“十四五”可再生能源规划落地:大规模、高消纳、市场化
全文 1940 字,阅读大约需要 5 分钟 未经许可严禁以任何形式转载 南方能源观察 欢迎投稿,投稿邮箱: eomagazine@126.com 编辑 黄燕华 审核 冯洁 6月1日下午,国家发改委等九部委联合发布了《“十四五”可再生能源发展规划》(以下简称《规划》,明确了“十四五”可再生能源发展的主要目标,同时更加注重可再生能源的大规模开发、高水平消纳以及市场化发展。大规模开发 中国已经承诺二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值、努力争取2060年前实现碳中和,明确2030年风电和太阳能发电总装机容量达到12亿千瓦以上。截至2020年底,全国风电和光伏发电装机达到5.3...全文
我国的双碳目标为在2030年前碳达峰,在2060年前实现碳中和,这个目标相对于目前世界上的几大主要经济体而言,是要求最高,时间最紧迫的。
而目前我国的能源结构中,非化石能源占比仅仅为15.9%,清洁能源(包括水电)发电量占比36%,煤炭占比52%。
为助力实现双碳目标,在能源的供给端,提高可再生能源在电力供应和终端消费中的占比,是实现双碳目标最有效的途径。
但以风电、光伏为代表的电源侧可再生能源波动性强,不能持续稳定提供电能,这就引出了下一个亟待解决的问题——储能。
2.1 储能的必要性
近年来,随着光伏组件的成本进一步下探,无补贴下光伏电站已经可以盈利,大量资本涌入光伏产业,从生产到运营,整个光伏行业规模大幅度增长,但同时也带来了一个问题,那就是光伏只能在白天发电,晚上怎么办?风机只能在有风的情况下转动,没风的时候又怎么办?
每日风速波动较大
随着可再生能源(风电光伏)的用电量占比不断提升,风电和光伏的不稳定性带来的不单单是短时的无电可用,其波动性对于电网的冲击会引起配电网潮流变化,影响电能质量(电压、频率、波形),对电网侧和用户侧都有较大的影响。
在10年前,各地电网尚未像现在这般强大时,对于风电、光伏之类的垃圾电,电网公司向来是拒绝的,这也是为何在用电量较少的省份,弃风弃光限电的情况很多。
而将短时超发(用不完)的电储存起来,在没电的时候(晚上或者无风的时候)将这部分电能持续输出上网,就可以避免出现上述情况。
2.2 储能如何盈利
储能以前一直是政治任务,因为挣不了钱啊,但目前技术已经达到了将要盈利的瓶颈,国家就开始往储能行业里加火了。
随后没过几天,又出台了提高分时电价的政策:
文件的主旨就是继续拉开平峰和高峰时期的电价,条件具备区域,分时电价差距可达到4倍。 这两份文件一明一暗,都是在鼓励发展储能行业,在技术变革的前夕,政策层层加码,相信储能行业实现全面盈利只是时间问题。
目前大型电站并网侧的储能电站,在财务测算上,已经能实现盈利,只是以目前峰谷电的差价,盈利能力大概和存定期差不多。
2.3 电网侧储能
电网侧储能的主要作用就是调峰调频,保证用户用电质量,而最常见的用来调峰调频的手段就是抽水蓄能电站。
8月6日,国家能源局综合司印发关于征求对《抽水蓄能中长期发展规划(2021-2035年)》(征求意见稿)的函,提出到2035年我国抽水蓄能装机规模将增加到3亿千瓦,相对2020年将增长10倍,远超市场预期。此前业内预期2030年我国抽水蓄能总装机达到1.13亿千瓦,到2060年底总装机达到1.8亿千瓦。这意味着,到2030年投产总规划就将远远超过此前2060年的目标。抽水蓄能迎发展窗口期。
大规模的抽水蓄能电站投运,将大大增强现有电网的调峰能力,增加电网对可再生能源的消纳能力,最终提高我国电网用电中的清洁能源占比。
