可再生能源制氢占比仅为1%,氢来源亟待“绿化”
来源:经济日报
7月29日,由中国电力企业联合会指导、协鑫(集团)控股有限公司(下称协鑫集团)主办的氢能产业发展论坛暨协鑫氢能战略发布会在京举行。中国能源研究会副理事长吴吟表示,能源行业排放占到全球温室气体排放总量的2/3,实现双碳目标的关键在能源。能源低碳发展有两大路径:化石能源低碳利用和大力发展可再生能源。当前,G20集团中已经有9个国家和地区发布了氢能发展战略,还有7个国家和地区正在开展前期研究。氢能产业呈现出良好发展态势, 科技 进步日新月异、应用场景层出不穷,未来氢能将在钢铁、能源、交通和建筑等领域广泛应用。
根据中国氢能联盟预测,到2030年,我国氢气的年需求量将达到3715万吨左右,在终端能源消费中占比约5%;到2060年,我国氢气的年需求将增至1.3亿吨左右,在终端能源消费中占比约20%。
中国电力企业联合会专职副理事长安洪光表示,通过新能源与氢能的耦合,可助力高比例清洁能源电力系统的稳定运行,解决长时间清洁能源处理和负荷需求的平衡问题,帮助难以减排领域深度脱碳。在他看来,“十四五”时期,将是我国碳达峰“窗口期”、氢能产业发展的发力期,也是氢能市场的培育期和氢能技术的追赶期。
随着减碳行动的开展和各项政策的加持,氢能发展势不可挡。据不完全统计,迄今已有河南、山西、湖北、安徽等超过30个省市对氢能产业发展作出了明确部署,有的还制定了详细的时间表、路线图和任务书。可再生能源制氢、燃料电池 汽车 示范城市群、加氢站建设等项目成行业投资热点。
氢从何处来?在碳达峰、碳中和目标下,回答好这一问题尤为重要。
根据不同的制取方式和碳排放量,氢能被分为灰氢、蓝氢和绿氢。2020年我国氢气来源中,62%为煤制氢,19%天然气制氢,仅有1%的可再生能源制氢,氢来源亟待“绿化”。中国工程院原副院长杜祥琬强调,氢能产业要实现高质量、可持续发展,其核心准则是从源头做到可持续,将波动性、间歇性的风能、太阳能转换为氢能,有利于储能和传输,具有零排放、零污染和可持续优势。
高成本是当前可再生能源制氢大规模推广的主要难题。“降低氢能使用成本是产业发展的关键所在。”在中国石油和化学工业规划院新能源发展研究中心主任刘思明看来,我国氢能产业急需模式创新,依托海外优质天然气资源,转化为氢气具有成本竞争力,国内京津冀、长三角、珠三角氢能产业率先发展,用氢也应避免长距离陆运。他认为,未来国内氢能市场将以“工业副产氢+短距离运输”模式为主,海外将以“优质资源转化蓝氢+长距离化学品载体运输”模式为主。
会议现场,协鑫集团旗下协鑫新能源正式对外发布公司氢能战略。根据规划,协鑫新能源氢能战略由蓝氢和绿氢两部分构成。具体而言,蓝氢目标――首期建成年产230万吨合成氨,逐步扩能至每年400万吨生产规模,可供应国内70万吨蓝氢;绿氢目标――计划到2025年建设100座综合能源站,达到40万吨年产能。
协鑫集团董事长朱共山表示,从空间结构上讲,在东部、南部等负荷中心发展蓝氢,在中西部地区等新能源大基地发展绿氢,一蓝一绿,协同发展。“协鑫新能源将打造不依赖补贴,完全市场化的零碳 科技 先锋企业,做全球综合实力领先的绿氢与蓝氢综合运营服务商。”
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。
3月23日,国家发改委发布《氢能产业发展中长期规划(2021-2035 年)》。规划明确,氢能是未来国家能源体系的重要组成部分和用能终端实现绿色低碳转型的重要载体,氢能产业是战略性新兴产业和未来产业重点发展方向。
根据规划,到2025年,形成较为完善的氢能产业发展制度政策环境,产业创新能力显著提高,基本掌握核心技术和制造工艺,初步建立较为完整的供应链和产业体系。燃料电池车辆保有量约5万辆,部署建设一批加氢站。可再生能源制氢量达到10-20万吨/年,成为新增氢能消费的重要组成部分, 实现二氧化碳减排100-200万吨/年。
