量要“撞线”200万,加氢站数量达到1000座,产业产值将突破一万亿元。
安信证券分析师邓永康报告中提到,两会期间众多代表多次提及发展氢燃料电池产业的提案、建议等,主要包括战略地位提升、加大技术研发投入、补贴政策和完善基础实施等,市场关注度空前高涨。
燃料电池商业化大幕开启
随着中国经济的快速发展,汽车工业已经成为中国的支柱产业之一。2007年中国已成为世界第三大汽车生产国和第二大汽车市场。与此同时,汽车燃油消耗也达到8000万吨,约占中国石油总需求量的1/4。在能源供应日益紧张的今天,发展新能源汽车已迫在眉睫。用氢能作为汽车的燃料无疑是最佳选择之一。
天风证券分析师杨藻、杨星宇指出,2019年将成为燃料电池汽车商业化元年,未来燃料电池车用系统在中国将主要应用在商用车领域。天风证券报告称,电动汽车已经初步解决“能用”问题,下一步是解决“好用”。而电动车在商用车领域应用有着成本高、充电不便、冬季使用体验欠佳等痛点,燃料电池是最有前景的辅助解决方案之一。电动车大规模推广带来的三电技术进步也为燃料电池汽车推广打下坚实基础。
安信证券分析师邓永康表示,根据 Information Trends 报告数据,2017年全球燃料电池乘用车实现3260辆销售规模,同比增长超40%。根据中汽协数据,中国燃料电池乘用车暂无产品上市,主要以燃料电池商用车为主,2018年实现1527辆销售规模,同比增长20%,未来随着“十城千辆”推广实施,销售规模未来将会有大幅提升。
燃料电池汽车商业化领域的又一个历史性里程碑是,2018年8月份潍柴动力对巴拉德进行约1.63亿美元的股权投资,将持有其19.9%股权,成为巴拉德第一大股东。同时潍柴宣布2021年前为商用车提供至少2000套燃料电池模组,这是全球历史上规模最大的商用车燃料电池汽车部署计划。
根据Fuji Keizai预测,到2025年全球燃料电池市场有望达到5.2万亿日元(约合人民币3400亿元),其中燃料电池汽车市场规模将超过50%。2011年燃料电池汽车市场仅为3亿日元,未来随着技术升级、加氢站等基础设施的完善、政策支持力度加大,预计到2025年全球燃料电池汽车市场有望扩大到2.91万亿日元(约合人民币1900亿元),占整体市场一半以上。
分析人士指出,氢能源行业首次写入政府工作报告,标志着政府对氢能源利用的重视。在政策的支持下,随着燃料电池核心技术加速突破,未来氢能或将迎来产业爆发。相关概念股,如东华能源(002221)、鸿达兴业(002002)、厚普股份(300471)、滨化股份(601678)、雪人股份(002639)、大洋电机(002249)值得重点关注。
个股点将台
东华能源(002221)
公司去年底透露已建成江苏地区首个商业化运营的加氢站。公司表示,氢能源能广泛运用于燃料电池车辆、发电、储能,以及掺入天然气用于工业和民用燃气等领域,可代替石油和天然气。氢能产业内涵丰富。公司重视氢能综合利用,下一阶段将要打通氢能利用全产业链通道,充分发挥氢能经济效益优势,进一步提升LPG深加工全产业链的竞争优势。
公开资料显示,东华能源主要业务范围涵盖烷烃资源国际国内贸易、终端零售、烷烃资源深加工以及氢能综合利用等。机构分析指出,公司去年变更募投资金投入宁波PDH三期、宁波洞库及连云港码头储罐等项目。未来3-5年预计建成7套PDH及下游深加工项目,预计19-21年将每年保持1-2套PDH项目投产之节奏,到2022年公司PDH和配套PP总产能预计将达456万吨和320万吨,进一步巩固龙头地位,看好公司主业的长期成长性和在氢能和新材料行业的延伸布局。
此外,东华能源受让多家公司股权,大力发展氢能源。公司3月6日公告称,全资子公司东华汽车拟受让王尚德所持有的东华能源控股子公司东华清洁能源的33.33%股权。公司拟受让全资子南京东华、太仓东华和控股子公司宁波新材料持有的张家港新材料23.66%股权,公司拟受让宁波化学20%股权,上述股权转让完成后,张家港新材料成为公司的全资子公司,宁波化学成为公司的全资子公司。
分析指出,目前氢能与燃料电池汽车产业已进入商业化初期阶段。在政策的支持下,随着燃料电池核心技术加速突破,氢能源产业链企业有望受益,作为氢能龙头的东华能源成长空间巨大。
厚普股份(300471)
去年11月2日,厚普股份发布公告称全资子公司四川厚普卓越氢能科技有限公司与法国液化空气集团全资子公司液化空气先进技术有限公司共同投资在成都设立一家从事氢燃料电池电动车加氢站的开发、生产及销售的合资公司。双方将共同推进氢能产业链的发展以促进中国氢气加注基础设施的建设。并于2018年11月2日在公司签订了《合资条款清单》。
厚普股份表示,公司在氢能发展政策的指示下,与液化空气先进技术有限公司设立合资公司,将实现与法国液化空气集团在氢能方面的资源共享,共同推进氢能产业链及促进氢气加注基础设施的建设。本次合作将为双方在国内及国际市场开展氢能业务打下坚实的基础,将加强公司的可持续发展能力,推进公司未来氢能业务的发展。
公开资料显示,法国液化空气集团是在工业和医疗气体领域技术和服务的全球领导者,其在全球拥有员工65000余名,业务遍及全球80多个,并为350多万客户和患者提供服务。公司在全球参与建设及投资运营的加氢站有100余座(含70Mpa加氢站)及8座液氢装置,具有丰富的加注站设备数据及相关技术。
业内人士指出,厚普股份主营业务立足于清洁能源的高端设备制造及相应的能源工程咨询、设计、施工。目前,公司已在加氢站领域逐步形成了从工程设计、核心部件研发、成套设备集成、系统平台集成、加氢站安装调试和售后服务等覆盖整个产业链的服务能力,成功打造加氢站设计能力、核心部件开发实力、与多方客户的良好关系及完善的售后服务体系四大核心优势。燃料电池汽车商业对公司形成长期利好。
鸿达兴业(002002)
公司2月18日晚间发布公告称,公司与北京航天试验技术研究所“101所”签署《氢能项目合作协议》,旨在从氢能技术研发、装备研制推广等方面开展合作,利用各自的优势将氢能产业做大做强。
公告显示101所成立于1958年,是我国规模最大、功能最全、技术先进的航天动力地面综合试验研究基地,我国唯一的氢氧发动机研究试验基地。在长期的科研和应用中,掌握了液氢较大规模制取、储存、长途运输和安全运用技术,研制了相应设备,实现了大规模液氢储存和使用,形成了公路、铁路运输和局域内管道输送相结合的液氢综合转运体系,为我国氢氧火箭研制和发射提供保障,是目前国内涉氢研究试验基础条件最为完善的单位。
鸿达兴业表示,公司与101所从氢能技术研发、装备研制推广等方面开展合作,对于推动氢气的生产及应用发展具有重要意义。双方合作可为对方带来独特和有价值的技能、视角以及商业利益,同时将为公司进军氢能源领域打下坚实基础,有助于公司加快布局制氢、储氢、运氢及氢能应用的完整产业链。进一步提高公司的核心竞争力,为公司持续、快速、稳定发展提供有力保障。
而这并非鸿达兴业首度涉足氢能产业。2018年12月18日公司公告称全资子公司乌海化工为提高氯碱装置生产氢气的利用效率,进一步提高资源能源利用率,完善产业结构,拟投资建设加氢站项目。今年1月31日晚间公司公告全资子公司乌海化工收到内蒙古自治区乌海市发改委的项目备案批复文件,同意其在乌海市海勃湾区、海南区、乌达区共计建设8座加氢站。
南方汇通(000920)
公司通近年来在膜业务领域持续发力,其全资子公司时代沃顿是国内第一大反渗透膜生产商,同时也是全球范围内为数不多的完全掌握膜片制造核心技术和全流程膜组件制备工艺,并具有规模化生产能力的制造商。公司2018年半年报透露出的信息显示,目前公司电池隔膜中试生产线运行良好,实现稳定生产,正在积极推进市场开拓。
分析人士认为,电池膜未来有望成为公司新的盈利点。申万宏源分析师刘晓宁认为,膜技术是水处理主要方向,当前国内纳滤膜和板式超滤膜仍以进口为主,公司预期未来将凭借成本优势提升份额增加销售量。
除了深耕膜在环保应用市场外,南方汇通还增加能源膜研究开发。2017年公司自主研发的电池隔膜开始进入中试阶段;2018年电池隔膜中试生产线运行良好,实现稳定生产。南方汇通表示,公司不排除进一步延伸技术路线,拓宽产品结构的可能性。国泰君安分析师徐强表示,高性能分离膜的自主开发与生产能力仍旧是公司的成长主线,电池隔膜未来有望成为公司新的盈利点。
值得关注的是,氢燃料电池汽车发展对电池隔膜的意义重大。据了解,相比锂电池,氢燃料电池能够更好的解决续航里程焦虑及快速补充能源的问题,但氢燃料电池也因为关键技术难以攻克面临重重阻碍,而目前全球能够商业化供应氢燃料电池质子交换膜材料的公司只有美国杜邦。但南方汇通掌握反渗透膜尖端重要技术,让公司在燃料电池市场这片万亿级的新蓝海中跻身前列。