抽水蓄能是当前最成熟、装机最多的主流储能技术,在各种储能技术中度电成本最低,如上图所示,抽水蓄能电站由2个高度不同的水库组成,连接上下两个水库的是输水系统和发电机组。
在电网负荷低谷时段,电站利用廉价的谷电,将下水库里的水抽到上水库中储存起来,也就是将电能转化为重力势能。而等到电网负荷的高峰时段,电站再放出上水库的蓄水发电,这样就能以高价卖电。
抽水蓄能电站的缺点也显而易见,受地形影响较大,在地形复杂的情况下,建设成本会大幅上升,工期大约持续5-8年,而且电站建成后,由于长距离的管道输送和多个水轮机配合,机械能量损失较高,能量储存效率约70%。
目前国内做抽水蓄能电站的主要是各大地方电网公司,电站建设过程中所需的设计、施工或者总包方,几乎由一家央企垄断——中国电建。
中国电建公司囊括了中国几乎所有的头部水电系设计院,其中最为著名的是位于杭州的华东勘测设计研究院,其一年的营收就在百亿往上,超过了大部分上市公司。
其抽水蓄能市场占有率在国内达到了80%,全球达到了50%,可以说是当之无愧的 中国水电建设 第一股。
抽水蓄能电站的主设备为水轮机,在这方面,传统的汽轮机厂都有较为实力沉淀,比如东方电气和哈尔滨电气,但水轮机作为成熟的发电设备,技术已经较为成熟,在价格上少有溢价。
2.3 电源侧储能
2.3.1 其他储能形式
抽水蓄能电站属于机械储能的一种,其他较为成熟的机械储能方式还有:飞轮储能、压缩空气储能等等。
而根据储能介质不同,储能还可以分为电化学储能、化学储能、热储能及电磁储能等,但截至目前,机械储能依旧是其中最成熟,成本最低的储能方式。
电化学储能 的应用目前最为广泛也最有前景,新能源车产业链的核心部件,动力电池就是电化学储能应用的一种,按照介质不同,可分为锂离子电池、铅酸电池、钠离子电池等。
化学储能 概念简单,但操作过程异常复杂。顾名思义就是将电能转换为化学能储存起来,最常见的就是电解水制氢。
热储能 ,典型的应用就是光热电站,将阳光聚集后,把作为介质的熔盐融化,吸收大量热量,熔盐再继续加热水,形成水蒸气,推动汽轮机发电。太阳下山后,电站可以继续利用融化的熔盐所储存的热量来发电, 光热电站是为数不多的可以稳定供能的新能源电站。
某50MW光热电站效果图
电磁储能 ,主要有超导储能、电容储能、超级电容器储能等,其储能效率高,但距离实际应用还相当遥远。
目前电源侧的储能主要以电化学储能和化学储能为主,分别对应了并网型电站和分布式电站两种电站形式。
2.3.2 电化学储能
目前各地新上的集中式(并网型)新能源电站都要求适配储能,这部分储能主要是为在新能源电站波动较大时储能使用,由于集中式电站的上网电价均是固定的,其不存在利用峰谷电价差价盈利的情况,主要是增加电站上网电量,提高电站营收。
同时,在电网侧,也有大量的储能电站上马,其作用和抽水蓄能相同,调峰调频,其盈利模式就是对电能的低买高卖。
图片摘自某券商研报
这部分储能主要以电化学储能为主,而电化学储能中较为有前景的是:锂离子电池和钠离子电池。
以锂离子电池为代表,简单讲一下电化学储能的优劣:
1、成本下降迅速
在政策利好的推动下,这几年锂电的度电成本下降飞快,目前已经有成熟的锂电储能电站应用,在特定电价条件下,储能电站的内部收益率(IRR)可以达到8%,已经够着了大部分国企央企投项目的最低标准。
2、 几乎不受场地条件约束
化学储能需要较大的场地和较高的安全生产标准,而锂电储能因为能量密度相对较低,体积也较小,对场地要求较低,适合在工业园区、充电站、高端仪器设备等场所应用。
3、成本下降恐怕进入瓶颈
