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            中國綠氫產業發展現狀與趨勢

            發布時間:2021-08-03 11:20:12 點擊:78 來源:紅日電氣

            隨著世界各國對排放要求的提高及全球能源危機,探尋可再生及環保的清潔能源迫在眉睫。在眾多能源中,由于氫能具有清潔、高效、可再生、應用廣泛等特點,氫能正被提升到能源戰略高度和技術改革的方向。其中,來自可再生能源的綠氫更是從源頭上杜絕了碳排放,是真正意義上的清潔能源,受到我國政府及企業的熱捧,綠氫產業布局空前加快。

            一、綠氫產業發展環境

            我國氫能資源十分豐富,發電成本越來越低。中國的風電和光伏資源豐富,還有非??捎^的地熱、生物質、海洋能、太陽能熱利用以及固體廢棄物的資源化利用,隨著近年來技術的進步,可再生能源的發電成本越來越具有競爭力,為發展“綠氫”提供了有利條件。我國可再生能源制氫具有較大的潛力,可以用于以電解水方式制取“綠氫”。同時,可發揮氫氣的儲能作用,以解決間歇式能源消納問題。

            我國氫能產業發展的政策與制度環境正在形成。截至2019年11月,全國4個直轄市、10個省份、30個地級和縣級市發布了氫能產業規劃;國內氫能產業鏈上出現了49個投資或并購案例,涉及總金額超1000億元。

            我國氫能技術研發已取得重要進展。近年來,我國與氫能相關的高性能產品研發及批量生產、催化劑等核心技術研發取得了重要進展,氫能制儲運技術已具備了較好的發展基礎,已開發出具有自主知識產權的氫燃料電池關鍵部件。地方和企業在發展氫能產業上積累了一定的經驗。

            二、綠氫發展面臨的困境

            (1)藍氫仍要用

            雖然說綠氫是方向,但現階段,由于體制、機制、技術、商業等誰諸多因素的影響,綠氫不可能迅速大規模地導入市場。目前,綠制供應量僅占市場消費總量的1%左右,國內將在相當長的一段時期內應用藍氫。工信部原部長李毅中表示,“灰氫不可取,藍氫方可用,廢氫可回收,綠氫是方向”,就是考慮目前的現實情況。

            (2)制取成本高

            綠氫制取成本目前仍然較高,它制約了綠氫大規模的商業應用。根據國家發改委專家的觀點,只有當綠氫成本降低到20元//kg以下時,綠氫相對傳統能源,才能在重型交通、高品質供熱(>400oC)領域有商業的競爭優勢;而要作為氫基原料,如煉鐵、合成甲醇、合成氨,綠氫成本必須下降到10元//kg以下。因此,目前,綠氫大規模商業應用仍然受制于較高的成本。

            圖表 1 綠氫成本與電解槽成本、電價及電解槽效率的關系

            (3)非離網制氫

            據高工氫電研究所提供的數據,目前國內堿性電解水制氫難以直接與可再生能源耦合。堿性制氫系統設備負荷率30-100%,對于可再生能源的電力波動性“束手無策”;國內PEM制氫規模小、成本高,大規模應用為時尚早;據GGII調研,國內MW級以上的風光耦合制氫示范性項目沒有離網制氫,皆為并網制氫。

            (4)利用率不足

            氫氣仍被視為危險化學品進行強制管理,建設審批困難;加氫站運營困難,主要系現階段氫氣成本和價格居高不下,同時缺少足夠的車端用氫;目前國內90%以上的加氫站利用率不足。

            圖表 2 國內加氫站運營情況

            三、綠氫產業發展趨勢資料來源:高工氫電研究所,氫啟未來網分析

            百年來,能源科技進步的總體趨勢是脫碳加氫和清潔高效??v觀能源的發展歷史,從最初使用固態的木柴、煤炭,到液態的石油,再到氣態的天然氣,可以看出其H/C比提高的趨勢和固-液-氣形式的漸變過程。當前,技術革新、政策支持和市場普及齊發力,“氫能時代”大幕正在徐徐拉開??偟膩砜?,綠氫產業呈現技術逐漸成熟、成本不斷下降、市場持續發展的趨勢。

            趨勢一:技術逐漸成熟

            目前,國內外堿性電解水技術均較為成熟,而堿性固體陰離子交換膜(AEM)電解水技術國內外都處在研發完善階段,SOEC技術國內外都處于實驗室研發階段。國內PEM電解水制氫技術尚處于從研發走向商業化的前夕。中國科學院大連化物所從20世紀90年代開始研發PEM電解水制氫,在2008年開發出產氫氣量為8Nm3/h的電解池堆及系統,輸出壓力為4MPa、純度為99.99%。從單機能耗上看,國內的PEM制氫裝置較優;雖然在規模上與國外產品還有距離,但國內主要研發單位如中科院大連化學物理研究所、中船重工集團718研究所、中國航天科技集團公司507所、淳華氫能等,已經在重點攻關,并即將走向商業化。高壓氣態儲氫和液氫儲氫技術國內已規模應用。高壓氣態儲氫是現階段經濟、實用的儲氫方案,70MPa高壓氣態儲氫VI型瓶已商業化應用。

            圖表 3 中國已掌握的綠氫制取技術

            趨勢二:成本不斷下降資料來源:高工氫電研究所,氫啟未來網分析

            研究機構普華永道在最近的一份氫能源行業前景分析報告中指出,電力成本占“綠氫”可變成本的60%-70%。因此,當可再生能源的成本降至20美元/兆瓦或以下時,“綠氫”將具有成本競爭力。近年來,國內由風能和太陽能發電制成的綠氫發展速度比預期更快。氫燃料電池系統規模效應和國產化趨勢明顯,系統成本將大幅下降;據預測,2030年后氫燃料在商用車與專用車的TCO成本有望超過純電動汽車。加上“以獎代補”新政正引導產業進入良性發展。2020年新能源汽車財政補貼完全退坡后,氫能及燃料電池將成為唯一獲得補貼的動力電池技術路線。中國氫燃料電池汽車的補貼力度大于純電動車,可彌補造車成本的差距。

            圖表 4 氫燃料客車TCO成本經濟性趨勢

            單位:元/km

            趨勢三:市場持續發展

            氫燃料電池車是拉動下游應用市場增長的主要力量。中國燃料電池汽車進入導入期,電池關鍵零部件處于示范應用階段,氫燃料電池汽車拉開氫能商業化利用序幕。根據《中國燃料電池發展白皮書》,到2030年,我國燃料電池汽車保有量達到200萬輛水平,到2050年,保有量水平達到1000萬輛水平。從銷量結構上看,我國氫燃料電池車以客車和貨車為主。預計在2030年前,客車、貨車在氫燃料電池系統汽車總保有量的占比在80%及以上。2030年后,隨著燃料電池系統技術成熟以及成本下降,重卡和乘用車的規模會快速擴大。據統計,2017年我國可再生能源制氫示范項目數7個,2020年為25個,預計到2023年將達到60個。

            圖表 5 2017-2023年中國可再生能源制氫示范項目數發展

            單位:個

            資料來源:高工氫電研究所,氫啟未來網分析

            注:文章內容摘自氫啟未來網的《2021中國綠氫產業發展報告》。

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