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文/于广欣 纪钦洪 刘强 肖钢 熊亮,中海油研究总院,现代化工
氢是宇宙中最丰富的元素。氢能作为二次能源是最佳碳中和能源载体,可用于发电、发热、交通燃料,具有零污染、热值高、可存储、储量足、应用广等优点。氢的储能属性使其具备跨时间和空间灵活应用的潜力,能与可再生能源有效衔接,助力可再生能源消纳与更大规模发展。正是基于氢的优点与潜能,在应对气候变化、全球能源转型的大背景下,国际上普遍认为氢能将成为未来能源系统的关键节点,在全球能源转型及提高能源系统灵活性方面发挥关键作用。而近些年全球资本、技术、舆论等因素正共同催生本轮氢能热潮。
1 氢能产业发展现状
本轮氢能热潮起于欧美日发达国家,并逐步扩展至全球。欧盟、美国、日本已将氢能纳入国家能源发展战略,并出台产业发展规划和支持政策。美国重视氢能产业链关键技术培育,应用方面固定式燃料电池发电、氢燃料电池叉车和 汽车 有绝对优势。欧盟实现净零排放,氢能是其重要抓手,德国制定《国家氢能战略》支持可再生能源制氢、氢基合成燃料、燃料电池产业与技术发展。日本、韩国发布详细的发展路线图,政策导向明确,在燃料电池车、家用燃料电池、加氢站网络和氢技术开发处于领先。国际氢能理事会发布的《Hydrogen Scaling Up》报告预测,2050年氢能约占全球能源需求的18%,工业、交通、建筑供暖供电是氢能应用重点领域。
国内将氢能定位战略能源技术,政策利好逐步释放。2019年氢能首次被写入政府工作报告,2020年《中华人民共和国能源法(征求意见稿)》第一次将氢能列为能源范畴,同年氢能纳入年度国民经济和 社会 发展计划,并启动燃料电池 汽车 示范推广及国家氢能产业发展战略规划编制。国家层面从立法、顶层设计、示范应用等层面给予氢能产业持续的政策支持,统筹规划、引导、规范氢能产业 健康 持续发展。在持续稳定的政策环境下, 社会 资本、产业链上下游相关企业、地方政府等多因素叠加催化下,近几年国内以加氢站为代表的氢能基础设施(表1),制-储-运-用产业链关键技术与装备得到发展,初步形成珠三角、长三角、京津冀等氢能产业热点区域,目前产业整体处于技术研究与示范应用阶段。根据公开资料整理,目前国内氢燃料 汽车 超过6000辆,在运营加氢站46座。《中国氢能源及燃料电池产业白皮书(2019)》预测,2035年氢能占国内终端能源总量5.9%,加氢站数量1500座,燃料电池车保有量130万辆。
面对全球应对气候变化政策倒逼,Shell、Total、BP等欧洲石油公司相继提出2050年“净零碳排放”目标,押注绿色低碳能源成为普遍选择,其中布局绿色氢工厂、加氢站等氢能业务是重点方向。至今,壳牌氢能业务已在美国、日本、德国投资超过24座加氢站,并与道达尔等企业合作在德国加速推进H2 Mobility项目(预期加氢站建设规模超过400座)。国内石化企业在发展氢能方面,具有氢源和销售网络的优势,中国石化等已开展制氢、加氢站及储运设施网络的规划和建设,2018年中国石化加入国际氢能委员会,2019年与法液空开展氢能合作,采用“油氢电一体化”新模式,在现有加油站基础上配建加氢站,目前已在广东、上海、浙江建成油氢合建站4座。
2 产业链技术与成本瓶颈分析
全球氢能及氢燃料电池车示范应用进展显著,但氢能产业涉及制、储、运、用多个环节,产业链长,技术复杂,现实中氢能大规模推广应用仍面临氢燃料电池制造成本高、加氢站设施薄弱、终端用氢成本高等瓶颈。
2.1 技术因素导致制造氢燃料电池成本较高
氢燃料电池系统由电堆、供气系统、控制系统等部件共同构成。电堆是将化学能转化为电能的核心部件,电堆成本占氢燃料电池系统总成本60%左右(见图1)。造成电堆成本居高的主要因素包括:膜电极、电堆加工制造过程及使用环境要求。而电堆技术的瓶颈也导致氢燃料电池系统成本较高。
膜电极是电堆的核心部件,由催化剂、质子交换膜、碳纸组成,其成本约占氢燃料电池系统的36%。目前商用催化剂为铂/碳,其成本约占氢燃料电池系统成本的23%,是成本的主要来源。质子交换膜、碳纸材料成本也较高,国内主要依靠进口,在性能和批量化上与国外还存在差距。膜电极已经发展到第三代有序化膜电极技术,趋势是降低大电流密度下的传质阻力,进一步提高燃料电池性能,降低催化剂用量,使膜电极的材料成本大幅降低。
均一性是制约电堆性能的重要因素,也是影响制造成本的关键。电堆通常由数百节单电池串联而成,均一性与材料的均一性、部件制造过程的均一性有关;特别是流体分配的均一性,不仅与材料、部件、结构有关,还与电堆组装过程、操作过程密切相关。由于操作过程生成水累积引起的不均一、电堆边缘效应引起的不均一等,电堆中一节或少数几节单电池的不均一会导致局部单节电压过低,限制了电流的加载幅度。设计、制造、组装、操作控制等环节产生的不均一性直接影响电堆的比功率,进而影响电堆成本。
2.2 氢燃料电池车成本较高限制了商业化销售规模
车用燃料电池系统成本高是造成氢燃料电池车售价高的主要根源。由电堆、氢瓶和空压机等主要部件组成的燃料电池系统是氢燃料电池车的核心,约占氢燃料电池车成本的50%。其中除电堆成本高外,供氢系统、空气供给系统成本也较高,技术上与国外还存在较大差距。
氢燃料电池车尚未规模化生产,市场销量有限。目前,全球最大的氢燃料电池车企业——丰田公司现有生产能力仅3000辆/年,2020年也只能达到3万辆/年,本田、现代、日产、上汽等车企虽相继推出商业化车型,但市场销量依然有限(见表2)。氢燃料电池发动机企业亿华通与宇通客车、福田 汽车 、中通客车等车企合作,建设了国内首条自动化氢燃料电池发动机生产线,年产能也仅1万台。生产规模小导致整车成本较高,如丰田公司官网上2020款Mirai售价为58 550美元,是混合动力2020款PRIUS售价(24325美元)的2.5倍,远高于消费者预期。
2.3 加注车辆少及设备国产化仍是早期加氢站发展的主要限制因素
加氢站的建设与运营仍面临发展初期的困难。新建加氢站及将现有加油站改造为加油加氢站难度较大。新建加氢站建设标准主要采用《GB 50516—2010加氢站技术规范》,其对氢气储运安全和建站选址条件的要求较高,特别是加氢站的氢气工艺设施与站外建筑物、构筑物的防火距离。加油加氢合建站设计要符合《GB 50156 汽车 加油加气站设计与施工规范》,依托现有加油站设施进行改造困难较大,特别是大城市、人口密集地区问题更加突出。
加氢站的网络布局与氢燃料电池车的市场规模依然是产业初期互相掣肘的因素。纯电动车推广和充电桩建设也曾经面临过同样问题,加注车辆较少,限制了加氢站的良性滚动发展。目前国内建设和在运营加氢站分别是66座和46座,分布在19个省市,其中广东、上海、江苏、山东是加氢站主要集中地区(见表3)。目前国内加氢站数量与规划2020年建设100座、2030年建成1000座还有较大差距。国内最早示范运营的上海安亭、北京永丰加氢站始终处于加氢车辆少的尴尬局面。德国H2 Mobility项目已建成的加氢站也存在车少的状况,但仍在推进2023年建设400座加氢站网络的目标,试图解决产业初期的问题。
加氢站设备国产化还面临瓶颈,氢气压缩机、加注机等关键设备目前仍以进口为主。根据公开资料整理,加注量1000kg/d的35MPa加氢站建设成本高达1500万元,高出加油站数倍。其中储氢装置、压缩机、加注机、站控系统等占加氢站总投资约60%,其中氢压缩机占比最高,约为30%。
2.4 终端用氢成本高,制储运关键技术亟待突破
目前,氢作为燃料的价格仍远高于化石燃料。氢燃料电池车的用氢成本包括从制、储、运到加注的全过程成本。与传统燃油车相比,氢燃料电池车百公里消耗的燃料费用要高于燃油车。根据国内示范项目的运行经验初步估算,氢燃料电池车的燃料费用约为燃油车的1.8倍左右。氢燃料终端售价虽高于化石燃料,但国内外仍通过车企、政府补贴方式来弥补氢燃料价格的劣势,推动氢燃料电池车产业发展。
化石能源制氢技术成熟、规模大、成本低(见表4)。国内现有工业制氢产能为2500万t/a,氢气来源构成主要是煤制氢、天然气制氢、石油制氢、工业副产氢以及电解水制氢,占比分别是40%、12%、12%、32%和4%。在氢能及氢燃料电池车产业发展初期,化石能源制氢以及工业副产氢是低成本氢燃料的主要来源,有利于推动产业发展。但化石能源制氢CO2排放量大,利用可再生能源制取低成本氢气是业界一直瞄准的方向和攻关重点,最终目标是氢气价格与化石燃料价格持平。
