美国4月创新纪录,再生能源发电量首次超越燃煤
美国4月用电需求低、风量强劲发电量高,使得当月再生能源发电量首次超越燃煤发电。
美国近年不断扩大再生能源布局,并已取得成效。根据美国能源情报局(EIA)数据,4月水电、太阳能和风能发电量接近6,850亿度电,已超越燃煤发电的6,000亿度电,绿色能源成为仅次天然气的第二大电力来源,若转换成用电来源比率,太阳能、风能与水力等绿色能源发电占比达23%,燃煤电力为20%。
虽然4月适逢部分燃煤发电厂的春季检修,发电量是多年来的最低点,未来随着这些电厂回归,燃煤发电厂又会夺回亚军宝座。
不这与此同时,也是美国有史以来再生能源发电量最高点,近年来节能减碳已成世界趋势,绿色能源成本更是大幅下降,美国太阳能、风能的设备量正日渐增长,2018年再生能源发电创 历史 新高,达到7,420亿度电,占全美发电量17.6%,与2008年的3,820亿度电相比,接近倍数增长。
截至2019年4月底,美国已装设18座、容量共1,545 MW风力电厂和102座、总容量为1,473 MW太阳能电厂,再加上4座新设水力发电厂,再生能源装设比率已达21.56%。
相较之下,燃煤发电的比例已降至21.55%,根据EIA 1月公布的报告,美国已在过去10年中关闭约一半煤矿场。先前研调公司Rhodium Group也指出,在2010-2017年间,关闭的燃煤发电厂比剩下的还要多,更预计2030年前美国超过71GW(最坏情况是124GW)燃煤发电场会关门大吉。
美国加州与纽约也相继宣布朝全面再生能源供电迈进,据2018年8月底加州议会投票通过的新法案,加州得在2045年脱离燃煤与天然气发电;纽约则是在2019年2月时公布绿色新政,直言在2040年达100%绿色能源电力。
国际能源局(IEA)在2018年11月时表示,再生能源成本下滑与政策推动,未来电力结构将会略为所改变,之后再生能源将是各国首选技术,煤炭使用量将在2040年从如今的40%降到25%,风力发电与其他再生能源便会填补这电力空缺,将增长到40%以上。
电影《伊莎拉贝》中,有一句经典的粤语台词:“无只「劳」,D人唔喺睇唔起你,喺睇你唔到。” (出来不戴劳力士,别人不是看不起你,是根本看不见你)
图1:电影《伊莎拉贝》剧照,来源网络
新能源车圈子里的鄙视链也是同样道理:
作为一般车企,根本就谈不上是不是被埃隆·马斯克( Elon Musk )看不起,大多时候是完全看不到而已。
图2:大众和特斯拉高管会面,来源网络
相反,凡是被马斯克开了群嘲,被马斯克瞧不起的公司,都至少从某个层面证明了自己有独特价值:
比如,被马斯克嘲笑产品“不行”的比亚迪( SZ:002594 ),市值已经站上5000亿,磷酸铁锂刀片电池搞得如火如荼。甚至被钢铁侠暗讽抄袭的小鹏 汽车 ( NYSE:XPEV) ,市值一度也超过了4000亿人民币。
图3:马斯克推上怼小鹏,来源网络
对投资者来说必须要意识到一个问题: 能够进入马斯克的叙事话语体系,预示着未来可能的更大价值,你需要先从被马斯克“看不见”,到被马斯克“看不起”,接下来才有机会被马斯克“看不懂”和被马斯克“追不上”。
在所有被马斯克开了群嘲名单的新能源对手中,丰田Mirai及其代表的燃料电池路线,是被钢铁侠喷的最狠的:
图4:漂亮的Mirai,来源网络
丰田已经推出了首款氢燃料电池Mirai,该车续航里程达到650公里,远远超过当前纯电动车市场续航里程最长的ModelS,在美国售价也仅为40万人民币,与ModelS入门版价格几乎平起平坐,这让马斯克坐不住了。
在2015年的一次访谈中,马斯克对氢燃料电池提出2点挑战:马斯克担忧氢气缺乏基础设施,以及氢产生于不可再生的化石燃料制造。
在2019年特斯拉的股东大会上,马斯克为了喷燃料电池,更是玩起了谐音梗:
Fuel Cell (燃料电池) 实际指的是Fool Cell ( 蠢 货 电池) ,是“一大堆垃圾”;然后马斯克说说,燃料电池 汽车 的想法是“令人震惊的愚蠢”,“根本不可能成功”。
在马斯克的叙事体系里,中国造车新势力大多属于 抄货 ;而丰田燃料电池则是完全另一个星球的怪物,要彻底打爆批臭。
01
超越锂电池的新能源“高维战场”
钢铁侠对中日新能源路线的嘲讽等级高下立判,反映了对中日对手的两种截然不同的态度。
对马斯克来说,那些依托中国市场,像素级模仿特斯拉的对手,虽然来势汹汹,但短期内还不会构成威胁。
图5:小鹏 汽车 ,来源网络
而且,马斯克有理由认为,如果中国车企只是复刻EV路线,那你最多做个老二,还不一定能坐稳,而且也从另一个角度成功地帮助特斯拉把市场不断做大,未来只等特斯来前来收割。
而独辟蹊径的丰田开辟燃料电池高维战场,却从另一个层面形成了令马斯克坐立不安的威胁。
从创立开始,特斯拉( NASDAQ:TSLA )一路横扫全无敌,除了马斯克是个天才这个显而易见的原因之外,更重要的是,电动车这个赛道,符合时代对于低碳环保低排放的要求。
尽管时至今日,从总的经济账来看,电动车还很难说的上比汽油车好多少:电动车市场仍然需要大量资本开支来建设充电站和电池工厂,同时也花费了难以想象的天量补贴来培育消费者市场;
但是从各国政府和 社会 态度看,投资低碳环保电动车企业,已成天然的正确,凡是投身新能源车的企业,自带了融资优势,规模可以迅速扩大。
特斯拉就是凭借政府环保补贴,美国资本市场低成本融资优势,以及无穷无尽的看好特斯拉的环保资本来帮助打造基础设施,加上马斯克的天赋和运气,才成功打造了史上市值最大的新能源车巨头。
在这场成功中,马斯克的天赋和运气占了三分,电动车赛道自带的环保IP光环占了七分,两者缺一不可。
而Mirai所在的燃料电池赛道恰恰拥有这一切:
燃料电池加氢站,可以凭借东亚基因的超强基建效率,无限复制;而燃料电池车制造端则可以依赖丰田低成本大规模制造能力。而从 社会 影响看,燃料电池排放效率和环保程度甚至要比电动车还高,更容易受到 社会 追捧。
也就是说,如果同样拿到惊人的补贴和基础设施的投资,燃料电池很有可能会复刻特斯拉的成功道路。
不难想象,如果一旦凭借环保IP起势,丰田Mirai所在的赛道所很有可能会是特斯拉最大的对手。
这里容笔者以小人之心度君子之腹:马斯克疯狂群嘲的主要目的是为了带舆论,不让资本方轻易聚焦燃料电池这个领域。
02
优势:简单而优美的工作原理
与马斯克铁嘴独断,把燃料电池打倒在地再踏上一只脚的看法不同,在2017年全球1000名 汽车 行业的高管问卷调查中,众多见过大场面的高管们的结论是:
尽管目前氢燃料电池成本还很高,但氢燃料电池技术将从经济上最终超越电池驱动技术。
燃料电池之所以会获得众多 汽车 高管的赞同,主要是因为燃料电池的工作原理,简单优美到难以想象。
氢分子进入燃料电池的阳极,与覆盖在阳极上的催化剂反应,释放电子形成带正电荷的H+,穿过电解液达到阴极,电子流入电路,形成电流,产生电能;阴极催化剂使H+与空气中的氧气,结合成水。全程只有电和水作为排放。
图6:来源网络
这种简单而优美的工作原理,导致燃料电池从环境影响结果看一枝独秀:
1、 排放清洁:
液态氢和氧气通过燃料电池产生能量,驱动 汽车 前进,只生成水,既不会有汽油不完全燃烧产生的废气,也没有气候变暖元凶的二氧化碳排放,也不像锂电池那样从生产到回收都有污染。
2、车体更轻:
比起汽油,氢消耗的燃料总重量要小很多,因此氢燃料电池车只需要装备很小重量的燃料电池就已经足够了,而电动车的重量问题一直都在困扰 汽车 工程界。
3、补能耗时更短:
比起电动车充电时间动辄9小时,氢燃料充电时间堪比汽油车型,只需要3分钟就可获得500公里以上的综合里程。