锂矿资源有限,可以预见,按照目前的速度发展,不远的将来,锂电将会由于上游材料价格的上涨,而进入瓶颈,锂电的度电成本不可能保持目前的趋势下降。
4、能量密度提升陷入瓶颈
虽然锂电的能量密度在过去的几年已经得到了大幅度提升,但相较于人类对能源的利用量来说,依旧太小,而锂电能量密度提升的速度并不像半导体那样成指数式增长,而是缓慢得正比例提高,锂电能量密度的提升可能跟不上人类对储能容量的需求。
钠离子电池相较于锂离子电池的优势在于成本低,且钠的储量远大于锂(已探明储量约是锂的420倍),未来有大规模应用的可能,但钠离子电池目前的可重复充放电使用的次数仍然偏低,能量密度较小,还不具备经济性。
而锂电池的优势在于,随着新能源车的普及未来电动车所装备的动力电池退役后,可以继续用作储能电池使用。
在电化学储能领域,宁德时代是当之无愧的绝对龙头,其不但在近期发布了钠离子电池,且中报显示宁德时代的储能业务相比2020年,增长超过了7倍。
从宁德时代的身上,我们足以预见,未来的电化学储能市场将极为广阔。
2.3.3 化学储能
化学储能主要以制氢储能为主,对于氢储能,比较直接的盈利模式是由化工企业投资新建分布式光伏电站,利用光伏制氢,而氢气正好是大部分化工企业的制造原材料,比如氢制乙烯。
在光照条件不错又富含水资源的区域,化工企业很容易降低制造成本,从而盈利。
此外,还有海上风电制氢应用于沿海化工厂生产的,电解水制氢制甲醇作为燃料电池燃料的,盈利能力完全取决于自然条件(风/光资源以及运输管道长度)。
关于氢能产业链的分析由于篇幅不再展开,感兴趣的可以看往期文章,在未来新能源+氢储能的分布式电站建设,一定是一个重要的发展方向:
未来尚远——氢能源产业链简析
2.4 用户侧储能
用户侧储能目前以电化学储能为主,随着应用端电动车的普及,用户侧储能的需求缺口会越来越大。
做个简单的计算题:现在很多人都用上了电动车,一台电动车如果使用快充,大概1小时就能达到其电量的75%,而充电桩的功率大约为100-200kw,也就是1小时100度到200度电,在电动车尚没有全面普及前,这点小功率对于电网洒洒水而已。
但要是当一个几十万(百万)人口的十八线小县城全面普及电动车后,几千(万)辆车同时充电的场面,瞬时功率会达到一个恐怖的数值,大部分县一级的电网都承受不住如此高功率的冲击。
因此一些分布式的充电桩运营公司就应运而生,比如宁德时代投资的主打储充检一体化运营的快卜 科技 。
将光伏、电化学储能、充电桩结合在一起,不但可以大幅度降低充电站的运营成本(不需要向电网买电),还可以缩短充电站的建设审批时间(不需要获得电网配电许可),不过新增的光伏组件和电化学储能设备也会大幅度增加充电站的建设成本。
其他用户侧的应用,比如大型设备UPS,工业园区储能电站等,还有很多,就不一一举例了。
储能形式多样,这里主要分析最具前景的电化学储能产业链。
3.1 电化学储能系统原理
其中PCS:储能变流器,连接电池系统与电网,实现直流和交流电的双向转换。
BMS:电池管理系统,用于电池的充放电管理。
BS:电池组,核心部件,主要成本就在电池上。
EMS:能量管理系统。
电化学储能系统的成本如上图所示,其中EPC指的电化学储能电站建造的总承包费用占成本的比重,可以看到整个系统中电池成本占据了一半以上,其次是PCS储能变流器,而这两项也是储能系统中技术含量最高,壁垒最厚的版块。
3.2 各板块龙头
储能电池代表企业:宁德时代 、 派能 科技 、 比亚迪 、 亿纬锂能 。
宁德时代:无可争议的绝对龙头,中报显示储能业务同比增长7倍以上,在电池领域拥有绝对的话语权。
亿纬锂能:在5G和风光电站储能方面发展迅速,但依旧属于二线电池厂中的第一位。