绿色、低成本制氢技术是氢能产业发展的关键。质子交换膜(PEM)水电解制氢技术在总体效率、工作电流密度、氢气纯度、产气压力以及动态响应速度等方面优于碱性水电解制氢技术(详见表5),能适应可再生能源发电的波动性,是氢能产业链发展的重点技术之一,但目前面临采用铂催化剂、电耗高而导致的制氢成本较高问题。突破铂催化剂、电堆等关键技术,进一步提高电流密度、系统能效、降低投资是PEM制氢技术的重点开发方向。
目前国内氢储运标准、规范不完善,导致氢燃料只能以气态方式运输,限制了加氢站的技术选择。液氢储运在国内仅用于航天军工领域,商用加氢站未有液氢供应的标准和规范。国家层面正通过立法将氢能作为能源进行管理,并制定商用液氢制、储、运、用相关标准,2019年已完成三项液氢国家标准征求意见稿,将填补国内民用领域液氢标准空白,由此可能带来氢能全产业链技术突破,从而降低终端用氢成本。
液态氢密度高达70.6g/L(-253 ),相同有效装载容积下液氢储运能力远高于高压储氢。尽管氢液化的能耗比氢压缩的能耗高1倍以上,但在运输环节液氢的运输成本只有高压氢的1/5~1/8。国外仍采用高压氢气管束车作为主要运氢方式,气态氢限制了储运能力,详见表6。
3 思考与建议
氢能及燃料电池产业已进入早期示范应用阶段,大规模商业化推广仍需解决产业链关键环节的技术与成本瓶颈。具体来讲,加快氢能及燃料电池产业商业化步伐需要政策、规划、标准规范、技术等因素协同发力。
持续稳定的产业支持环境,配套相应的产业补贴,对早期氢能产业发展至关重要哦。国家应尽快启动氢能及燃料电池产业顶层设计,编写国家产业发展战略规划,制定产业发展实施方案,统筹规划氢能产业重点发展区域,明确产业链制、储、运、用环节的发展路径。技术方面,加强绿色低碳制氢、高效低成本燃料电池、氢压缩机、加氢机等产业链关键技术、核心零部件重点攻关,加快设备国产化,完善产业链标准规范。具体实施建议国家主导设立氢能 科技 重大项目,联合企业、高校科研院所,集中力量突破核心技术、材料、装备及关键零部件,打造自主技术、材料、设备生态链,进一步降低成本,推动产业 健康 快速发展。
展望未来绿色氢气制取、储运、加注与燃料电池技术突破以及氢能基础设施完善与普及,将激发氢能及燃料电池产业应用场景多元化与规模化应用,推动氢能在全球能源转型中担当更加重要的角色。
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未来能源向我们走来,但若要取代化石能源,并非易事。
“我们以碳中和来推动能源转型,从对化石能源系统的依赖转到以新能源、电气化为主体的方向上来,这里面遇到的挑战和问题也不少。” 7月8日,北京大学能源研究院特聘研究员杨福强在未来能源大会上表示。
国家电投集团吕锡嘉表示,“不论是做CCUS(碳捕集、固定与利用),还是做氢能储能,未来很长一段时间都是高投入低回收的阶段,因为技术的更新换代,技术产业链的成熟,需要的是碳市场,包括国家政策、金融市场的完善。”
挑战不小,机遇也很大。清洁能源成本在降低,技术难关也正在被攻破。从2015年到2020年,车用燃料电池技术跨越式发展,已经形成产业化;氢能的储存和载体技术将逐渐成熟;电力系统数字化、智能化应用越来越广泛。
光伏技术日渐成熟
作为清洁能源的一个重要方向,光伏技术越来越成熟,产业规模也日渐扩大。
光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。利用的是可再生的太阳能,中国幅员辽阔,太阳能资源丰富。
光伏产业链包括硅料、硅片、电池组、并网逆变等多个环节,近年来各个环节的技术均有突破提升,从而降低了光伏发电的成本。
今年以来,光伏产能扩张狂飙突进。根据黑鹰光伏统计,2021年上半年光伏企业产能层面的投资接近4000亿,投资规模同比增长接近一倍。
其中,单个投资在10亿元以上的项目有59个之多,在100亿元以上的项目达13个,从数量上看,分别较去年同期增长了59.46%和62.50%。
近期国家能源局下发了通知,准备在全国启动整县(市、区)屋顶分布式光伏建设。通知要求,党政机关单位建筑屋顶的面积,安装光伏发电的比例不能低于50%;学校、医院等公共屋顶的总面积不得低于40%;另外,一些厂房的比例不低于30%。
而光伏发电为直流电,直流电应用范围较小,需要变换成交流电才可以广泛使用,而且光伏发电有波峰波谷的阶段,这样就造成弃光弃电的现象,储能的重要性凸显出来。这便需要利用另一种绿色能源——氢能。
氢能储运是难题
中国科学院院士欧阳明高最钟情于氢能,他认为电和氢未来将取代柴油、汽油、煤油,成为储能和新能源 汽车 的主要载体。
“氢能在新能源革命中占有战略地位,其战略意义在于可再生能源转型中的大规模能量储存与多元化利用需求。”欧阳明高指出,氢能储能是新能源电力系统的核心技术,交通会是氢能利用的先导领域,将带动氢能的全面发展。
欧阳明高预测了新能源 汽车 的市场潜力,“2021年前五个月中国新能源 汽车 总销量已经突破 汽车 总销量的10%,保有量超过600万,以后还会持续增长,今年估计产量会超过200万。我们估计明年会400万,后年600万,现在就是到了快速增长的时候了。2030年预计会到8000万,2035年1.6亿,2040年3亿。3亿辆电动车,意味着我们的储能潜力是多大呢?如果一辆车耗用65度电,车载储能的容量就是大约200亿度电,这是什么概念?相当于目前中国每天的总电量。”
不过,氢能面临着运输、储存经济性不高的问题。
“车载储氢是个问题,无论是技术还是成本,都不太理想,比如我们现在主流的高压气频,储氢的密度和成本都还不够理想,储氢密度大概100公斤5公斤氢,成本偏高,它的下降会比燃料电池发动机下降的幅度要慢,所以重载商用车车载的储氢密度和成本目前是不理想的,是我们当前的一个技术挑战。”欧阳明高表示。
而在氢能储运技术方面,现在已经有了一些设想。
欧阳明高介绍称,第一是可以利用特高压输电线路,把电从新疆等地输送过来,然后再制氢,这个成本是比较低的;第二是利用氢能载体,液氨很容易分解出氢,而且分解的能耗很低,液氨的质量储氢密度和体积储氢密度都是最高的,这样就可以先制氨,运输,再制氢。
电是最高品位能源?
在中国能源网首席研究员韩晓平看来,电是唯一最高品位能源,没有之一。
“其实氢是电的延伸,绿氢就是绿电,如果把这个问题想明白以后就知道,氢是一种边际能源,解决一些边际特定需求,主要的需求还是要靠电,如果我们不靠电,转个圈去用氢的话,那就违反了第一性原理。没有必要把一个简单的事情复杂化,增加了很多成本和损耗浪费,最后达到的还是同样一个目标。”韩晓平说道。
他还认为,碳中和其实就是电力系统最主要的任务,当电力系统能够覆盖所有能源90%的时候,才可能真正实现碳中和,维持电力系统的可靠性、稳定性,将成为下一步电力工作持续的目标。
关于电力能源数字化,国网能源研究院数字经济所孙艺新描述了三个场景。第一个场景是将一些数字化技术应用到传统的能源生产消费平台之中;第二个场景是把需求侧资源充分的挖掘出来,实质上这个也是一种增加能源供给的方式;第三个场景是,把数字能源作为用能权交易的统一媒介,可以解决目前能源在生产端、流转端,乃至消费端,多个链条之间存在结算、赋税,可能都存在一些断点的问题。
华为数字能源总工程师张广河讲述了一个智能光伏的概念,“分布式光伏遇到的最大的问题是安全问题,这是非常大的挑战。其次是散点部署,对于这种颗粒度非常小的站点管理,华为公司非常有经验。如果是零零散散的,最后这张网可能就废了。所以第一要保障系统安全,不能着火,不能让老百姓受伤;第二必须得做主动安全的设计和全网管理。发电量要发的清清楚楚,用的明明白白。”
很多人都说氢能是21世纪的终极能源,氢能源车是汽车的尽头。
在这样的基调下,2021年吹过的氢能热潮一直延续到2022年。但你可知道截至2021年,在中国马路上行驶的氢燃料电池车仅有9000多辆(央视财经数据)。
我们这些普通人几乎见不着,摸不着氢能源车。
氢能源车真的是人间理想之车吗?
我们什么时候才能看到这个“新能源汽车的尽头“?
氢能源车之所以被视作“汽车的尽头”,最重要的原因是能源可再生、来源丰富、质量密度高、无碳排放。
而氢能源汽车又分为两种发展路线:氢燃料电池、氢燃料发动机。由于前者在环保性、舒适性、动力性更具明显优势,因此成为绝大多数车企选择的技术方案。
无论是哪种技术路线,都能让汽车完全避免碳排放。但是否真正环保,还得从源头的制氢途径说起。
制氢途径一般可分为三种:
绿氢:由光、风、水等可再生能源发电后电解水制备出氢气,但技术有待提升,成本高;
蓝氢:由煤炭石油等化石能源、天然气等燃烧发电,并集中处理产生的二氧化碳,此类电能制备;
灰氢:由化石能源制氨,最后分解成氢气,技术成熟,成本低。
三种制氢技术对比简言之,只有绿氢才能做到真正的低碳、环保。那现在中国是什么情况呢?