4、能耗更低:
在美国环保局循环之下,2016款丰田Mirai在满箱情况下,巡航里程为502公里,等效能耗为3.6L每百公里,是目前的汽油动力 汽车 效率三倍以上,对比纯电动车,这样的消耗水平也毫不逊色。
拥有以上诸多优势,燃料电池 汽车 显然会被诸多造车巨头高管寄予厚望:说白了,只要钱到位,燃料电池车与汽油车、电动车三分天下亦可徐徐图之。
03
槽点:高成本和看不见的污染
当然,一切看上去非常美好,但是没有实现量产的技术路径,从底层逻辑看都有跳不开的大坑,燃料电池也不例外。
历史 上看,氢气作为 汽车 燃料已经有了200多年的 历史 ,但由于氢气安全性和能量密度较低,氢气作为内燃机燃料并没有表现出太强优越性。
而燃料电池本身也并不是一个新产物,1839年威尔士科学家威廉格罗夫发明出了燃料电池的原型,在20世纪70年代,石油危机推动了氢燃料电池在 汽车 上的应用。多年研发之后,丰田2014年推出了全球第一辆燃料电池车,但到2019年全球燃料电池车也只卖了10490辆。
可以想象,尽管燃料电池技术路径早已成熟,样板车也出现多年,但始终没有推广成功,主要是经济挑战。
首先,燃料电池车需要像汽油车一样加氢。这里就面临前文中马斯克提到的第一个问题:缺乏足够基础设施。
图7:来源网络
第一,比电动车现在充电排队情况更夸张的是,燃料电池的加氢站基础设施更不完善。
根据 H2stations.org 发布的全球加氢站年度评估报告,截至2019年底,全球加氢站保有量接近450座。其中,日本加氢站116座,处于全球领先地位,德国紧随其后,拥有加氢站81座;美国目前运行的加氢站为63座;值得注意的是,中国加氢站数量迅速增加, 截至2020年1月已建成61座;此外,韩国加氢站保有量30座。
这个数量级与充电桩比起来就相形见绌了。据统计,截至2020年6月底,仅中国全国各类充电桩保有量达132.2万个,其中公共充电桩55.8万个,数量位居全球首位。
因此,有限数量的加氢站限制了燃料电池的适用范围:虽然理论上讲,燃料电池可以广泛应用于各种交通工具,但火车,无人机,电动自行车等工具,目前仍然处于早期开发阶段,只有不太依赖加氢站密度的商用车就成了氢动力应用主战场。
其次,基础设施的缺乏恰恰是由于氢气制备成本居高不下。加氢的成本还远远高于加油,目前还离不开政府补贴。
图8:加氢站建设成本组成
如上图,一个加氢站成本接近1200万人民币,而一个加油站成本只有200万人民币左右。依据补贴政策,在每个加氢站上的补贴成本就要高达400万人民币。想要降低加氢成本,必须要有巨大体量摊低成本。
而且除此之外,每台燃料电池货车补贴金额也居高不下,一辆轻型货车在2019补贴金额上限30万每车。这个政策引导同样是要前期补贴,后期随着规模扩大逐渐把成本降下来。
图9:补贴金额
现阶段氢能源车产量大约为每年1000辆,这一产量之下,电池成本大约为每千瓦180美元,制造一个100千瓦电堆成本12.6万元,再加上储氢罐,动力电池等成本,一套氢能源车动力总成价格接近20万。
而燃料电池系统成本占燃料电池车总成本接近64%,很简单,如果产量进一步扩大,电堆成本可以下降到39美元每千瓦,仅为目前的21%,随着行业进入规模化生产,电堆成本将进入快速下降轨道。
当然,目前看燃料电池补贴只要不退坡,购置燃料电池车的成本还是很有竞争力:
如果到 2020 年补贴不退坡,燃料电池动力总成成本下降 50%,氢气 30 元/kg,燃料电池物流车全生命周期成本相对燃油物流车低 67%;
到 2025 年地补完全退坡,燃料电池动力总成成本下降 90%,氢气 28 元/kg,燃料电池物流车全生命周期成本相对燃油物流车低 61%。
在国家政策坚持不懈的补贴之下,长期看,加氢站的成本随着规模扩大也可以进一步降低,全球应对气候变化的坚强决心,是在这个问题上持续烧钱的必要保证。
在这个问题上最好的 历史 案例,恰恰是吃尽红利的特斯拉:
图10:特斯拉上海超级工厂,来源网络
在中国基础设施高效率的保证下,上海超级工厂在最短时间内竣工,而中国市场大门敞开已经成了特斯拉市值的坚强保证,政府部门在新能源上的长期扶持,都从 历史 上证明了,基础设施缺口从来都不是问题——钱能解决的问题都不是问题。
所以,马斯克指责燃料电池没有基础设施,完全没有道理:电动车的基础设施本身也是在政府补贴之下从无到有,加氢站同样可以复制这条路径。
其次,制氢工艺并不环保。这就涉及到马斯克说的第二个问题,认为氢产生于不可再生的化石燃料制造。
获取氢气的方法,主要有煤制氢、天然气制氢、石油制氢、工业副产气制氢和电解水制氢等五种技术路线。其中,煤制氢、天然气制氢、石油制氢统称“化石能源制氢”或者“化石燃料制氢”。
以下是几种获氢的方案简单分析:
目前占主导地位的两种制氢工艺分别为天然气重整制氢和煤炭气化制氢,这两者也是制氢成本最低、最成熟的技术,但会带来大量碳排放,其排放量约占全球总碳排放量的2.2%。
其中水煤气法制氢成本最低,适用规模大,但是二氧化碳排放量最高,且所产生氢气含硫量高。
石油和天然气蒸汽重整制氢的成本次之,约为0.7~1.6元/Nm3,能量转化率高达72%以上,但同样会产生大量碳排放,未来可以考虑通过碳捕捉技术减少碳排放;
虽然这两种方案制氢成本很低,但这个问题滑稽之处在于:如果用高碳排放的化石燃料制氢燃料,然后再加氢站加氢,宣称自己是低碳出行,看上去总有那么一点点违和。
从这个角度说,马斯克所言不无道理,不过,这个问题也不是完全没有解决方案。
如果用水电解法制氢,虽然当下成本最高,在2.5~3.5元/Nm3之间,但成本在不断降低,碳排放量低,且在应用水力、潮汐、风能的情况下能量转化率高达70%以上。可以想象,如果未来与太阳能或风能结合,水电解法制氢将成为主流路线。
图11:来源网络
在美国加州,将加油站做可再生能源延展,搭建风机和太阳能光板,在加油站直接电解水制氢,无需大幅扩建,这个线路已经大行其道,随着规模扩大,可以不断降低电解氢成本,这已经是当下主要的解决方案。
还是那句话,钢铁侠并不是不明白这件事有技术解决的方案——非不能也,实不为也。电动车和燃料电池车,路线上各为其主,钢铁侠瞧不起燃料电池同样是个理性的选择。
04
风起2021
很明显,燃料电池车比电动车产业链还处在更早期的商业化阶段,参照业绩还不能够判断任何一家燃料电池公司的价值。
不过,我们可以参照上一次被马斯克看不起的资产组合的表现:
中国造车新势力蔚来,理想、小鹏和比亚迪,市值表现无需多言;
美股燃料电池的巴拉德动力(NASDAQ:BLDP)和尼古拉卡车,也都在一年内涨了10倍;
A股燃料电池发动机核心资产亿华通(SH:688339)在过去几个月中市值翻倍。
我们可以看出,这些前后被钢铁侠diss过的资产组合,都有一些共同点,他们多多少少都做对了一些事情:
如果中国未来是最大的电动车市场,那么造车新势力和比亚迪都已经占据了很好的位置;
而如果燃料电池未来是区别于电动车和燃油车的第三条道路,那么巴拉德和尼古拉卡车都有潜力变成未来的小特斯拉。而一旦中国在产业政策上加大药量,亿华通的规模效应到来之后,直接可以降低成本,走上量产之路。
很简单,亿华通等本土企业自带的核心的硬逻辑是帮助这些公司实现市值高速增长的底层代码,而钢铁侠的瞧不起并不能改变它们的基本面。
当然,目前看,对多数A股燃料电池企业来说,对他们的投资多多少少还带有风险投资的性质:一旦燃料电池的美好未来实现,目前的估值还有很大的增长空间,但这些公司最终能不能构成经济性良好的生意模式也还需要打一个问号。