到2030年,形成较为完备的氢能产业技术创新体系、清洁能源制氢及供应体系,产业布局合理有序,可再生能源制氢广泛应用,有力支撑碳达峰目标实现。
到2035年,形成氢能产业体系,构建涵盖交通、储能、工业等领域的多元氢能应用生态。可再生能源制氢在终端能源消费中的比重明显提升,对能源绿色转型发展起到重要支撑作用。
规划提出,立足本地氢能供应能力、产业环境和市场空间等基础条件,结合道路运输行业发展特点,重点推进氢燃料电池中重型车辆应用,有序拓展氢燃料电池等新能源客、货汽车市场应用空间,逐步建立燃料电池电动汽车与锂电池纯电动汽车的互补发展模式。积极探索燃料电池在船舶、航空器等领域的应用,推动大型氢能航空器研发,不断提升交通领域氢能应用市场规模。
中国发展网讯 据国家发改委官网消息,中国国际工程咨询有限公司总工程师、正高级工程师杨上明发文解读《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》。杨上明表示,氢能来源丰富、应用广泛,具有绿色低碳特点,是业界公认能源转型发展的重要载体之一,对碳达峰碳中和目标实现具有积极支撑作用。此次印发的《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》(以下简称《规划》),从国家层面为氢能产业打造顶层设计,明确氢能战略定位和发展目标,提出构建创新体系、基础设施建设、多元化示范应用、完善保障体系等重点任务,为加快推动能源革命、 科技 革命和产业变革注入了新动能。
氢能产业发展顶层设计出台正当其时
氢能被国际 社会 誉为21世纪最具发展潜力的清洁能源,氢能 科技 创新和产业发展持续得到各国青睐。美国、日本等发达国家纷纷将氢能上升为国家战略,抢占产业发展先机和制高点。我国地方政府和企业也在积极推动氢能产业的发展,据行业机构统计,我国多地纷纷制定氢能产业相关规划、实施方案等政策文件,布局建设加氢站等基础设施,推动燃料电池车辆等氢能多元化应用。在氢能产业萌动之际,《规划》的出台符合业界期盼,为氢能 科技 创新和产业高质量发展指明了方向,将进一步彰显氢能作为可再生能源高效利用重要载体、抢占未来 科技 发展制高点重要抓手、推动工业低碳转型关键介质,对支撑实现碳达峰碳中和目标的重要意义。
碳达峰碳中和目标下氢能将在能源领域释放潜能
近年来,氢能在交通用能终端等领域热度不断上升,围绕燃料电池关键核心技术加速自主研发,以城市客运、物流等商用车型为先导逐步开展一定规模的示范运行。据有关报道,张家口市以服务绿色低碳冬奥为契机,积极发展以燃料电池 汽车 为代表的氢能交通系统,取得良好示范效果。同时,氢能作为跨能源网络协同优化的理想媒介,通过风-光-氢-储一体化发展,能够加快构建多能互补应用生态,提高可再生能源电力的上网质量和消纳水平,切实推动能源生产体系和消费体系绿色低碳转型。
《规划》提出了系统构建支撑氢能产业高质量发展创新体系、统筹推进氢能基础设施建设、稳步推进氢能多元化示范应用、加快完善氢能发展政策和制度保障体系等四项重点任务。在《规划》有序引导下,氢能正逐步成为储能、交通用能转型、工业化石能源替代等重点领域创新应用的有力抓手,将进一步拓展我国氢能发展的空间。
下一步要以《规划》为指引,科学推动氢能全产业链 健康 有序发展
氢能产业是面向未来的战略性新兴产业,需要充分发挥我国完整的工业体系和能源体系优势,坚持系统思维、久久为功,力争在全球 科技 革命和产业变革浪潮中占据主动、赢得先机。
一是加快构建低碳氢能供应体系。 建议从全生命周期视角评估氢能产业发展的经济与环境效益。近期因地制宜利用工业副产氢,在不额外新增碳排放的前提下,作为培育氢能产业的启动资源,就近供应交通、工业、建筑等领域应用。中远期加快发展规模化风电、光伏、水电等多种低碳能源制氢,提升制氢关键技术能力和装备制造水平,逐步完善分布式制氢管理体制机制, 探索 灵活的价格机制,将清洁低碳氢能打造成氢源的主要构成,从源头上保障氢能绿色低碳属性。