根据万联证券研究所2020年报告显示,中国的氢能源结构中煤制氢比例为62%,天然气制氢为19%,可再生能源电解水制氢仅占1%。
所以,氢能源车真的是人间理想吗?只能说是,但又不完全是。只有要等到绿氢技术成熟,氢燃料电池车才能算得上完全的脱碳环保。
根据国家监管平台2020年数据显示,在当时全国的6002辆氢燃料电池车中,99.95%都属于商用车,分别是物流车、公交客车、公路客车等。
为什么现在的氢燃料电池车都应用在商用车?主要有两大原因。
一是加氢站太少。
现阶段,建设一座加氢站至少需要上千万元,每年运营成本也高达200多万元。全国的加氢站都在亏钱,回报周期长,加氢站数量增长缓慢。
而乘用车的分布、使用范围广,以目前少有的加氢站根本没办法负荷。
相反商用车线路相对固定,作为配套服务的加氢站只需建在沿线周边,对加氢站数量要求不高。
二是成本太高,车太贵。
上汽大通2020年推出过一款名为EUNIQ 7的氢燃料电池车,补贴后售价约为29.98-39.98万元,也不算很贵,但这是在扣除国家和地方补贴共40万元前提下的售价。
技术更加成熟的丰田Mirai第一、二代版本补贴前售价45万左右,以第一代为例,售价720万日元(约合46万元人民币),政府补贴300万日元(约合20万人民币),加上税收等其他费用,补贴后售价约为30万元人民币。
因为加氢不便,Mirai无论在日本,还是美国都叫好不叫座。有数据显示,自2015年至2020年底,丰田在美国才卖出6487辆Mirai。
反过来看,让氢能进入我们普罗大众的生活,就先要满足两大前提条件:
一是加氢跟加油一样的便利、省钱,加氢站的建设要与氢能车同步发展。
二是卖的价格跟混合动力、纯电动车差不多。
从目前中国重金押注氢能来看,这个节点离我们并不是太远。根据汽车工程学会2020年发布的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》显示:
到2025年,氢燃料汽车保有量计划达到10万辆左右,加氢站数量达到1000座以上。
至2035年,氢燃料电池车保有量要到100万辆。
届时,氢燃料电池车对我们来说已不再陌生。随着国家不断加大扶持力度,越来越多作为配套的加氢站也会陆续拔地而起。
如果说中国的氢能源车才开始起步,那么日本就已经在奋力狂奔,领先一圈了。
2021年5月,丰田章男驾驶着一台特殊的卡罗拉,以每小时140英里的速度,疾驰在富士国际赛车场的24小时耐力比赛上。
丰田章男最终获得了第49名的成绩,但他的内心就像被打了鸡血一样激动。它的出现,它每跑一公里,都是丰田历史上的重要注脚。
因为这台卡罗拉特别之处就在于搭载氢燃料发动机,跟大家都很熟悉的燃料电池汽车Mirai不同,前者是在活塞发动机中燃烧压缩氢气,跟传统油车烧油类似。
如果这项技术落地商用化,有可能就是丰田交给全球碳中和的又一份答卷。
在去年,丰田还与川崎重工、雅马哈、斯巴鲁、马自达组成“脱碳兄弟联盟”,平时一起研究以氢为代表的清洁性燃料,应用对象包括四轮的汽车,还有两轮的摩托。
实际上在日本,氢能的用武之地可不止汽车、摩托以及船舶、铁道等交通领域。
它还可以用于社区。东京奥运会选手村是全球第一个氢能源社区,其所有的商业设施、巴士、路灯等设备的用电都由氢能供应。
它还可以用于酒店。日本的川崎市金东东京酒店是世界首家使用废弃物生产氢能的酒店,即用废塑料、厨余垃圾制成氢气,最后转化为电能和热能……
日本川崎金东东京全球范围内没有哪个国家比日本更热衷于氢能。早在2017年,日本政府发布了基本氢战略,在过去三十年间累计投入了数千亿日元,几乎是赌上了国运。
日本街头上的丰田Mirai(图片来源:BBC)一海相隔的韩国同样也在狂追氢经济。
韩国计划到2040年生产620万辆氢燃料电池电动汽车,并在全国建立1200座加氢站,此外还将支持氢能在工业、家庭中的供电,并研发由氢能驱动的船舶、火车和建筑机械。
日韩两国之所以重仓氢能,重要原因之一都是本土资源匮乏,重度依赖石油进口。氢能特别是绿氢贵为一种清洁可再生能源,制氢可以自给自足,自然会成为日韩乃至全球的新宠。
无论是发展氢能源车,还是纯电动车,其实背后都是大国之间的一场关于能源的军事备赛。
回想19世纪下半叶,美国依靠原油建立了支撑大国崛起的“原油体系”:
首先在生产端,洛克菲勒创办了标准石油公司,通过改良设备、以及高效的冶炼技术,提高了炼化效益,一度控制了全球85%的市场;
再者在运输端,洛克菲勒建起了庞大的输油管道,使得石油成本得以大幅下降;
最后在消费端,亨利·福特流水线生产T型车,让汽车变成平民化,不断增加石油消化量。
如今石油资源告急,再加上全球暖化两大问题日益加剧,新能源的开拓必然成为各国头等大事,都需要建立自己的“新能源体系”。
作为“21世纪理想能源”的氢能领域,就必须在生产端建立低成本高效益的绿氢,在运输端就需要打造完全的储氢、运氢、加氢体系,在生产端就需要让车企生产更多成熟、更低价的氢能源车。
关于氢能的这场军事备赛无疑将在这个金三角闭环中弥漫出浓浓硝烟。
文/熊华文 符冠云,国家发改委能源研究所,环境保护
当前,世界各国都在加快推进氢能产业发展,初步形成了四种典型模式,即以德国为代表的“深度减碳重要工具”模式,以日本为代表的“新兴产业制高点”模式,以美国为代表的“中长期战略技术储备”模式和以澳大利亚为代表的“资源出口创汇新增长点”模式。我国在推动氢能产业高质量发展的过程中,应充分参考借鉴国际经验,进一步明确“初心”与“使命”、目标与路径,以推进能源革命为出发点,构建“大氢能”应用场景,统筹推进氢能产业技术与市场、供应与需求的协调发展。
氢能作为二次能源, 具有来源广泛、适应大范围储能、用途广泛、能量密度大等多种优势。随着氢能产业的兴起, 全球迎来“氢能 社会 ” 发展热潮,欧盟、日本、美国、澳大利亚、韩国等经济体和国家均出台相关政策,将发展氢能产业提升到国家(地区)战略高度,一批重大项目陆续启动,全球氢能产业市场格局进一步扩大。对我国而言,加快发展氢能产业,也有现实而迫切的意义。具体来看, 发展氢能产业是优化能源结构、推动能源转型、保障国家能源安全的战略选择,是促进节能减排、应对全球气候变化、实现绿色发展的重要途径,是超前布局先导产业、带动传统产业转型升级、培育经济发展新动能、推动经济高质量发展的关键举措。
2019年是我国氢能发展的创新之年,“理想照进现实”特点明显— 战略共识基本成形, 探索 的步伐正在加快, 先进理念、技术、模式层出不穷。超过30个地方政府发布了氢能产业发展规划/ 实施方案/ 行动计划,相关的“氢能产业园”“氢能小镇”“氢谷”项目涉及总投资额多达数千亿元,氢燃料电池 汽车 规划推广数量超过10万辆,加氢站建设规划超过500座。我国在加快发展氢能产业的过程中,需要广泛参考借鉴国际经验。我们认为,对于国际经验的研究不应只停留在政策、措施和行动的简单总结及归纳层面,而应该深入分析各国发展氢能背后的初衷、动机、利益格局等内容。在充分了解各国资源禀赋、产业基础、现实需要等各方面因素的基础上,找到发展的方向、目标、路径、模式与政策措施之间的逻辑关系。换言之,不止要看“做了什么”,更要研究“为什么做”“做了有什么好处”等深层次问题。
从不同国家发展氢能产业的出发点、侧重点、着力点等方面看, 全球各国实践大致可总结为四大类型,本文称之为四种典型模式,即把氢能作为深度脱碳的重要工具的德国模式(法国、英国、荷兰等国做法类似);把氢能作为新兴产业制高点的日本模式(韩国做法类似);把氢能作为中长期战略技术储备的美国模式( 加拿大做法类似) 以及把氢能作为资源出口创汇新增长点的澳大利亚模式( 新西兰、俄罗斯等国做法类似)。
德国模式:推动深度脱碳,促进能源转型
德国能源转型近年来暴露出越来越多的问题。首先,随着可再生能源装机容量和发电量的稳步提升,维护电力系统稳定性成为其头等挑战。2019年德国部分地区出现了电力供应中断事故,暴露出其储能和调度能力不足的短板。其次,为提升电力系统供应能力,德国增加了天然气发电,但由此需要从俄罗斯等国家进口更多天然气,导致能源对外依存度提升。最后, 能源转型使带来能源价格走高,能源转型面临越来越多的争议。与能源转型陷入困境一脉相承的问题是碳减排进展不如预期。德国政府已经提出了2030年比1990年减排55%的中期目标和2050年实现碳中和的长期目标,然而自2015年以来碳排放量不降反升,2018年在暖冬的帮助下才实现了“转跌”。传统减排路径边际效益递减,急需开辟新途径,挖掘更多减碳潜力。
发展氢能可助力大规模消纳可再生能源,并实现“难以减排领域”的深度脱碳。电解水制氢技术发展迅速,规模提高、响应能力增强、成本下降,使其有望成为大规模消纳可再生能源的重要手段。在区域电力冗余时,通过电解水制氢将多余电力转化为氢气并储存起来,从而减少“弃风能”“弃光能”“弃水能”等现象,降低可再生能源波动性对于电力系统的冲击。与此同时,氢能具有高能量密度(质量密度)、电化学活性和还原剂属性, 能够在各种应用领域扮演“万金油”角色,对“难以减排领域”的化石能源进行规模化替代,实现深度脱碳目标。