不过,回溯马斯克看不起组合,给我们A股投资者的启示是:对投资者来说,对行业前沿的变动保持敏感,才是最重要的。下一次,当钢铁侠开始diss某些公司的时候,投资者应当竖起耳朵,也许,那就是下一轮最大的风口。
作者:牧之
行业主要上市公司:美锦能源(000723)厚普股份(300471)中国石化(600028)卫星化学(002648)嘉化能源(600273)亿华通(688339)等
本文核心数据:氢能源板块上市公司研发费用氢能源相关论文发表数量
全文统计口径说明:1)论文发表数量统计以“hydrogen
energy”为关键词,选择“中国”、“论文”筛选。2)统计时间截至2022年8月17日。3)若有特殊统计口径会在图表下方备注。
氢能技术概况
1、氢能源的界定及分类
(1)氢能源的界定
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,氢在是宇宙中分布最广泛的物质,它构成了宇宙质量的75%,储量丰富。氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源,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。
(2)氢能源的分类
按照氢气的来源,通常将氢能源分为三类,即灰氢、蓝氢和绿氢。
2、技术全景图:四大环节构成
氢能产业主要由制氢、储氢、运氢、加氢和用氢四大环节构成。为发挥氢能重要能源载体作用,需大力推动氢能产业每个环节的技术发展。其中电解水制氢、液态/固态储氢、液态有机储氢、氢燃料电池等先进技术研究对氢能产业规模化应用具有重要意义。
氢能产业技术发展历程:始于上世纪50年代
中国的氢能与燃料电池技术研究始于上世纪50年代。20世纪80年代以来,相继启动了863计划和973计划,加速以研究为基础的技术商业化项目,氢能和燃料电池均被纳入其中。“十三五”期间,氢能与燃料电池开始步入快车道。2016年以来相继发布《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》、《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》、《中国制造2025》等顶层规划。2019年两会期间,氢能首次写入政府工作报告。2020年4月,氢能被写入《中华人民共和国能源法》(征求意见稿)。2021年,“十四五”规划指出要在氢能与储能等前沿科技和产业变革领域,组织实施未来产业孵化与加速计划,谋划布局一批未来产业。2022年发布第一个氢能源专项规划——《氢能产业发展中长期规划(2021-2035
年)》,为中国氢能源产业发展作为指引。
氢能产业技术政策背景:政策加持技术水平提升
近些年来,我国提出了一系列氢能产业技术发展相关政策,包括氢气制备、储运、应用和燃料电池等关键技术,使得氢能产业技术水平稳步提升。
氢能产业技术发展现状
1、氢能产业技术科研投入现状
(1)国家重点专项
为推进氢能技术发展及产业化,国家重点研发计划启动实施“氢能技术”重点专项。2018-2022年,“氢能技术”重点专项数量逐年增加。2018年仅9项技术专项,到2022年,“氢能技术”重点专项围绕氢能绿色制取与规模转存体系、氢能安全存储与快速输配体系、氢能便捷改质与高效动力系统及“氢能万家”综合示范4个技术方向,拟启动24项重点专项。
(2)A股上市企业研发费用
目前,中国氢能市场正处于发展初期,行业整体研发投入水平不算太高。从A股市场来看,2017-2021年,我国氢能源板块上市公司研发总费用逐年增长,2022年第一季度,氢能源板块上市公司研发总费用约158.69亿元。
2、氢能产业技术科研创新成果
(1)论文发表数量
从氢能相关论文发表数量来看,2010年至今我国氢能相关论文发表数量呈现逐年递增的趋势,可见氢能科研热度持续走高。截至2022年8月,我国已有80825篇氢能相关论文发表。
注:统计时间截至2022年8月。
(2)技术创新热点
通过创新词云可以了解氢能产业技术领域内最热门的技术主题词,分析该技术领域内最新重点研发的主题。通过智慧芽提取该技术领域中最近5000条专利中最常见的关键词,其中,催化剂、燃料电池、制氢系统、电解水、电解槽等关键词涉及的专利数量较多,说明氢能领域近期的研发和创新重点集中于燃料电池和制氢等领域。
(3)专利聚焦领域
从氢能专利聚焦的领域看,目前氢能产业专利聚焦领域较明显,其主要聚焦于催化剂、燃料电池、制氢系统、电解水、电解槽等。
注:图中格子数量表示每家公司的专利覆盖率,每个格子代表相同数量的专利。
主要氢能产业环节技术分析
1、前端制氢环节:可再生能源电解制氢是氢源终极方案
制氢环节技术主要包括化石能源制氢和可再生能源制氢。其中,利用化石能源制氢并未摆脱能源对石油、煤炭和天然气的依赖,仍会产生大量碳排放即使是加上CCUS捕集制备的蓝氢,一旦甲烷在制备过程中发生泄漏,对气候的影响比碳排放更大。而利用可再生能源进行电解水制氢,生产过程基本不会产生温室气体。
2、中端储运氢环节:固态储运安全性更好
储运氢气的方式主要分为气态储运、液态储运和固态储运。相比于气氢储运和液氢储运,固态储运在安全性方面优势明显。
3、后端加氢及氢燃料电池
(1)加氢:站内制氢成本优势大
加氢基础设施是氢能利用和发展的中枢环节,是氢能产业发展的核心配套设施。根据氢气来源不同,加氢站可分为外供氢加氢站和站内制氢加氢站。相较于外供氢而言,站内制氢能够大幅减小氢气的运输成本。
(2)氢燃料电池:质子交换膜燃料电池是主流发展方向
按电解质的种类不同,燃料电池可分为碱性燃料电池、质子交换膜燃料电池、硝酸型燃料电池、碳酸型燃料电池、固体氧化物燃料电池等。其中,质子交换膜燃料电池是当前燃料电池的主流技术发展方向。
氢能产业技术发展痛点及突破
1、氢能产业技术发展痛点
(1)高成本是制约氢能大规模发展的关键
当前,经济性为氢能产业发展最大的挑战因素,即使是成本相对较低的氢气($0.5/kg),除了转化成氨用作肥料以外,绝大多数氢能应用场景都比现有化石能源技术昂贵。解决氢能产业在绿氢制备、储运氢、加氢站建设、燃料电池电堆等关键环节的经济性问题,是未来氢能大规模发展必须要攻克的一道难题。
(2)制氢技术:先进电解技术发展不成熟
目前国内电解水制氢的成熟技术为碱性电解水制氢技术,碱性水电解槽难以响应瞬态负载,因而难以与波动大的可再生电力配合。另外,PEM电解水制氢技术也面临着匹配可再生能源电力而进行的电解槽设计、控制技术以及电源系统设计等尚不成熟的局面。
2、氢能产业技术发展突破
(1)先进电解技术:PEM电解槽设计改进突破
PEM电解槽设计改进策略方向包括更轻更稳定的端板和双极板、经济且耐腐蚀的集电器等。据Yagya N
Regmi博士的研究小组研究发现,PEM电解中发生不含铂族金属催化的析氧反应在短期内是无法实现的,因此,尽可能使铱的质量活性最大化才是目前的可行策略。
(2)氢能储运:固态储氢和潜液式液氢泵突破储运氢技术瓶颈
氢能储运技术突破在于提高储氢密度和安全性,以及降低运输成本。固态储氢是利用物理或化学吸附将氢气储存在固体材料之中。固态储氢具有体积储氢密度高、安全性更好的优势,因此是一种有前景的储氢方式。因此,固态储氢得到了越来越多的研究和关注,主要工作集中在储氢材料的研发与改性等方面。以氢枫能源的镁基固态储氢为例,镁基固态储氢具有资源、性能及技术优势。