二是持续提升氢能储运设施效率。 我国西部地区可再生能源资源丰富,意味着可再生能源制氢资源也多分布于该区域,但氢能应用市场主要集中在东部沿海地区,长距离输运成本成为影响可再生能源制氢经济性的问题之一。研究制定安全经济的氢能储运管理规定,加速研发低温液氢、固态储氢、化学储氢等新型长距离储运技术和商业化应用,开展管道输氢示范,逐步提升可再生能源制氢规模化发展能力。
三是加快释放氢能多元应用潜力。 充分利用已有技术基础,发挥氢能高品质热源、高效还原剂、低碳化工原料等多重属性,推动氢能在交通、冶金、化工等领域替代化石能源使用,降低二氧化碳排放。同时,加快新型储能、分布式热电联供等核心技术自主研发,积极发挥氢能跨能源网络协同优化作用,稳步有序推进氢能示范应用,促进能源电力领域深度脱碳,实现全面绿色低碳发展。
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。
灰氢
灰氢,是通过化石燃料(例如石油、天然气、煤炭等)燃烧产生的氢气,在生产过程中会有二氧化碳等排放。目前,市面上绝大多数氢气是灰氢,约占当今全球氢气产量的95%左右。
灰氢的生产成本较低,制氢技术较为简单,而且所需设备、占用场地都较少,生产规模偏小。
蓝氢
蓝氢,是将天然气通过蒸汽甲烷重整或自热蒸汽重整制成。虽然天然气也属于化石燃料,在生产蓝氢时也会产生温室气体,但由于使用了碳捕捉、利用与储存(CCUS)等先进技术,温室气体被捕获,减轻了对地球环境的影响,实现了低排放生产。
绿氢
绿氢,是通过使用再生能源(例如太阳能、风能、核能等)制造的氢气,例如通过可再生能源发电进行电解水制氢,在生产绿氢的过程中,完全没有碳排放。
绿氢是氢能利用的理想形态,但受到目前技术及制造成本的限制,绿氢实现大规模应用还需要时间。
氢能(Hydrogen Energy)是指氢和氧进行化学反应释放出的化学能,是一种清洁的二次能源,具有能量密度大、零污染、零碳排等优点,被誉为21世纪的“终极能源”。
氢能作为一种清洁、高效、安全、可持续的新能源,有助于解决能源危机、环境污染等问题,是人类的战略能源发展方向。
氢具有高挥发性、高能量,是能源载体和燃料,同时氢在工业生产中也有广泛应用。现在工业每年用氢量为5500亿立方米,氢气与其它物质一起用来制造氨水和化肥,同时也应用到汽油精炼工艺、玻璃磨光、黄金焊接、气象气球探测及食品工业中。而液态氢可以作为火箭燃料。
氢能的主要优点有:
燃烧热值高,燃烧同等质量的氢产生的热量,约为汽油的3倍,酒精的3.9倍,焦炭的4.5倍。燃烧的产物是水,是世界上最干净的能源。资源丰富,氢气可以由水制取,而水是地球上最为丰富的资源,演绎了自然物质循环利用、持续发展的经典过程。
因为直接用可再生能源发电导致电网的调峰压力非常大,巨大。弃风弃光弃水问题很严重。储能是提高电网调节能力的最佳手段之一。目前应用最多的是抽水蓄能,其次也有储热、电化学电池、压缩空气的各种技术路线。
本质上电制氢也是储能的一种。在电网下调峰能力不足的时候(即出现弃电的时候),将弃电部分用来制氢,或者在夜间负荷低的时候,用低价电制氢,在需要的时候,不管是发电还是直接燃烧,取用储存的能量。
用氢作为能源发电,两步过程中能量难免会有损失,但是其实仔细琢磨一下,还是可行的,主要是得采用廉价易得的电能来电解之制氢,像大规模的太阳能、风能都是很好的清洁能源。
提高电解制氢的效率后,能量从太阳能转移到氢能源里。由于氢气能量密度大,移动性好,不受天气影响,所以用氢气作为汽车的驱动能源还是很不错的选择,清洁环保。这其中最主要的还是得提高制氢的效率和氢转化为电和动力的效率。
可再生能源制氢的用处
可再生能源制氢有它的优势,采用了可再生能源,以风光水等等可再生能源为载体,以氢气作为一个二次能源的载体,在能源转型中可以和电力互为补充,以实现工业、建筑、电力、交通运输等产业互联。
目前广泛使用的氢源主来自化石燃料、电解水和化工副产氢。此外,生物质制氢、核能制氢和光催化制氢正在研究,还没达到工业化应用的水平。可再生能源制氢只能选择电解水制氢,化石燃料制氢和化工副产氢都是有碳排放的。