围绕深度脱碳和促进能源转型,德国创新提出了电力多元化转换(Power-to-X)理念,致力于 探索 氢能的综合应用。具体而言,在氢气生产端,利用可再生电力能源电解水制取低碳氢燃料,从而构建规模化绿色氢气供应体系。在氢气应用端,将绿色氢气用于天然气掺氢、分布式燃料电池发电或供热、氢能炼钢、化工、氢燃料电池 汽车 等多个领域。现阶段,德国政府与荷兰等国正在开展深度合作,重点推广天然气管道掺氢,构建氢气天然气混合燃气(HCNG) 供应网络。其中,依托西门子等公司在燃气轮机方面的技术优势, 已开展了若干天然气掺氢发电、供热等示范项目。截至2019年年底,德国已有在建和运行的“P to G”(可再生能源制氢 天然气管道掺氢)示范项目50个,总装机容量超过55MW。此外,蒂森克虏伯集团已开展氢能炼钢示范项目,预计到2022年进入大规模应用阶段。
日本模式:保障能源安全,巩固产业基础
日本能源安全形势严峻,急需优化能源进口格局和渠道。日本的能源结构高度倚重石油和天然气,二者占能源消费比重高达2/3,因为国内能源资源比较匮乏,95%以上的石油和天然气都需要进口。能源地缘政治局势日趋复杂,断供风险犹如“达摩克利斯之剑”,再加上国际能源市场价格的大起大落,都会给日本能源安全甚至经济安全带来冲击。2011年福岛核事故之后,日本核电发展遇到越来越多的阻力,如果实现本土“弃核”,意味着能源对外依赖程度还要提升。因此,日本迫切需要在当前能源消费格局中开辟新的“阵地”,寻找能源安全的缓冲区和减压阀,摆脱其对于石油和天然气的依赖。
发展氢能可提升能源安全水平、分化能源供应中断及价格波动风险。日本未来消费的氢能虽然仍需要从海外进口, 但主要来自澳大利亚、新西兰、东南亚等国家和地区, 与中东、北非等传统油气来源地区形成了空间分离,进而分化了地缘政治风险。同时,石油和天然气在价格上有较高的关联度,两者仍然属于“一个篮子里的鸡蛋”。而氢能来源广泛,价格与油气的关联度不高,增加氢能进口和消费,能够在一定程度上分化油气价格同向波动对本国经济的影响。此外,氢能还能够提升本国的能源安全水平。日本是地震、海啸、台风等自然灾害多发的地区,能源供应中断情况经常发生。氢燃料电池 汽车 、家用氢燃料电池热电联产组件等设备在充满氢气或其他燃料的情况下,可维持一个家庭1 2天的正常能源供应。氢能终端设备的普及,还可以为日本减灾工作作出贡献。
日本氢能基本战略聚焦于车用和家用领域的应用,是产业和技术发展的必然延伸。日本在技术、材料、设备等方面拥有非常明显的优势, 尤其是已基本打通氢燃料电池产业链。经过多年耕耘,日本已在氢能领域打造出一批“隐形冠军”,如东丽公司的碳纤维、川崎重工的液氢储运技术和装备等。据统计,日本在氢能和燃料电池领域拥有的优先权专利占全球的50%以上,并在多个关键技术方面处于绝对领先地位。专利技术既是日本的“保护网”,也是其他国家的“天花板”。推广氢燃料电池 汽车 和家用燃料电池设备,一方面,可将过往的投入在市场上变现、获取现金流,另一方面,还能及时获取信息反馈,完善技术和设备,由此形成了“技术促产业、产业促市场、市场促技术”的良性循环和正向反馈。
美国模式:储备战略技术,缓推实际应用
美国氢能发展经历“ 两起两落”,但将氢能视为重要战略技术储备的工作思路一直没有改变。早在20世纪70年代,美国政府就将氢能视为实现能源独立的重要技术路线,密集开展了若干行动和项目, 但热度随着石油危机影响的消退而降温。2000年前后氢能迎来了第二个发展浪潮。2002年美国能源部(DOE)发布了《国家氢能路线图》,构建了氢能中长期愿景,启动了一批大型科研和示范项目,但后因页岩气革命和金融危机的冲击,路线图被搁置,不过联邦政府对氢能相关的研发支持延续至今。
在过去的10年中,美国能源部每年为氢能和燃料电池提供的支持资金从约1亿美元到2.8亿美元不等,根据2019年年底参议院、众议院通过的财政拨款法案,2020年支持资金为1.5 亿美元。总体来看,在近50年的时间里,尽管有起伏,但联邦政府将氢能视为重要战略技术储备的工作思路一直没有改变,持续鼓励 科技 研发使得美国能够保持在全球氢能技术的第一梯队。
页岩气革命是美国氢能发展战略被搁置的最主要原因。凭借具有经济、清洁、低碳优势的页岩气,美国已逐步实现能源独立和转型,而页岩气和氢能在应用端存在较多重合,对氢能形成了巨大的挤出效应。加州燃料电池合作伙伴组织(CaFCP)的数据显示,美国的氢燃料电池 汽车 市场已陷入停滞状态,在2019年甚至出现了12%的下滑,发展势头已被日韩、中国赶超。
澳大利亚模式:拓宽出口渠道,推动氢气贸易
澳大利亚一直是全球最主要的资源出口国,同时资源出口也是其最重要的经济增长引擎。根据澳大利亚联邦矿产资源部发布的数据,2019年资源出口直接贡献了该国GDP增长的1/3 以上。但传统的“三大件”(煤炭、液化天然气、铁矿石)出口已现颓势。在煤炭方面,长期以来澳大利亚在全球煤炭贸易中占比超过1/3, 主要目标市场集中在东北亚地区,然而近几年中、日、韩相继开展减煤控煤行动,煤炭出口前景暗淡。在铁矿石方面,中国买走了60%以上的澳大利亚出口铁矿石,而中国钢铁产量进入峰值平台、电炉钢比重提升,这都将拉低其对铁矿石的需求;在液化天然气(LNG)方面,尽管市场需求增长潜力仍然可观,但由于国际油价暴跌,LNG出口创汇能力也被大幅削弱。据世界天然气网站分析, 未来五年内澳大利亚LNG出口收入将持续收缩。
出于经济可持续发展考虑,澳大利亚政府急需找准新兴市场需求,拓宽出口渠道。2019年11月,澳大利亚政府发布了《国家氢能战略》,确定了15大发展目标、57项联合行动,力争到2030年成为全球氢能产业的主要参与者。打造全球氢气供应基地是澳大利亚发展氢能的重要战略目标。澳大利亚正积极推动与日、韩等国的氢气贸易,签订氢气供应协议,同时与相关企业开展联合技术创新,完善氢能供应链,扩大供应能力、降低成本。
如澳大利亚政府与氢能供应链技术研究协会(HySTRA,由川崎、岩谷、电力开发有限公司和壳牌石油日本分公司组成)合作组成联合技术研究组,开展褐煤制氢、氢气长距离输送、液氢储运等一系列试点项目。2019年年底川崎重工首艘液氢运输船下水,补齐了澳大利亚和日本氢气供应链最后一块拼图。这种“贸易 技术创新”一体化模式调动了各参与方的积极性,澳方可实现本国氢气资源的规模化开发,川崎等企业能够获得成本更低的氢气,技术研发团队获得了宝贵的试验田。
值得一提的是, 澳大利亚提出的低碳氢能,既包括可再生能源电解水制氢,也包括化石能源(尤其是煤炭) 制氢( 碳捕捉) 与储运技术。虽然化石能源制氢备受争议,但正是在煤炭出口增长乏力背景下的现实选择。
对我国的启示:明确氢能“协同互补”定位,构建多元化应用场景
每个国家发展氢能产业都有其“初心”和“使命”。德国模式将氢能视为手段,即发展氢能是为了破解能源转型和深度脱碳过程中出现的诸多问题;日本模式将氢能视为目的, 即发展氢能是关乎国家能源安全和新兴产业竞争力的战略选择,是迎合技术在市场变现中的强烈诉求;美国模式将氢能视为备选,即氢能只是众多能源解决方案中的一种,氢能发展与否,取决于其技术进步、成本下降等因素;澳大利亚模式将氢能视为产品,即乘着全球刮起的“氢风”,积极扩展出口产品结构,获取更多收益。
从上述对全球氢能发展四种典型模式的分析中可以看到,各国发展氢能产业均有其出发点和立足点,均考虑了各自的资源禀赋、产业基础、现实需要等多方面因素,大多遵循了战略上积极、战术上稳健,坚守发展初衷、不盲从、不冒进的推进策略。当前,我国有关部门正在研究制定国家层面的氢能产业发展战略规划,首先应该明确的是我国发展氢能产业的“初心”与“使命”、目标与路径等问题。参考借鉴国际经验,结合我国实际国情,本文提出我国氢能产业战略定位及发展导向等方面的三点建议。
一是明确产业定位,发挥氢能在现代能源系统中的载体和媒介作用。 国家《能源统计报表制度》已将氢气纳入能源统计,明确了氢能的能源属性,氢能即将成为能源系统的新成员,其发展必须服从和服务于能源革命的总体要求。需要认清的是,我国拥有多个与氢能存在替代关系的能源解决方案,因此氢能并非我国的必选项,而是备选项和优选项。因此,应从我国能源系统的核心问题出发,找准切入点,选择融入能源系统的合适路径。应利用氢能的特点和优势,发挥其在可再生能源消纳、增强能源系统灵活性与智能性等方面的作用,更好地与既有的各种能源品种互动,最终促进能源革命战略的深入实施。