液氢泵为液氢储运的重要部件,用于对液体氢气进行传输分配。从氢能全产业链来看,氢气输配成本和初始资本支出为降本的最主要环节。潜液式液氢泵取代了外置泵,减少了氢蒸发,去掉了气氢压缩机且用液氢的冷源省去制冷系统。此外,潜液式液氢泵大流量液氢泵直接加注,不用高压储罐,去除级联储存最终的结果是减少初始投资和运行成本,使氢气的售价与汽油、柴油比肩。
氢能产业技术发展方向及趋势:氢能各环节技术加快突破
氢能供应体系发展路径以实现绿色经济高效便捷的氢能供应体系为目标,中国将在氢的制储运加各环节上逐渐突破。从长远看,随着用氢需求的扩大,结合可再生能源的分布式制氢加氢一体站、经济高效的集中式制氢、液氢等多种储运路径并行的方案将会是主要的发展方向。
「前瞻碳中和战略研究院」聚焦碳中和领域的政策、技术、产品等开展研究,瞄准国际科技前沿,服务国家重大战略需求,围绕“碳中和”开展有组织、有规划科研攻关,促进碳中和技术成果转化和推广应用,为企业创新找到技术突破口,为各级政府提供碳达峰、碳中和的战略路径管理咨询和技术咨询。院长徐文强博士毕业于美国加州大学伯克利分校,二十余年来一直深耕于低碳清洁能源和绿色材料领域的基础研究、产品开发和产业化,拥有55项专利、33篇论文,并已将30多种产品推向市场,创造商业价值50+亿元,专注于氢能、太阳能、储能等清洁能源研究。
以上数据参考前瞻产业研究院《氢能产业技术趋势前瞻及投资价值战略咨询报告》。
这听起来像科幻小说:漂浮在太空中的巨型太阳能发电站向地球发射大量的能量。在很长一段时间里,这个概念主要是对作家的启发。这个概念最初由俄罗斯科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基(Konstantin Tsiolkovsky)在20世纪20年代首次提出。
然而,一个世纪后,科学家们在将这一概念变为现实方面取得了巨大进展。欧洲航天局已经意识到这些努力的潜力,现在正寻求为这些项目提供资金,并预测我们将从太空获得的第一个工业资源是“束流能量”。
气候变化是我们这个时代最大的挑战,所以有很多风险。从全球气温上升到天气环境的变化,全球各地已经感受到气候变化的影响。要克服这一挑战,就需要彻底改变我们的能源生产和消费方式。
近年来,可再生能源技术发展迅速,效率提高,成本降低。但阻碍它们吸收的一个主要障碍是它们不能提供持续的能量供应。风能和太阳能发电厂只有在风吹或阳光明媚的时候才能产生能量,但我们每天都需要24小时不间断的供电。最终,我们需要一种大规模储存能源的方法,然后才能转向可再生能源。
空间的好处
一种可能的解决办法是在太空中产生太阳能。这有很多好处。一个太空太阳能发电站可以一天24小时地绕轨道直面太阳。地球大气层也会吸收和反射一些太阳光,因此大气层上方的太阳能电池将接收更多的阳光,产生更多的能量。
但要克服的关键挑战之一是如何组装、发射和部署这种大型结构物。一个太阳能发电站的面积可能要达到10平方公里,相当于1400个足球场。使用轻质材料也很关键,因为最大的开支将是用火箭将空间站发射到太空的费用。
一个被提议的解决方案是开发一个由数千颗小型卫星组成的集群,这些卫星将聚集在一起并配置成一个单一的大型太阳能发电机。2017年,加州理工学院(California Institute of Technology)的研究人员概述了一个模块化发电站的设计,该电站由数千块超轻型太阳能电池板组成。他们还展示了一块每平方米重量仅为280克的瓷砖原型,与卡片的重量相似。
这些方法将使科学家能够在太空建造发电站。有朝一日,从国际空间站或未来绕月轨道的月球门户站是可以建造这样的发电站的。这样的装置可以为月球上的装置提供电力。
这项技术的可能性还不止于此。虽然我们目前依赖于来自地球的材料来建造发电站,但科学家们也在考虑利用太空资源进行制造,比如在月球上发现的材料。
如何将太空发电站的电能传输到地球
另一个主要的挑战是如何将能量传输回地球。这项计划是将太阳能电池的电能转换成能量波,并利用电磁场将其传输到地球表面的天线上。然后天线将把电波转换回电能。由日本宇宙航空研究机构领导的研究人员已经开发出了设计方案,并演示了一个能够做到这一点的轨道飞行器系统。
在这一领域仍有许多工作要做,但目标是在未来几十年内,太空太阳能发电站将成为现实。中国的研究人员设计了一种叫做Omega的系统,他们的目标是在2050年前投入使用。这个系统应该能够以峰值性能向地球电网提供2GW的电力,这是一个巨大的数字。要想用地球上的太阳能电池板产生这么大的能量,你需要600多万块。
小型太阳能卫星,比如那些为月球车提供动力的卫星,可能会更快投入使用。
在全球范围内,科学界正致力于太空太阳能发电站的开发。希望有朝一日它们能成为我们应对气候变化的重要工具。
马斯克正式向加州道别,宣告自己的新家是德州。
这位特斯拉和Space X的双料CEO本周在美国一个CEO在线峰会上透露,自己已经搬到了德州。这事并不令人意外,他此前已经拿到了德州驾照,个人慈善基金也已经搬到了德州首府奥斯汀。但与此同时, 马斯克对加州政府颇有微词,认为加州就像是“一支常胜球队,对成功有点自满,觉得理所当然,迟早会输掉冠军”。
49岁的马斯克如今正处在自己事业的巅峰,也是最志得意满的时刻。尽管昨天发射的SN8重型火箭在德州试飞时爆炸,但这丝毫无损他在美国商界如日中天的地位。毫不夸张地说, 现在的马斯克就像是十多年前的乔布斯一样,成为了美国 科技 行业新一代的创新代表人物。
他创办和领导的几家公司都成为了美国标志性的创新企业:特斯拉是电动车行业的明星,也是全球市值最高的车企,市值已经高达5000亿美元,甚至是传统 汽车 巨头的数倍;Space X已经成为美国载人航天领域的骄傲;脑神经科学创业公司Neuralink和高速隧道列车The Boring Company也站在各自领域的前沿。
随着事业登上巅峰,马斯克的个人财富也不断膨胀。他的资产几乎全部是特斯拉和Space X的股权和期权。随着特斯拉股价在过去一年疯狂增长近八倍,马斯克的 身家现在已经接近1400亿美元,一跃成为全球第二大富豪,仅次于亚马逊创始人兼CEO贝索斯, 远远超过了盖茨和扎克伯格等原先的顶级 科技 富豪。 去年年底的时候,马斯克还在英国潜水员起诉自己的诽谤官司中向法庭承认,自己的个人财富约为200亿美元,但全是股权,几乎没有现金。
过去一年的新冠疫情虽然让美国经济遭受重创,却造就了一个疯狂的股市。在美联储无限制放水的刺激下,几大股指纷纷创下 历史 新高, 科技 类股更是涨势迅猛。特斯拉则是走势最为疯狂的一支股票。马斯克此前放弃了自己的现金薪酬,将自己的薪酬完全与特斯拉股价业绩绑定(以期权方式授予),这一选择给他带来了高达千亿美元的回报。
马斯克的“美国梦”起步于加州。他出生和成长于南非,17岁来到母亲故乡的加拿大。马斯克选择加入加拿大国籍,是为了方便来美国求学,在枫叶国过渡了两年后,他进入美国宾夕法尼亚大学沃顿商学院求学。1995年,他来到斯坦福就读硕士,但仅仅两天之后,就决定放弃学业开始创业之旅。马斯克拥有美国、加拿大和南非三国国籍。
马斯克的创业之路赶上了上世纪末的网络股泡沫热潮,1999年他把创办四年的软件公司Zip2作价3亿美元出售给了康柏(不知道还有多少人记得这个品牌),拿到了人生的第一顿金;随后又马不停蹄创办了第二家网络金融公司X.com,2000年与彼得·蒂尔(Peter Thiel)创办的Confinity合并,共同打造了PayPal,因此他也是PayPal的联合创始人。2002年,蒂尔带领PayPal上市之后,当年就作价15亿美元出售给了eBay。