比亚迪:全产业链覆盖,技术沉淀深厚,海外市场亮眼,但主业是整车,储能业务弹性可能一般。
派能 科技 :储能业务纯正,专注用户侧储能,目前业绩释放一般。
PCS(储能逆变器):阳光电源、固德威、锦浪 科技
阳光电源:储能逆变器和储能系统双龙头,在全球逆变器市场都处于龙头地位。
固德威:和派能 科技 类似,专注于用户侧储能逆变器市场。
锦浪 科技 :逆变器领域的新秀,发展没几年就从阳光电源手下抢来不少国内市场,后市可期。
系统集成:盛弘股份。
EPC:永福股份,垃圾,就是个破设计院,要不是宁德时代入股,就是个渣渣。
今天文章写得有点长,产业链部分简单了些,储能截止目前是在政策扶持下,刚刚能够实现国企投资需求的水平(大概就比定期强一点的收益率),离全面爆发尚远。
如果要投资储能领域,最先爆发的必然是价值量最高的电池和逆变器,至于其他,尽量别碰。
碳达峰与碳中和相辅相成,净零排放就是碳总量相互抵消。
碳达峰是指某个地区或行业,年度温室气体排放量达到历史最高值,是温室气体排放量由增转降的历史拐点,标志着经济发展由高耗能、高排放向清洁、低能耗模式的转变。
碳中和是指某个地区在一定时间内(一般指一年),人类活动直接和间接排放的碳总量,与通过植树造林、工业固碳等吸收的碳总量相互抵消,实现碳净零排放。
净零排放是指通过以“碳清除”的方式从大气层去除温室气体,平衡和抵消人为造成的温室气体排放,来达到净值为零的碳排放量。
实现
1、加快能源结构转型,建立清洁低碳能源体系。
大力加强非化石能源发展,2025年全国非化石能源在一次能源消费中的比例应不低于20%。东部地区“十四五”期间新增电力主要由区域内非化石能源发电和区域外输电满足。加快特高压输电发展,显著提高中西部地区可再生能源消纳能力。
2、发挥市场和政府作用,构建现代气候治理体系。
要充分发挥市场配置资源的决定性作用,通过价格、财税、交易等手段,引导低碳生产生活行为。以气候投融资和全国碳市场建设为主要抓手,助推碳达峰方案实施。
实现碳中和的措施有:
1、大力调整能源结构
推进能源体系清洁低碳发展,稳步推进水电发展,安全发展核电,加快光伏和风电发展,加快构建适应高比例可再生能源发展的新型电力系统,完善清洁能源消纳长效机制,推动低碳能源替代高碳能源、可再生能源替代化石能源。
2、加快推动产业结构转型
大力淘汰落后产能、化解过剩产能、优化存量产能,严格控制高耗能行业新增产能,推动钢铁、石化、化工等传统高耗能行业转型升级。积极发展战略性新兴产业,加快推动现代服务业、高新技术产业和先进制造业发展。
3、着力提升能源利用效率
完善能源消费双控制度,严格控制能耗强度,合理控制能源消费总量,建立健全用能预算等管理制度,推动能源资源高效配置、高效利用。继续深入推进工业、建筑、交通、公共机构等重点领域节能,着力提升新基建能效水平。
4、加速低碳技术研发推广
坚持以市场为导向,更大力度推进节能低碳技术研发推广应用,加快推进规模化储能、氢能、碳捕集利用与封存等技术发展,推动数字化信息化技术在节能、清洁能源领域的创新融合。
5、健全低碳发展体制机制
加快完善有利于绿色低碳发展的价格、财税、金融等经济政策,推动合同能源管理、污染第三方治理、环境托管等服务模式创新发展。
6、努力增加生态碳汇
加强森林资源培育,开展国土绿化行动,不断增加森林面积和蓄积量,加强生态保护修复,增强草原、绿地、湖泊、湿地等自然生态系统固碳能力。
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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