二是提升认识视角,逐步构建绿色低碳的多元化应用场景。 2018年以来出现的各地区扎堆造车情况,既源于对氢燃料电池 汽车 发展前景认知过于乐观,又源于对氢能认识的局限。事实上,我国的氢能技术储备不足、产业根基不牢固,地区间差异非常明显,绝大多数地区都不具备将技术装备推向市场变现的能力和条件。而在深入推进生态文明建设和积极应对气候变化的格局之下,我国已经提出2030年前碳达峰和2060年碳中和的目标愿景,“难以减排领域”的深度脱碳将成为未来我国需要面对的重大问题。因此,应统筹经济效益、节能减碳和产业发展等因素,利用氢能具有的“高效清洁的二次能源、灵活智慧的能源载体、绿色低碳的工业原料”三重特点,逐步构建在交通、储能、工业、建筑等领域的多元化应用场景。
三是加强统筹协调,推动技术与市场、供应与需求“齐步走”。 氢能和燃料电池集尖端材料、先进工艺、精密制造于一身,兼具高附加值和高门槛属性。须清醒地看到,我国氢能产业与发达国家差距明显,远未达到大规模商业化的临界点,对价值创造功能不可预期过高。再加上目前产业利润集中在国外企业的事实,我国更应保持战略定力,坚持以“安全至上、技术自主、协调推进”为原则,不盲目追求市场扩张,避免强行通过补贴手段刺激下游需求,进而把大量补贴资金输送至国外公司。各地在谋划氢能产业发展过程中,应遵循“需求导向”原则,“自下而上”布局生产、储运及相关基础设施建设,推动氢能供应链各环节协同发展,避免某环节“单兵突进”。
氢能更重要的是作为一种清洁能源和良好的能源载体,具有清洁高效、可储能、可运输、应用场景丰富等特点。
氢是二次能源,通过多种方式制取,资源制约小,利用燃料电池,氢能通过电化学反应直接转化成电能和水,不排放污染物,相比汽柴油、天然气等化石燃料,其转化效率不受卡诺循环限制,发电效率超过 50%,是零污染的高效能源。
氢能是实现电力、热力、液体燃料等各种能源品种之间转化的媒介,是在可预见的未来实现跨能源网络协同优化的唯一途径。当前能源体系主要由电网、热网、油气管网共同构成,凭借燃料电池技术,氢能可以在不同能源网络之间进行转化,可以同时将可再生能源与化石燃料转化成电力和热力,也可通过逆反应产生氢燃料替代化石燃料或进行能源存储,从而实现不同能源网络之间的协同优化。
随着可再生能源渗透率不断提高,季节性乃至年度调峰需求也将与日俱增,储能在未来能源系统中的作用不断显现,但是电化学储能及储热难以满足长周期、大容量储能需求。氢能可以更经济地实现电能或热能的长周期、大规模存储,可成为解决弃风、弃光、弃水问题的重要途径,保障未来高比例可再生能源体系的安全稳定运行。
氢能应用模式丰富,能够帮助工业、建筑、交通等主要终端应用领域实现低碳化,包括作为燃料电池 汽车 应用于交通运输领域,作为储能介质支持大规模可再生能源的整合和发电,应用于分布式发电或热电联产为建筑提供电和热,为工业领域直接提供清洁的能源或原料等。
日本、韩国、美国、德国和法国等国都从国家层面制定了氢能产业发展战略规划与线路,如日本的《氢能基本战略》、美国的《氢能经济路线图》、欧盟的《欧洲绿色协议》中的“绿氢战略”、韩国的《氢经济发展线路图》等,持续支持氢燃料电池的研发、推进氢燃料电池试点示范以及多领域应用,已在产业链构建、氢燃料电池 汽车 研发方面取得优势。根据国际氢能联合会发布的《氢能源未来发展趋势调研报告》预测,至2050年,氢燃料电池 汽车 将占全球机动车的20 25%,创造2.5万亿美元的市值,承担全球约18%的能源需求。
《中国制造2025》、《能源技术革命创新行动计划(2016-2030)》、《国家创新驱动发展战略纲要》、《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》、《“十三五”国家 科技 创新规划》等都将氢能与燃料电池列为重要任务,作为引领产业变革的颠覆性技术和战略性新兴产业,提出系统推进氢能 汽车 的研发、产业化和商业化。
今年以来,国家政策倾斜力度加大。6月22日,国家能源局发布了《2020年能源工作指导意见》,从改革创新和推动新技术产业化的角度推动氢能产业发展。文件指出,制定实施氢能产业发展规划,组织开展关键技术装备攻关,积极推动应用示范。
中国首部《能源法》再次征求意见。其中,氢能被列为能源范畴,是中国第一次从法律上确认了氢能属于能源。
目前,全国有20多个省份发布了氢能产业发展规划,在长三角、珠三角、京津冀等地区,氢能已形成一些小规模的示范应用。在一些地方形成了制备、储运、加注燃料电池和下游应用的完整产业链。
其中,山东省国内首个省级氢能中长期规划,山东3677战略打造氢经济带。省政府办公厅印发的《山东省氢能产业中长期发展规划(2020-2030年)》,以2019年为基准年,规划期限为2020-2030年,内容主要包括发展环境、总体要求、发展路径与空间布局、重点发展任务、保障措施和环境影响评价等6个部分。3月26日印发《济青烟国际招商产业园建设行动方案(2020-2025年)》,新能源 汽车 、氢能等字眼出现频率很高,也和山东省省级氢能规划相呼应。济南“中国氢谷”、青岛“东方氢岛”两大高地随着《方案》要拔地而起。潍坊市人民政府办公室印发了《潍坊市促进加氢站建设及运营扶持办法》。本办法适用于对在本市进行加氢站建设、加氢站加氢的企业给予补贴,即按日加氢能力和建成年限分别给予50~600万元补贴。
2019年,中国石油对外依存度首次突破70%的关口,而天然气对外依存度也高达45%。自2018年中美贸易战爆发以来,高度依赖海外油气进口所带来的能源安全隐患越来越让决策层与 社会 各界侧目。新冠疫情又进一步暴露了在紧急状态下产业链全球化的隐患和风险,致使原本已有抬头之势的逆全球化趋势进一步加深,将能源安全的地位上升到新的政治高度。
全球气候变化是21世纪人类面临的最复杂的挑战之一,减缓气候变化的措施之一是减少温室气体的人为排放。中国是仅次于美国的第二大碳排放国家,已承诺力争2030年前二氧化碳排放达到峰值2060年前实现碳中和。在碳中和的道路上,氢能是一个不可或缺的二次能源形式
尽管氢能发展前景广阔,但当前也面临着产业基础薄弱、装备和燃料成本偏高以及存在安全性争议等方面的问题。目前我国制氢技术相对成熟且具备一定产业化基础,全国化石能源制氢和工业副产氢已具相当规模,碱性电解水制氢技术成熟。但在氢气储运技术、燃料电池终端应用技术方面与国际先进水平相比仍有较大的差距。
譬如在储运方面,实现氢能规模化、低成本的储运仍然是我国乃至全球共同面临的难题。高压气氢作为目前国内外主流的氢能储运模式,还存在储氢密度仍然不够高、储运成本太高等问题。
氢气是二次能源,需要通过一定的方法利用其它能源制取,目前主要包括以下方法:
天然气中的烷烃在适当的压力和温度下,在转化炉中发生一系列化学反应生成包含一氧化碳和氢气的转化气,转化气再经过换热、冷凝等过程,使气体在自动化的控制下通过装有多种吸附剂的PSA装置后,一氧化碳、二氧化碳等杂质被吸附塔吸附,从而得到氢气。
以煤为原料制取含氢气体的方法主要有两种:一是煤的焦化,二是煤的气化。焦化是指煤在隔绝空气条件下,在90-1000 制取焦碳,副产品为焦炉煤气。焦炉煤气组成中含氢气55-60%左右。煤的气化是指煤在高温常压或加压下,与气化剂反应转化成气体产物,组成主要是氢及一氧化碳,经转化后可制得纯氢。
通常不直接用石油制氢,而用石油初步裂解后的产品,如石脑油、重油、石油焦以及炼厂干气制氢。石脑油制氢主要工艺过程有石脑油脱硫转化、CO变换、PSA,其工艺流程与天然气制氢极为相似;重油制氢是在一定压力下与水蒸气及氧气反应制得含氢气体产物;石油焦制氢与煤制氢非常相似,是在煤制氢的基础上发展起来的;炼厂干气制氢主要是轻烃水蒸气重整加上变压吸附分离法,与天然气制氢非常相似。
氯碱工业采用电解盐水的方式生产氯气和烧碱,在电解槽阳极生成氯气,阴极生成氢气,阴极附近生成烧碱,氢气进入脱氧塔脱除其中氧气,然后经过变压吸附脱除其中N2、H2、CO2、H2O等杂质,可获得高纯度氢气。
甲醇蒸汽重整制氢由于氢收率高,能量利用合理,过程控制简单,便于工业操作而更多地被采用。甲醇与水蒸气在一定的温度、压力条件下在催化剂的作用下,发生甲醇裂解反应和一氧化碳的变换反应,生成氢和二氧化碳,重整反应生成的H2和CO2,再经过变压吸附法(PSA)将H2和CO2分离,得到高纯氢气。
电解水制氢是一种较为方便的制取氢气的方法。在充满电解液的碱性电解槽(ALK)中通入直流电,水分子在电极上发生电化学反应,分解成氢气和氧气。也可使用PEM电解槽直接电解纯水产生氢气。此方式可利用光电、风电以及水电等清洁能源进行电解水制取氢气。
(1)风力发电机组的原理及特点:风力发电机组通过控制风轮转速,达成在低风速下最优能量捕捉;在高风速时,保持风轮转速和功率稳定。因此,在额定风速前(大部分工作状态),风力发电机组发岀的有功功率一直在随着风的改变而波动,表现在秒级上的发电功率波动性。另外,风力发电机组是一个电流源,也就是说风电机组每时每刻在跟随电网的50Hz交流电频率,把能量通过电流的方式输岀给电网。如果没有电网的电压维持,目前的风电机组很难独立发电。