刚刚30岁的马斯克就已经实现了财务自由,成为了亿万富翁。在蒂尔转向风投行业的同时,马斯克则延续了自己的创业之路。2002年,他来到洛杉矶创办了Space X,同时也把家搬到了这里。两年之后,他以投资人的身份加入了两位工程师创办的特斯拉,从此开始了洛杉矶和硅谷两地奔波的双城生活。
和其他超级富豪一样,马斯克也喜欢洛杉矶,喜欢这里的豪宅海景,也迷恋好莱坞的明星生活。 他在洛杉矶和硅谷的超级富豪区拥有总计七栋豪宅,总价接近1.5亿美元。他和 娱乐 明星们交往密切,莱昂纳多等热爱环保的明星们更成为了特斯拉最早的顾客和免费代言人。
马斯克交往过不少好莱坞女明星,甚至介入了《加勒比海盗》明星强尼·德普(Johny Depp)和妻子安铂·赫徳(Amber Heard)的生活。 据德普豪华公寓的门房在法庭作证,当德普不在家的时候,马斯克经常半夜探望赫徳,甚至还拥有门禁卡。在德普和赫徳分居之后(当时并未离婚),马斯克还和这位女明星高调交往过一段时间,还在Instagram上晒过香吻恩爱照。
马斯克已经在加州生活了25年时间。他在这里登上了事业巅峰,他所领导的四大 科技 公司总部也都在加州(两家在洛杉矶,两家在硅谷),自己也迷恋洛杉矶的明星生活,还有家人在这里。马斯克的女友、加拿大女歌手Grimes在洛杉矶也有一套五个卧室的“小户型”独立屋,两人育有一个儿子。此外,马斯克还和第一任妻子育有五个儿子(都是试管婴儿),两人共享监护权。
看起来他不太可能离开加州。但今年5月份,马斯克突然高调宣布自己将出售所有房产,称“自己不需要现金,只献给火星和地球,财富会让人压抑,以后只考虑租房”。公开资料显示,这些豪宅至少已有四栋售出(数千万美元的超级豪宅销售需要较长时间)。相比他翻了几倍的特斯拉股票,房产的确是马斯克最不值钱的资产。
马斯克对加州的不满主要在两个方面:加州民主党政府的高额税收,以及在企业监管中偏向劳方与环保。他也没有避讳这一点,在解释为何搬去德州的原因时公开表示,德州没有州所得税,而加州则有美国最高的州所得税率(最高13.3%,面向年收入100万美元以上人群),而且还在考虑提升最高税率到16.8%。
马斯克还没有提到更为重要的资本利得税。如果马斯克选择出售股票套现的话,那么他除了面临着20%的联邦资本利得税,还要向加州缴纳13.3%的资本利得税(同样是美国最高)。而德州不仅没有州个人所得税,还没有资本利得税。值得一提的是,贝佐斯和盖茨所在的华盛顿州,和德州一样没有州个人所得税和资本利得税。
具体来说,马斯克目前大约持有价值1350亿美元的特斯拉股票和期权。假如他行使期权并且在目前600美元价位悉数出清所有股票套现(当然马斯克不可能卖光股票,这是假设情况),那么他总计需要向加州缴纳高达180亿美元的资本利得税!但现在他成为了德州居民,就根本不用担心这笔天价税款了。
马斯克的个人财富和特斯拉股价直接相关。那么,特斯拉股价是从什么时候开始飙升的?是从去年12月开始的。过去一年时间,特斯拉股价涨了八倍以上,马斯克的个人财富也在急剧飙升。如果说此前他还没有考虑这笔巨额税收的话,那么现在身家近1400亿美元的马斯克,确实需要认真考虑避税的问题,离开美国税率最高的加州是最便捷的手段。
无论多有钱,超级富豪们也不会错过合法避税的机会,搬到低税率州则是最简单合法的途径。 美国总统特朗普是避税的高手,为了降低税收,他从纽约州搬到了佛罗里达州。因为特朗普原本需要向纽约州和纽约市分别缴纳9%和4%的最高税率。
为了避税,Facebook联合创始人萨维林(Eduardo Saverin)甚至在Facebook上市之前放弃了美国国籍(他是巴西人,11岁才移民到美国),成为了新加坡公民。因为新加坡的个人所得税率最高只有22%(当时美国是接近40%),而且没有资本利得税,更没有遗产税(美国最高是55%)。现在萨维林个人财富超过130亿美元。
在特朗普总统上台执政的2017年,美国联邦政府通过税改法案,将个人所得税的最高税率(个人年收入超过41.5万美元人群)从39.6%降低到37%。对比其他G7国家,法国、德国、日本、英国的个人所得税的最高税率都超过了50%,澳大利亚也高达47%。与此同时,民主党一直主张提升对超级富豪们的税收,甚至增加财产税,将新增税收用于扩大美国民众的医保和教育成本。
今年新当选的总统拜登则在竞选时承诺,上台要将最高税率再度调回39.6%,并且对超出部分再度征收12.4%的 社会 保障薪酬税。他还建议对收入超过100万美元的家庭征收高达39.6%的资本利得税,而不是目前的23.8%。当然,他能否成功对富人开刀,还取决于民主党能否赢下佐治亚州的两个参议员席位。
当然,超级富豪有的是方法合法避税,向慈善基金捐款抵税是最常见的手段。 近年来,超级富豪们最为热衷的是“捐款人指定基金”(DAF),就像是为超级富豪个人慈善基金管理慈善资金的基金管理公司。DAF不仅可以让超级富豪们拿到巨额抵税额,还可以保留慈善资金使用的决定权。
以马斯克举例,2016年马斯克将120万股特斯拉股票捐给了自己的私人慈善基金,这笔资产当时价值2.6亿美元,可以用来抵税。马斯克慈善基金那年对外捐出了4780万美元,其中3780万美元是捐给了DAF基金。谷歌联合创始人布林、GoPro创始人伍德曼(Nicholas Woodman)都使用过DAF基金来避税。
马斯克最早宣布要搬到德州是今年5月份。新冠疫情在美国爆发之后,马斯克多次在推特上表示,对新冠病毒感到恐慌是愚蠢行为,自己绝不会因为疫情而停工。他当然有自己的原因:当时特斯拉正面临着交付困难,工厂停产会导致Model 3无法交付,会直接影响到特斯拉宝贵的现金流,进而影响到特斯拉的股价。
3月底,在加州政府宣布居家停产之后,特斯拉工厂拒绝遵命停产,直到政府多次警告之后,才在一周后被迫关闭。而5月初,在没有得到阿拉米达郡卫生部门批准的情况下,马斯克指示特斯拉工厂强行开工复工,并且高调宣布“要抓人就抓我”,甚至炮轰加州政府的疫情管制是法西斯行为。
正是在与阿拉米郡卫生部门爆发冲突之后,马斯克才宣布将“特斯拉总部和未来工厂立即搬往德州,至于加州的弗里蒙特工厂是否搬迁,则取决于未来受到的对待。这可是加州最后一家 汽车 工厂了。”他说的是事实,由于加州严格的劳工和环保等监管政策,以及高企的土地和劳资成本,过去几十年时间各大 汽车 厂商已经陆续将工厂搬离了加州。
在劳动保护和工会问题上,特斯拉也在加州面临着越来越多的批评声。马斯克一直抵制特斯拉工人组织工会,更漠视特斯拉工厂的安全防护问题,并且要求工厂加班加点提高产能。在注重保护工人利益的加州,劳资机构已经多次组织对特斯拉的抗议活动。
最终加州政府默许了马斯克的强行复工行为,没有对这一公开违反疫情管制的行为实施任何惩罚。但马斯克和地方政府的防疫冲突,也引发了德州官员的争相示好。从德州联邦参议员克鲁兹(Ted Cruz)到德州州长阿伯特(Greg Abbott)到地方官员,都在热情欢迎这位美国商界领袖来到德州。
实际上,加州和德州长期以来都在明争暗斗。能把马斯克从加州挖来德州,显然也是德州政府的一大胜利。这两个州不仅在美国人口排名前两位(分别为4000万和3000万人),也是美国经济最大的两个州(2019年GDP分别为3.14万亿美元和1.89亿美元)。
在经济政策和价值观方面,加州和德州更是民主党和共和党的两大核心阵营,高举自由主义和保守主义的大旗。
加州政府主张大政府高税收、平等与弱势群体,加强企业监管;而德州政府主张小城市低税收、放松监管。今年年初,加州甚至因为“德州歧视LGBT”为由拉黑了德州,禁止自己公务员去德州出差,德州则选择在最高法院起诉加州。