(2)光伏发电:光伏电池将太阳能转化为电能,光伏逆变器一方面通过控制,追踪光伏电池的最佳功率点,一方面作为电流源,跟踪电网50Hz交流电频率,把能量通过电流方式输岀到电网。由于阳光在分钟级上变化不大,相对于风电,波动性较小。但是光伏发电表现出昼夜的间歇性。
光伏发电制氢主要利用光伏发电系统所发直流电直接供应制氢站制氢用电。主要有3种技术路线。
碱性电解槽制氢。 该种电解槽的结构简单,适合大规模制氢,价格较便宜,效率偏低约70%~80%,主要设备包括电源、阴阳极、横膈膜、电解液和电解槽箱体组成,电解液通常为氢氧化钠溶液,电解槽主要包括单极式和双极式。
质子交换膜电解槽(PEM Electrolyzer)制氢。 效率较碱性电解槽效率更高,主要使用了离子交换技术。电解槽主要由聚合物薄膜、阴阳两电极组成,由于较高的质子传导性,电解槽工作电流可大大提高,从而提升电解效率。
固体氧化物电解槽(Solid Oxide Electrolyzer)制氢。 可在高温下工作,部分电能可由热能替代,效率高、成本低,固体氧化物电解槽是三种电解槽中效率最高的设备,反应后的废热可与汽轮机、制冷系统进行联合循环利用,提升效率,可达到90%。
电解水制氢技术路线成熟,目前未大规模推广关键因素为电价问题,以目前工业用电用来制氢成本过高,市场竞争力较差。
甲醇制氢投资较低,适合2500Nm3以下制氢规模,按照1Nm3氢气消耗0.72千克甲醇,甲醇价格按2319元 / 吨计算,制氢成本如下表:甲醇制氢成本表
天然气制氢单位投资成本低,在1000Nm3以上经济性较好,按照1Nm3氢气消耗0.6Nm3天然气,天然气价格按1.82元/Nm3计算,制氢成本下表:
天然气制氢成本表
以1000Nm3/h 水电解制氢为例,总投资约1400万元,按照1Nm3氢气消耗5kWh 电能计算,不同电价测算制氢成本分析如下表:
光伏发电制氢成本表
由此分析,光伏发电制氢电价控制在0.3元 / 千瓦时以下时,制氢成本才具有竞争力。按照目前市场价格进行测算,以100MW光伏发电直流系统造价如下表:
光伏发电直流系统造价
以一类资源区域为例,首年光伏利用小时数为1700小 时 计 算,其他参数为 :装机容量100MW,建设期1年,资本金投资比例20%,流动资金10元 /kW,借款期限10年,还本付息方式为等额本息,长期贷款利率4.90%,折旧年限20年,残值率5%,维修费率0.5%,人员数量5,人工年平均工资7万元,福利费及其他70%,保险费率0.23%,材料费3元 /kW,其他费用10元 /kW。按照全部投资内部收益率满足8% 反算电价,并分别分析计算造价为2.3亿、2亿、1.8亿、1.6亿元时的电价。通过计算,在满足全部投资内部收益率为 8% 时,不同造价下的电价如下表:
不同造价反算电价
光伏发电制氢在资源一类区域已具备经济可行性,较天然气制氢、甲醇制氢成本较低,随着光伏发电成本的持续下降,光伏发电制氢竞争力将进一步增强。本文未考虑氢气运输成本,光伏发电直供电制氢应与需求方靠近,资源一类区域主要集中在西北区域,该区域氢气用户主要为炼化、化工企业,用气量较大,对制氢站规模要求较大。
光伏组件价格下降较快,随着价格进一步降低,部分二类资源区光伏发电制氢也将具有竞争力,该类区域相对靠近负荷中心,经济发达,氢气需求量较大。光伏发电制氢工艺简单、运维难度低,制氢规模可根据场地和需求进行模块化组合,随着燃料电池技术的进步,分布式可再生能源制氢供应燃料电池也将是未来重要发展趋势。
氢气的运输方式可根据氢气状态不同分为气态氢气(GH2)输送、液态氢气(LH2)输送和固态氢气(SH2)输送。选择何种运输方式,需基于以下四点综合考虑:运输过程的能量效率、氢的运输量、运输过程氢的损耗和运输里程。
在用量小、用户分散的情况下,气氢通常通过储氢容器装在车、船等运输工具上进行输送,用量大时一般采用管道输送。液氢运输多用车船等运输工具。
虽然氢气运输方式众多,但从发展趋势来看,我国主要以气氢拖车运输(tube trailer)、气氢管道运输(pipeline)和液氢罐车运输(liquid truck)三种运氢方式为主。
长管拖车是国内最普遍的运氢方式。这种方法在技术上已经相当成熟。但由于氢气密度很小,而储氢容器自重大,所运输氢气的重量只占总运输重量的1~2%。因此长管拖车运氢只适用于运输距离较近(运输半径200公里)和输送量较低的场景。
其工作流程如下:将净化后的产品氢气经过压缩机压缩至20MPa,通过装气柱装入长管拖车,运输至目的地后,装有氢气的管束与车头分离,经由卸气柱和调压站,将管束内的氢气卸入加氢站的高压、中压、低压储氢罐中分级储存。
该方法的运输效率较低。国内标准规定长管拖车气瓶公称工作压力为10-30MPa,运输氢气的气瓶多为20MPa。
以上海南亮公司生产的TT11-2140-H2-20-I型集装管束箱为例,其工作压力为20MPa,每次可充装体积为4164Nm3、质量为347kg的氢气,装载后总质量33168kg,运输效率1.05%。国内生产长管拖车的主要厂商有中集安瑞科、鲁西化工、上海南亮、浦江气体、山东滨华氢能源等。
长管拖车运氢成本测算
为测算长管拖车运氢的成本,我们的基本假设如下:
(1)加氢站规模为500kg/天,距离氢源点100km;
(2)长管拖车满载氢气质量350kg,管束中氢气残余率20%,每日工作时间15h;
(3)拖车平均时速50km/h,百公里耗油量25升,柴油价格7元/升;
(4)动力车头价格40万元/台,以10年进行折旧;管束价格120万元/台,以20年进行折旧,折旧方式均为直线法;
(5)拖车充卸氢气时长5h;
(6)氢气压缩过程耗电1kwh/kg,电价0.6元/kwh;
(7)每台拖车配备两名司机,灌装、卸气各配备一名操作人员,工资10万元/人·年;
(8)车辆保险费用1万元/年,保养费用0.3元/km,过路费0.6元/km;根据以上假设,可测算出规模为500kg/d、距离氢源点100km的加氢站,运氢成本为8.66元/kg。
测算过程如下表:
运输成本随距离增加大幅上升。当运输距离为50km时,氢气的运输成本5.43元/kg,随着运输距离的增加,长管拖车运输成本逐渐上升。
距离500km时运输成本达到20.18元/kg。
考虑到经济性问题,长管拖车运氢一般适用于200km内的短距离运输。
提高管束工作压力可降低运氢成本
由于国内标准约束,长管拖车的最高工作压力限制在20MPa,而国际上已经推出50MPa的氢气长管拖车。
若国内放宽对储运压力的标准,相同容积的管束可以容纳更多氢气,从而降低运输成本。
当运输距离为100km时,工作压力分别为20MPa、50MPa的长管拖车运输成本为8.66元/kg、5.60元/kg,后者约为前者的64.67%。
具有发展潜力的低成本运氢方式,但我国氢气管网发展不足,建设需提速。
低压管道运氢适合大规模、长距离的运氢方式。由于氢气需在低压状态(工作压力1~4MPa)下运输,因此相比高压运氢能耗更低,但管道建设的初始投资较大。
我国布局氢气管网布局有较大提升空间。美国和欧洲是世界上最早发展氢气管网的地区,已有70年 历史 。
根据PNNL在2016年的统计数据,全球共有4542公里的氢气管道,其中美国有2608公里的输氢管道,欧洲有1598公里的输氢管道,而中国仅有100公里。
随着氢能产业的快速发展,日益增加的氢气需求量将推动我国氢气管网建设。
氢气管道造价高、投资大,天然气管道运氢可降低成本
天然气管道是世界上规模最大的管道,占世界管道总长度的一半以上,相比之下氢气管道数量很少。据IEA报告,目前世界上有300万公里的天然气管道,氢气管道仅有5000公里,现有的氢气管道均由制氢企业运营,用于向化工和炼油设备运送成品氢气。
由于管材易发生氢脆现象(即金属与氢气反应而引起韧性下降),从而造成氢气逃逸,因此需选用含炭量低的材料作为运氢管道。美国氢气管道的造价为31~94万美元/km,而天然气管道的造价仅为12.5~50万美元/km,氢气管道的造价是天然气管道造价的两倍以上。
虽然氢气在管道中的流速是天然气的2.8倍,但由于氢气的体积能量密度小,同体积氢气的能量密度仅为天然气的三分之一,因此用同一管道输送相同能量的氢气和天然气,用于押送氢气的泵站压缩机功率高于压送天然气的压缩机功率,导致氢气的输送成本偏高。
氢气输运网络基础设施建设需要巨大的资本投入和较长的建设周期,管道的建设还涉及占地拆建问题,这些因素都阻碍了氢气管道的建设。
研究表明,含20%体积比氢气的天然气-氢气混合燃料可以直接使用目前的天然气输运管道,无需任何改造。
在天然气管网中掺混不超过20%的氢气,运输结束后对混合气体进行氢气提纯,这样既可以充分利用现有管道设施,出于经济性考虑,也能降低氢气的运送成本。
目前国外已有部分国家采用了这种方法。
为测算管道运氢的成本,我们参考济源-洛阳氢气管道的基本参数,做出如下假设:
(1)管道长度25km,总投资额1.46亿元,则单位长度投资额584万元/km;(10)年输氢能力为10.04万吨,运输过程中氢气损耗率8%;
(2)管线配气站的直接与间接维护费用以投资额的15%计算;
(3)氢气压缩过程耗电1kwh/kg,电价0.6元/kwh;
(4)管道寿命20年,以直线法进行折旧。
根据以上假设,可测算出长度25m、年输送能力10.04万吨的氢气管道,运氢价格为0.86元/kg。
当输送距离为100km时,运氢成本为1.20元/kg,仅为同等距离下气氢拖车成本的1/5,通过管道运输氢气是一种降低成本的可靠方法。
适合长距离运输,国内外应用差距明显,但液氢运输相比气氢效率更高,国内应用程度有限。
液氢罐车运输系统由动力车头、整车拖盘和液氢储罐3部分组成。
由于液氢的运输温度需保持在-253 以下,与外部环境温差较大,为保证液氢储存的密封和隔热性能,对液氢储罐的材料和工艺有很高的要求,使其初始投资成本较高。
液氢罐车运输是将将氢气深度冷冻至21K液化,再将液氢装在压力通常为0.6兆帕的圆筒形专用低温绝热槽罐内进行运输的方法。
由于液氢的体积能量密度达到8.5MJ/L,液氢槽罐车的容量大约为65m3,每次可净运输约4000kg氢气,是气氢拖车单车运量的10倍多,大大提高了运输效率,适合大批量、远距离运输。
但缺点是制取液氢的能耗较大(液化相同热值的氢气耗电量是压缩氢气的11倍以上),并且液氢储存、输送过程均有一定的蒸发损耗。
在国外尤其是欧、美、日等国家,液氢技术发展已经相对较为成熟,液氢在储运等环节已进入规模化应用阶段,某些地区液氢槽车运输超过了气氢运输规模。
而国内目前仅用于航天及军事领域,这是由于液氢生产、运输、储存装置等标准均为军用标准,无民用标准,极大地限制了液氢罐车在民用领域的应用。
国内相关企业已着手研发相应的液氢储罐、液氢槽车,如中集圣达因、富瑞氢能等公司已开发出国产液氢储运产品。
2019年6月26日,全国氢能标准化技术委员会发布关于对《氢能 汽车 用燃料液氢》、《液氢生产系统技术规范》和《液氢贮存和运输安全技术要求》三项国家标准征求意见的函。
液氢相关标准和政策规范形成后,储氢密度和传输效率都更高的低温液态储氢将是未来重要的发展方向。
为测算液氢槽车运输的成本,我们的基本假设如下:
(1)加氢站规模为500kg/天,距离氢源点100km;
(2)槽车装载量为15000加仑(约68m3,即4000kg),每日工作时间15h;
(3)槽车平均时速50km/h,百公里耗油量25升,柴油价格7元/升;
(4)液氢槽车价格约为50万美元/辆,以10年进行折旧,折旧方式为直线法;
(5)槽车充卸液氢时长6.5h;
(6)氢气压缩过程耗电11kwh/kg,电价0.6元/kwh;
(7)每台拖车配备两名司机,灌装、卸载各配备一名操作人员,工资10万元/人·年;
(8)车辆保险费用1万元/年,保养费用0.3元/km,过路费0.6元/km。根据以上假设,可测算出规模为500kg/d、距离氢源点100km的加氢站,运氢成本为13.57元/kg。
测算过程如下表:
液氢罐车成本变动对距离不敏感。当加氢站距离氢源点50~500km时,液氢槽车的运输价格在13.51~14.01元/kg范围内小幅提升。虽然运输成本随着距离增加而提高,但提高的幅度并不大。这是因为成本中占比最大的一项——液化过程中消耗的电费(约占60%左右)仅与载氢量有关,与距离无关。而与距离呈正相关的油费、路费等占比并不大,液氢罐车在长距离运输下更具成本优势。
第四章 加氢站建设
1.投资估算
加氢站投资主要包含设备投资、土建工程投资以及设计、监理、审批等费用。
项目投资估算表如下:
序号 名 称 费用(万元) 备注
1 工艺设备 222.00
1.1 增压系统 160.00
1.2 加注系统 56.00
1.3 卸车系统 6.00
2 现场管道、仪表电缆等 12.00
3 PLC柜、火焰探头、氢气泄漏探头、视频监控等 28.00
4 设备安装及调试 40.00 含辅材
5 土建工程 80.00
6 设计、监理、审批等费用 45.00
7 合计 424.00
2.运营成本估算
加氢站建成后,运营成本包括土地租金、设备折旧、运营维护成本、人员工资等。
项目总投资为424万元,固定资产采用直线法综合折旧,不计残值,按照10年折旧摊销,每年42.4万元。
每年运维成本包括设备维护费、管理费及人工成本费、电费和水费等,其中设备维护费用约55万元,管理费及人工(4名工人)成本费15万元,电费及水费30万元,每年运维成本费用为100万元。
本项目单站占地面积约2亩,参照目前服务区征地费用,土地租金暂按每年每亩10万元计取,单站每年土地租金为20万元。
3.效益测算
加氢站对外销售价格为35元/kg,进销价差一般为20元/kg。
本次加氢站项目设计日加氢能力:500kg/d,加注压力:35MPa;按照其70%加注负荷计算,日加注350kg,年可实现加注量120000kg。
按照价差收入,年毛利润额估算为252万元。
经济效益情况分析:
序号 名称 单位 金额(万元) 备注
1 价差收入(毛利润) 万元 240.00
2 土地租金 万元 20.00
3 年运行成本 万元 100.00
4 折旧及摊销 万元 42.4 按10年折旧
5 年税前利润 万元 97.6
5 税金及附加 万元 24.4
6 年利润 万元 73.2
静态投资回收期为:424万元/73.2万元 5.79年。
但是当前投运氢燃料车辆较少,但氢能源在政策利好下不断发展中,当前预测存在较大的困难和不可预见性,测算中取设计负荷的70%进行的估算。
山东省下发国内首个省级氢能中长期规划,山东3677战略打造鲁氢经济带,济南“中国氢谷”、青岛“东方氢岛”两大高地随着《方案》要拔地而起,具有广阔的发展前景和潜力,在当前国家碳达峰、碳中和战略背景下,氢能必将迎来大发展阶段。
首先对中国而言,实现碳达峰和碳中和目标将推动能源结构和产业结构的调整和优化。要不断提高清洁能源利用率,提高太阳能、风能等可再生能源利用率,布局氢能。工业,促进清洁低碳能源结构。作为全球最大的氢能生产国,未来几年中国与德国和欧盟将有很多交流合作的机会,共同探讨和完善与绿色氢能发展相关的技术和国际规范标准。依托丰富的风能、太阳能等可再生能源和水资源,海南应抓住当前能源转型和政策支持的机遇,积极寻求与德国和欧盟国家在氢能技术交流、绿色融资等方面的深度合作和区域氢经济发展。
其次可以完善氢能产业链。氢能产业链的上游是氢的制备,主要技术方法包括传统能源的热化学重整、水电解和水的光解等;中游是氢气的储运环节,主要技术手段有低温液体、高压气体和固体物质储存。氢下游是氢的应用,可以渗透到传统能源的方方面面,包括交通运输、工业燃料、发电等。主要技术是直接燃烧和燃料电池技术。
再者氢燃料电池汽车是最广为人知的氢工业应用之一。大家也一致认为,氢燃料电池汽车和纯电动汽车是相辅相成的关系。而且,氢能是真正的零排放、零污染。氢能电动汽车的发展意义深远。
氢气是一种清洁高效的二次能源载体,应用场景丰富。以氢替代化石燃料的氢经济被广泛认为是未来能源安全和可持续发展的解决方案。常用的制氢方法有以煤、天然气为代表的化石燃料制氢、焦炉煤气制氢和氯碱制氢的工业副产品制氢、水电解制氢等。其中,化石燃料制氢的生产规模最大,技术成熟度最高。目前,全球约95%的氢气产量来自化石燃料。以化石燃料为原料的传统制氢行业在生产过程中会排放大量的二氧化碳。
氢能属于可再生能源,氢能是氢在物理与化学变化过程中释放的能量。氢能是氢的化学能,氢在地球上主要以化合态的形式出现,是宇宙中分布最广泛的物质,它构成了宇宙质量的75%,二次能源。工业上生产氢的方式很多,常见的有水电解制氢、煤炭气化制氢、重油及天然气水蒸气催化转化制氢等,但这些反应消耗的能量都大于其产生的能量。
可再生能源(英语:RenewableEnergy)为来自大自然的能源,例如太阳能、风力、潮汐能、地热能等,是取之不尽,用之不竭的能源,是相对于会穷尽的不可再生能源的一种能源,对环境无害或危害极小,而且资源分布广泛,适宜就地开发利用。
可再生能源是指在自然界中可以不断再生、永续利用、取之不尽、用之不竭的资源,它对环境无害或危害极小,而且资源分布广泛,适宜就地开发利用。可再生能源主要包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和海洋能等。
煤,石油,天然气等,这样的能直接利用的是一次能源,其他的是二次能源;煤,石油,天然气这样的能源用完就消失了是不可再生能源,核能,太阳能,风力,水力可以再生,是可再生能源,煤炭,煤气是从煤里面再生的,应该归纳为不可再生的能源;常规能源主要是指煤,石油,天然气,水电,风力,新能源主要指太阳能,核能等
酒精的主要成分都是乙醇。属于二次能源,应该归纳为不可再生的能源。