此外,德州是美国石油天然气的主要产地,对新能源并不热衷,而加州是美国最注重环保和可再生能源的政府。和加州政府人为抬高油价以推广电动车不同,石油产区德州是美国油价最为亲民的地区。美国 汽车 协会(AAA)的价格显示,加州目前87号汽油油价是每加仑3.182美元,而德州则是1.857美元,正好是美国的两个极端。
德州没有个人所得税的州税部分,生活成本和薪酬水平更是远低于加州;德州的企业所得税和土地成本也低于加州。企业搬迁专家弗兰尼奇(Joe Vranich)去年统计认为,过去八年总计有1.3万家企业离开了加州,从加州搬到德州可以节省30%的运营成本。除了特斯拉,惠普企业也从加州硅谷搬迁到了德州。
与此同时,为了逃避高税收和高房价,大量加州居民也在往德州搬迁,单是2018年就有8.6万名加州人涌向了德州,同比增长了36%。但有趣的是,加州居民为了避税来到德州,但他们中的很多人又因为自由主义价值观而继续支持当地的民主党,反而推高了德州民主党的选民基数,把德州逐渐从深红变成了浅红。德州民主党在得到大量新选民之后,甚至提出了“把德州变蓝”的口号。
过去十多年时间,马斯克的私人飞机每周都在洛杉矶和硅谷之间奔波。而现在他的固定航线又增加了德州。目前Space X在德州中部的McGregor进行火箭测试,在德州南部的Boca Chica组装火箭。而特斯拉投资10亿美元的新超级工厂也在德州奥斯汀建造中。这是特斯拉的第五家电动车组装厂,于今年7月破土动工,预定明年年底投产,主要生产Model Y和电动皮卡Cybertruck。
今年7月,德州州长阿伯特喜气洋洋地和马斯克共同宣布了这一项目。奥斯汀是在与俄克拉荷马州塔尔萨(Tulsa)的竞争中拿下特斯拉工厂项目的。奥斯汀所在的Travis郡政府正面临着数万失业人群的难题,他们2018年也曾经竞争过亚马逊的第二总部项目,但输给了靠近首都华盛顿特区的弗吉尼亚州阿灵顿(Arlington)和纽约市。
当然,马斯克是绝不会错过在新建项目上向地方政府争取税收优惠政策的机会。 2014年特斯拉在内华达的超级工厂项目获得了内华达州总计13亿美元的税收减免(具体金额与就业和纳税直接挂钩)。亚马逊第二总部在全美公开招标,灵感正是来自于特斯拉工厂。
据奥斯汀当地媒体报道,为了争取到特斯拉超级工厂的项目,Travis郡政府同意给予特斯拉至多4640万美元的税收减免。这家公司将给奥斯汀创造5000个工作岗位,但工人薪资只需要3.5万美元起步,劳资成本远远低于加州。马斯克承诺至少一半工人都会在Travis郡本地招聘。
不过,德州政府真正感兴趣的只是招商引资建工厂解决就业。 由于传统经销商行业的强烈反对,德州政府一直禁止特斯拉直接面向消费者销售 汽车 。他们的直接销售模式在德州属于违法行为,德州的13家特斯拉门店只能展示产品,店员甚至不能介绍价格。德州民众当然可以通过网络购买特斯拉,但却不能在特斯拉的门店下单。去年德州甚至通过法案,禁止车企在德州直接提供维修保养服务,针对的就是特斯拉。
不知道这次马斯克公开示爱德州,能否推动德州议会解除这一直接销售禁令。尽管曾经公开要求特朗普施压中国,指责中国的 汽车 进口税和合资建厂限制,但随着上海超级工厂项目得到上海政府的大力支持,随着特斯拉在中国销量爆发式增长,马斯克很快就变成了中国人民的老朋友,甚至兴奋地现场跳起了舞。
发布时间:2014-09-10 来源:中国能源报 大中小
在美国,就装机总量而言,地热能在所有可再生能源中位居第4位,仅次于风能、太阳能和水电。同样,地热能也一直享受着政府针对各种能源形式所提供的补贴。
相较其他清洁能源来说,地热能无论是从受关注程度,还是从地质因素考虑,其发展都要略逊。而事实上,地热能是将蒸汽从地下深处提取出来并用于发电。由于地核蕴含的热量是无限的,因此地热能是一种可持续的能源形式,且不会像风能和太阳能那样受到天气的限制。
美国大多数地热能都集中于西部地区,其中80%都在加利福尼亚州。为此,该州所制定的可再生能源使用构成标准要求,到2020年当地公用事业公司消耗的电力中,至少要有1/3来自于可再生能源。
但是,拥有旧金山以北地热资源并经营当地地热设施的卡尔派恩公司(Calpine)表示,加州的监管体系损害了对地热设施的新投资。目前,该公司在加州盖塞斯(Geysers)间歇泉区的装机总量为1517兆瓦,但发电能力仅为725兆瓦。
卡尔派恩公司希望将其在盖沙斯的地热设施更新换代,但前提是能够与当地公用事业部门达成长期的供电协议。然而,这类公司必须要遵守州政府的能源构成要求。在这种情况下,公用事业部门更愿意购买风能发电和太阳能发电,因为这两种能源享有更多的税收优惠。
据加州公用事业委员会的资料显示,2003年到2013年期间,该州的主要电力供应商,包括赛莫拉能源(Sempra Energy)、南加州爱迪生公司(Southern California Edison)和太平洋煤气与电力公司(PG&E),各自签署了6000兆瓦的风能发电和太阳能发电协议。同期签署的地热能协议仅为100兆瓦。
有批评者对此表示,所有的能源形式都应该在公平的环境中展开竞争,附加的能源构成要求扭曲了市场。好消息是,加州议会正在审议多项法案,将要求公用事业部门在2024年前签署500兆瓦的地热能发电协议。
目前,地热能在全球发电市场上的份额还不到1%,那该如何使地热能更具市场竞争力呢?
麻省理工学院的相关专家指出,尽管地热能仅占到电力生产的很小一部分,但增强型地热系统(EGS)具有更加广泛的用途,在能源价格高企和碳排放受限的时代将大有所为。
通常来说,地热系统不仅比化石燃料更加清洁,而且可提供持续不断的能源,价格也非常有市场竞争力。据麻省理工学院介绍,谷歌(Google)慈善部门已经承诺向EGS技术投资1100万美元。
据了解,EGS技术首先需要开凿几个蒸汽井,以便接触到地下的高温岩层。然后,通过这些井把水注入到高温岩石的人造或天然裂缝中,再利用升腾的水蒸汽来带动发电机。这个过程可以提高新建地热田的发电成功率,同时延长现有地热田的使用寿命。
早在2012年,麻省理工学院就组建了相关的专家组,他们估计地热能可以在50年内为美国提供10万兆瓦的电力,这将使地热能在发电市场上的份额至少增加到10%。另外,地热能发电可以全天候运行,而且地热设施的占地面积比风能或太阳能要小得多。
在美国,地热资源可谓遍布各地,但最佳的资源还是要数西部各州,那里的地下高温岩层更靠近地表,这意味着钻探工作量更小、勘探成本更低。
地热能项目的主要成本就在钻井上,勘探者必须往地下深处钻探,井深介于地表以下3000到1.2万英尺(约900米到3000米)之间。
麻省理工学院的专家组指出,对地热能发电站来说,满足用水需求可能是个问题,尤其是在干旱地区。而且,发电用水必须与饮用水隔离,以防污染。另外,需要仔细监控注入过程可能引发的地震危险。
所有这些障碍的累积效应让持怀疑态度的反对者表示,地热能源将依然只是名义上的能源。而且,像EGS这样的强化压裂技术已经开始刺激环保主义者,令他们担心这是另一个“水力压裂法”。(肯·西尔弗斯坦 来源:《福布斯》,文章有删节、标题有改动) (焦旭/编译)
【太平洋 汽车 网 行业频道】不知道你最近有没有在朋友圈中,频繁看到新能源车的身影,不是喜提特斯拉Model 3,就是在逛比亚迪的4S店……纯电动车因为它的绿牌、环保彻底地火了,但可能还有很多人不知道氢能源其实才是终极的清洁能源方案。
那么,氢能源车到底是真香,还是个坑?
国内加氢站都在亏钱?
首先亏钱这事不是我瞎说,这是央视爸爸专题报道说的:
为什么亏钱?一方面,新建造一家加氢站动辄需要上千万元,每年运营成本也高达200多万元,建设和回报周期长。另一方面,现在氢能源车的体量非常小,达不到规模效应,导致加氢站还找不到可行的盈利模式。
目前国内的加氢站模式主要分为纯加氢站、油氢站以及气氢合建站。因此,油氢站、气氢合建站应运而生,大大节省了土地资源、运营成本等,逐渐成为主流模式。
在工作日,我来到了由中石化建设的 全国首座油氢合建站——佛山樟坑油氢合建站 。顾名思义,它是利用原油站改造,增建加氢站,不涉及新增用地,只是在原来的基础上,增加了控制柜、储氢罐、压缩机等大型设备。
刚来到这座油氢站的入口,就能清晰看到“加油站、加氢站”的标识,而且矗立的油价牌上也增加了氢气的价格: 每千克为80元 。
而当我开始走近加氢区域时,工作人员已经把我遏制住:“靓女,不要走过来。”
原来这位工作人员刚好在为氢燃料电池公交车加氢,作业期间明确禁止使用手机、寻呼机等设备,也禁止穿和怕打化纤衣物(避免产生静电,某些加氢站会设有静电消除机,供工作人员在加氢前使用)。
于是关闭手机后,我试图跟工作人员套近乎。他说这里最大的储氢容量为是800kg,目前只为周边的氢燃料电池公交车服务,还没对其他商用车开放。
不远处就是露天的储氢罐,由于现场不具备制氢能力,所以所用氢气是由江门市运输而来。
据工作人员所说,现在每辆氢燃料电池公交车 每次加氢量大约为10千克,用时10分钟左右,续航里程为300km 。意味着这座油氢站每天最多能为80台同类型公交车加氢, 而每次每台车的加氢成本为800元。
其实80元/千克的价格相比全国其他加氢站贵不少,上海安亭某加氢站的价格为35元/千克。如果以此计算,氢气应用在乘用车具有一定的价格优势。
虽然光这么看,氢作为能源有一定的优势,但正如前面所说,加氢站的建造和运营成本都极为惊人,要像加油站一样大面积覆盖还不太现实。咱们就拿建设成本来说,一座加氢站主要涉及储氢装置、压缩设备、加注设备、站控系统等设备, 其中还有一种设备占据了30%的总成本,它叫压缩机 。
国内有不少企业能生产氢气压缩机,但主要还是用于化工领域,输出压力均在30MPa以下(目前用于氢能源车为35MPa和70MPa两种),无法满足 汽车 用的加氢站技术要求。这就导致国内加氢站在压缩机上还严重依赖进口,成本下不来。
如果像压缩机这样的核心零部件无法做到国产化、产量化,供应链无法做到体系化,加氢站在数量上很难突飞猛进。
根据央视 财经 报道, 截止2020年底,国内加氢站数量为118座。 这算不多吗?
这要结合国外来看,截止2020年底,日本共建成142座加氢站,韩国建成60座,全亚洲合计275座加氢站;北美地区共拥有75座,大部分位于美国加州;欧洲大约有200座加氢站,其中大约有100座位于德国。
可以看出相比日本、德国、美国等国家,中国即使地缘辽阔,加氢站的数量和密度其实并不算太高。
去年9月,国家五大部门宣布将对“燃料电池 汽车 购置补贴政策”调整为“示范应用支持”,也就是以往买氢燃料电池车能获得国家巨额补贴,变成符合产业化条件的示范城市才能获得奖励。
示范城市要求是这样的: 四年内“推广超过1000辆达到相关技术指标的燃料电池 汽车 ,平均单车 累积 用氢运营里程超过3万公里;建成并投入运营标准加氢站15座 ……(奖励细则和示范城市的名单还未正式出炉)
为了争当示范城市,各大城市也是拼了,特别是沿海发达地区。从数据来看,珠三角、长三角、京津冀这三大经济最发达的区域是加氢站数量最大的,这一点毫无悬念。
以我探访的佛山市为例,当地政府专门出台了针对氢能源 汽车 产业的补贴办法,其中用于氢能公交车补贴5亿元,加氢站建设补贴1.5亿元。在上亿元真金白银的补贴下,佛山目前加氢站数量达到16座,也引进了东风 汽车 等重点企业。
由国家政府牵引,再由地方政府执行和刺激相关企业发展,这样的思路与十年前新能源 汽车 “十城千辆”计划推广思路十分相似。
一方面,预示着氢燃料电池车将走向成熟化;一方面,这些示范城市之间其实也会形成“内卷”,就像现在纯电 汽车 成为城市GDP竞赛的重要赛场,合肥、上海、广州等城市暗自内都想打造中国最大的新能源车产业群。
某种程度上,“内卷”这种被自愿性竞争是种向好趋势,至少我们会看到越来越多加氢站和氢燃料电池车。
补贴40万的氢能源车你买不买?
当然了,按照现在氢燃料电池车的体量,目前的加氢站已经基本够用。截止2020年底,中国大约已有氢燃料电池 汽车 6002辆在运行,主要分布在广东、上海、北京、江苏等地区,多数为公交车、物流车。
如果你恰好是生活在上海、广州、佛山、盐城等城市,那么你大概率能见到氢燃料电池车的公交车。而在我们接触比较少的物流车等商用车方面,包括东风、福田、飞驰等制造商都已经研发出了氢燃料电池货车,并且部分已经投入使用,续航里程在500km左右。
为什么氢燃料电池车常见在商用车领域,而不是乘用车上?最重要的原因是成本,因为整条产业链还在初步搭建阶段,一台氢燃料电池车比纯电车、燃油车的成本还高出2-3倍。再者是现在加氢站的数量还无法满足大规模的加氢需求。
而商用车的路线相对固定,对加氢站要求也较小。而且氢燃料电池加注时间短、高续航里程等优点也注定了适合应用在商用车上。
欧美地区的发展也印证了一点,戴姆勒放弃了氢燃料电池乘用车的开发,并且与沃尔沃合资开放氢燃料电池客车;大众集团的CEO迪斯更是耿直地说,氢燃料电池车成本高,决定终止相关研发。
而美国方面,诞生出了普拉格能源(Plug Power)、尼古拉(Nikola)两家最炙手可热的氢燃料 汽车 相关的企业,都是专攻商用车方向。普拉格能源生产氢能源电池和叉车,基本垄断了全球氢能源电池叉车的市场。
尼古拉专注氢燃料重型卡车,被视为燃料电池界的特斯拉,在上市后市值最高峰时还一度超过了福特等车企,即使至今还是“PPT阶段”。
可以总结出欧美车企都一致将技术路径指向商用车,毕竟押输了也不太影响主营业务,押对了就可以马上应用在乘用车。
不过,日韩就有相反的看法了,也就是专注乘用车领域。比如丰田的氢燃料电池乘用车Mirai如今已经迭代到第二代,续航提升了30%达到850km,据说累计已经卖出了一万余台。
本田在2015年也发布了旗下首款氢动力燃料 汽车 ——Clarity Fuel Cell,续航可达750km。
现代 汽车 在2013年推出第三代氢燃料电池车型ix35 FCEV;2018年还发布了续航800km以上的NEXO,2019年销量4987辆,比Mirai还多。
而中国,则坚持商用车与乘用车双线并举。虽然在乘用车的应用上落后于日韩等国家,但其实已经有不少车企推出或展示过氢燃料电池车。根据氢云链数据库统计数据显示,从2008年开始,国内市场上出现过的燃料电池乘用车大约有25款,其中工信部产品目录的有9款。
最具代表性的是上汽大通,分别在2017年广州车展和2020年北京车展推出了FCV80和EUNIQ 7上市。FCV80售价高达130万元,在国家及地方各50万/辆的补贴力度下,终端售价为30万元,仅相当于中配的燃油版V80。
EUNIQ 7扣除国家和地方补贴共40万元后,终端售价约为29.98-39.98万元,相比其售价28.98万的燃油版G20最高配,并不算太贵。
但这两款车其实跟普通消费者并没有半毛钱关系,都是主要供应给政府单位、客运公司等组织机构。在上汽大通的官网上,甚至根本查询不到FCV80和EUNIQ 7的经销商信息,也查询不到相应的销量。
相比日韩已经卖了成千上万台氢燃料电池乘用车,中国在这方面明显滞后。一方面,国家对于氢燃料电池车特别是乘用车领域,并没有做出统一的战略规划,或者说只是萌芽阶段。一方面,加氢站、氢燃料电池车等关键技术、成本问题也制约着商业化落地。
可以说,即使现在能补贴数十万元,氢燃料车还不是真香。因此,业内对未来的技术路线普遍达成的共识是以纯电动为主,以氢燃料电池车为辅,而且更适合应用于商用车、长途卡车等。
攻克氢能源 汽车 还有这些难点
即使因为地方政府推动建设加氢站,车企大举进军氢燃料电池车领域,行业内还存在着许多难点。
首先是制氢,虽然我国是全世界最大的产氢大国,2019年全国氢气产量为2000万吨,但主要制氢原料还是以化石能源为主(如煤、天然气、石油),其中尤以煤制氢占比最高,气化装置投资价格高,另外还会排放大量二氧化碳,需要额外的技术加以控制。
最理想的制氢方式是通过电解水制氢,一来纯度高,二来易于可再生能源结合,是真正的绿氢,不过占比较小。
再者是储运,中目前中国普遍使用20Mpa的高压气氢拖车,比如一辆30吨的大卡车可以运载300-350kg的氢,适合加氢站现在日需求量500kg的规模;当用氢量达到一定规模,就需要用到液氢槽车,但液化过程的能耗和固定投资也很大。
中国科学院院士欧阳明高曾表示,氢燃料电池商用车应用的瓶颈“不在两头,在中间”,就是 车下运氢、车载储氢和氢能加注 ,同时还以为这个技术还要5年 探索 之后才能决定是不是具有大规模应用的可行性。
将占全球20%的市场份额?
回想2009年,新能源 汽车 推出“十城千辆”政策后,产销量出现拐点,从不足万辆到如今遍地开花,甚至在非限购限行城市也能看到各式各样的纯电动车。而如今,“十城千辆”政策的氢能源车版将至,产业供应链加速完善,像极了纯电动车的爆发前夜。
关于氢能源车的未来,有不少相关机构做出极为乐观的预测。譬如根据国际氢能委员会预测,到2050年,氢能将创造3000万个工作岗位,氢燃料电池 汽车 将占全球机动车的20%-25%,创造2.5万亿美元产值,在全球能源中所占比重有望达到18%。
我想当以上这些难点被完全攻克,氢燃料电池车也完全可能跟纯电动车分一杯羹。(文:太平洋 汽车 网 曾惠君)
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这就是终极能源形式?探访国内最具规模氢能产业基地
作为全球第三大天然气生产国和第二大石油生产国,俄罗斯在全球能源供应体系中扮演着举足轻重的角色。俄乌冲突爆发以来,在地缘政治风险和市场担忧情绪的刺激下,世界能源价格大幅上涨。随着冲突的持续以及西方与俄罗斯之间制裁和反制裁的不断升级,全球能源市场和能源格局将发生深刻改变。
一、全球能源价格短期内将保持高位震荡
俄乌冲突以及美欧等对俄实施制裁,刺激了国际能源价格大幅上涨,加深了各国对于能源安全的担忧。
在俄乌冲突爆发之前,石油价格就已出现巨大涨幅。随着全球经济反弹,石油需求出现强劲增长。但疫情导致的投资缺乏以及欧佩克+大规模减产,使得世界石油供应呈现疲软态势。全球石油市场的供需矛盾,导致去年石油价格迅速上涨。俄乌冲突则进一步加剧了油价上涨的趋势。俄乌冲突爆发以来,美国已经宣布禁止进口俄罗斯石油、天然气和其他能源产品;欧盟出于对俄罗斯的能源依赖,在能源领域的对俄制裁方面采取了保守态度,然而欧盟扩大经济处罚的意愿正在上升。
为了抑制油价,国际能源署(IEA)成员国连续两次采取集体行动,从其紧急储备中释放了总计1.2亿桶石油,石油价格一度回落。然而,俄乌冲突局势的不明朗随时会使油价再度攀升。对于世界主要的石油进口大国,如欧洲国家、中国、日本等,油价上涨将使其经济承受巨大压力,增长受到拖累。
受冲突和制裁影响,天然气和煤炭市场也处于持续紧张和波动状态。天然气价格今年以来一直保持上涨态势。欧洲和亚洲部分地区的天然气价格在俄乌危机爆发前已经大幅上涨。冲突爆发以后,欧洲天然气价格风向标 ——TTF基准荷兰天然气期货价格最高时一度飙升至近330欧元/兆瓦。
俄罗斯是欧洲天然气的关键供应商。为了减少对俄罗斯天然气的依赖,欧洲国家正多方寻求增加从其他地区采购液化天然气。由于欧洲的强劲需求,目前全球液化天然气出口量几乎已达到极限。4月19日,美国液化天然气期货价格达到7.82美元/百万英热单位的高位,是2008年9月以来的最高纪录。尽管美国市场液化天然气价格远低于欧洲和亚洲市场,但其相对于欧洲和亚洲市场的折价幅度一直在缩小。
二、俄罗斯能源供需体系将遭受重大冲击
受冲突和西方制裁的影响,俄罗斯的能源出口未来可能面临供大于求的局面。许多运输公司拒绝运输俄罗斯原油,使得俄罗斯石油的运输成本大幅提高。地缘政治因素也推动了国际资本大规模撤出俄罗斯能源产业。随着挪威国家石油公司、壳牌、英国石油公司、埃克森美孚等国际能源巨头退出俄罗斯市场,俄罗斯能源贸易的空间将进一步收缩。目前,俄罗斯约60%的石油出口流向欧洲,另外20%流向中国,俄还是包括乌克兰在内的大多数前苏联国家石油的重要供应国。IEA预计,由于美国及其部分盟国的制裁,俄罗斯的石油供应将进一步下降。4月以来,俄罗斯每天约有70万桶的原油生产被关闭;从5月起,可能每天有近300万桶的石油停产。
三、欧盟将加速能源进口来源多元化
俄罗斯在2021年提供了欧盟天然气约45%的进口总量,有几条输气管道都是经由乌克兰通往欧盟国家。俄乌冲突爆发以来,为了保障欧洲能源安全,欧盟正在极力寻找俄罗斯以外的能源供应来源。IEA专门针对欧盟发布了10条摆脱对俄罗斯能源依赖的计划,包括停止与俄罗斯签订新的天然气供应合同、用替代来源的天然气取代俄罗斯的供应、加快可再生能源的部署,以及增加生物能源和核电站的发电量等。欧盟也于2022年3月8日提出《欧洲廉价、安全、可持续能源联合行动》(REPowerEU)。根据该计划,欧盟将通过从“开源节流”两方面逐步摆脱对俄罗斯化石燃料的依赖。一是增加俄罗斯之外的供应方的液化及管道天然气的进口,同时增加对生物甲烷和可再生氢的进口;二是提高能效,加快可再生能源的发展及电气化水平。在天然气进口方面,欧盟加大了与美国、挪威、卡塔尔、阿塞拜疆、阿尔及利亚、埃及、韩国、日本、尼日利亚、土耳其、以色列等伙伴的合作。意大利已与阿尔及利亚签署增加天然气供应的协议。预计在2023~2024年间阿尔及利亚对意大利的天然气供应量将达到每年90亿立方米,约是意大利从俄罗斯进口的1/3。欧盟还计划积极开展与中亚和里海国家的天然气跨境合作,分别建设了跨安纳托利亚管道项目和跨亚得里亚海管道项目,以降低对俄罗斯管道天然气的过境依赖。
四、美国有望成为全球领先的液化天然气供应国
如果欧洲减少从俄罗斯进口天然气,最大的受益者之一将是美国。欧洲领导人承诺在未来十年左右大幅增加对美国液化天然气的采购。2021年,美国等向欧洲供应了220亿立方米的天然气。根据美国和欧盟近期签署的天然气供应协议,在2022年,美国将与国际伙伴合作确保欧盟市场在2021年基础上再额外获得至少150亿立方米的液化天然气。这意味着美国对欧洲的天然气出口将增加2/3。协议还提到,美国全力支持欧盟的REPowerEU计划,实现欧盟提出的2030年前每年进口500亿立方米的液化天然气的目标。可以预见未来欧盟对美国液化天然气的依赖将会大大加强,欧洲买家、亚洲及其他地区买家争夺全球有限的液化天然气供应的竞争也将加剧。
五、全球可再生能源部署将加速
从中长期看,俄乌冲突将加速能源替代和能源转型的步伐。石油、天然气市场的不稳定已经使欧盟和亚洲等国家意识到寻找替代能源的紧迫性,各国加快发展可再生能源的政治意愿显著上升,未来各国的政策设计和资金都可能加大向可再生能源倾斜。一是太阳能、风能和热泵的部署有望提升。根据欧盟2021年7月发布的“Fit for55”能源和气候一揽子计划,到2030年欧盟可再生能源比例将达到40%。欧盟委员会预计,按照计划部署,如果2022年屋顶太阳能光伏系统的年发电量增加15太瓦时,可以额外节省25亿立方米天然气。德国的《可再生能源法案》(EEG)规定,到2030年德国可再生能源将占到电力需求的80%,到2035年将达到100%。德国还计划安装 600 万台热泵,用电力代替天然气为建筑物供暖。二是核能发展可能加速。在2021年底召开的第26届联合国气候变化大会(COP26)上,多数经济体对核能发展持乐观态度,缔约方承诺将提升核能在清洁能源转型中的作用。IEA预计,到2050年,90%的发电将来自可再生能源,风光电的份额将占到近70%,其余大部分需要由核能来提供。当前,围绕核能是否应归类为绿色能源在欧盟展开了激烈的争论。2021年底爆发的能源危机以及今年爆发的俄乌冲突带来的能源安全挑战,使得德国淘汰核能的步伐可能放缓。三是全球对电池储能系统、海上风能、低碳氢、碳捕获和储存等低碳技术的关注度将上升。储能在许多国家的政策框架中的作用将变得更加清晰。
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”。