儲(chǔ)能為氫能發(fā)展帶來(lái)了新的想象空間。
臨近冬奧會(huì)，氫能源概念股又火了。
因?yàn)檫@一屆冬奧會(huì)，大量采用了氫氣能源，從火炬的燃料，到冬奧會(huì)的氫燃料汽車都有其身影。另外，我們看到，不管是中央層面，還是地方政府，也密集出臺(tái)相關(guān)政策推動(dòng)氫能源的發(fā)展。氫能源能否像鋰電帶動(dòng)萬(wàn)億市場(chǎng)呢？
01
能源轉(zhuǎn)型的重要拼圖
2020年，全球二氧化碳排放總量達(dá) 319.8 億噸，較上世紀(jì)末增長(zhǎng)38.4%。全球氣候變化是全人類面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，關(guān)系世界各國(guó)的可持續(xù)發(fā)展。
1992年，聯(lián)合國(guó)大會(huì)通過(guò)了《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》，這是世界上第一個(gè)關(guān)于控制溫室氣體排放、遏制全球變暖的國(guó)際公約，公約明確了世界各國(guó)“共同但有區(qū)別的責(zé)任”、公平、各自能力原則和可持續(xù)發(fā)展等原則。此后京都議定書(shū)、巴厘路線圖、哥本哈根協(xié)議、巴黎協(xié)定等會(huì)議信息明確了未來(lái)全球應(yīng)對(duì)氣候變化的具體安排，長(zhǎng)期目標(biāo)是將全球平均氣溫較工業(yè)化時(shí)期上升幅度控制在 2℃以內(nèi)，并努力將溫度上升幅度限制在 1.5℃以內(nèi)，該目標(biāo)在2021年格拉斯哥大會(huì)得到強(qiáng)化。
對(duì)比美國(guó)和歐盟通過(guò)50-70年左右時(shí)間實(shí)現(xiàn)從碳達(dá)峰到碳中和的轉(zhuǎn)變，我國(guó)劃定的目標(biāo)時(shí)間僅為30年，需依靠更強(qiáng)有力的政策和更高的執(zhí)行力度。
2020年，我國(guó)能源消費(fèi)總量49.8億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中原煤、原油、
天然氣占比分別為56.8%、18.9%、8.4%，水電、核電、風(fēng)電等清潔能源占比僅有15.9%。加快能源轉(zhuǎn)型速度已經(jīng)迫在眉睫，作為新能源的重要組成部分，氫能不可或缺。
三大優(yōu)勢(shì)決定了發(fā)展氫能是大勢(shì)所趨。
第一，氫氣熱值是常見(jiàn)燃料中最高的，可達(dá)142KJ/g，這一水平大約是石油的3倍、煤炭的4.5倍。這意味著，消耗相同質(zhì)量的能源，氫氣所提供的能量最大，順應(yīng)汽車輕量化的大趨勢(shì)。
第二，氫氣燃燒的產(chǎn)物是水，完全無(wú)污染，能夠真正實(shí)現(xiàn)理論意義上的零碳排放。我國(guó)在大力發(fā)展風(fēng)電、光伏等清潔可再生一次能源，結(jié)合水電解制氫技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)全生命周期的清潔低碳，使氫能成為連接不同能源形式的橋梁。
最后，儲(chǔ)量豐富，氫元素是宇宙中含量最多的元素，水資源中蘊(yùn)藏著大量可供開(kāi)發(fā)的氫能。
2002年發(fā)布的“863”計(jì)劃電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)中，我國(guó)便確立了以混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車、燃料電池汽車為“三縱”、以多能源動(dòng)力總成控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和動(dòng)力電池為“三橫”的電動(dòng)汽車“三縱三橫”研發(fā)布局。
2020年10月27日，由工信部指導(dǎo)、中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)編制的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》發(fā)布，提出到2025年氫燃料電池汽車保有量達(dá)10萬(wàn)輛左右，到2030-2035年，保有量達(dá)100萬(wàn)輛左右。
2020年燃料電池汽車保有量為1萬(wàn)輛，銷量為1177輛，可見(jiàn)未來(lái)五年氫燃料電池有很大的增長(zhǎng)空間。
儲(chǔ)能為氫能發(fā)展帶來(lái)了新的想象空間。
目前儲(chǔ)能可分為電儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能和氫儲(chǔ)能，而氫儲(chǔ)能是非常有前途的。氫氣是一種極佳的能量存儲(chǔ)介質(zhì)，既能以氣、液態(tài)的形式存儲(chǔ)在高壓罐中，也能以固相的形式儲(chǔ)存在儲(chǔ)氫材料中。除此之外，氫儲(chǔ)能的能量密度高，是少有的能夠儲(chǔ)存百GWh以上的能量?jī)?chǔ)備技術(shù)，而且可同時(shí)適用于極短或極長(zhǎng)時(shí)間供電。
02
透析產(chǎn)業(yè)鏈
氫能產(chǎn)業(yè)鏈復(fù)雜綿長(zhǎng)，主要包括“制氫→儲(chǔ)氫→運(yùn)氫→加氫→用氫”幾個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)存在諸多技術(shù)工藝，而中國(guó)目前的技術(shù)水平整體落后。
目前主要的制氫技術(shù)包括工業(yè)尾氣副產(chǎn)氫、電解水制氫、化工原料制氫、化石燃料制氫等，用化石燃料制氫效率高，但碳排放高，可再生能源電解水制氫無(wú)污染，但效率低。
理論上綠氫才是未來(lái)真正的清潔能源，但現(xiàn)在我國(guó)氫氣來(lái)源目前仍以煤制氫為主，占比高達(dá)63.5%，工業(yè)副產(chǎn)制氫為21.2%，天然氣制氫為13.8%，水電解制氫占比僅為1.5%。
水電解制氫技術(shù)工藝路線包括堿性電解制氫（AWE）、質(zhì)子交換膜電解制氫（PEM）、固體氧化物電解制氫（SOE），其中在我國(guó)AWE已實(shí)現(xiàn)充分產(chǎn)業(yè)化，PEM初步商業(yè)化，而SOE尚處于初期示范階段。
PEM電解槽是電解設(shè)備的核心，其在制氫系統(tǒng)總成本中的占比近50%。但截止到目前，PEM電解槽的核心技術(shù)和規(guī)模化生產(chǎn)廠家均在海外龍頭公司手中，包括Nel（德國(guó)）、ITM Power（英國(guó)）和康明斯（美國(guó)）、西門(mén)子（德國(guó)）等廠商。
氫氣制取后可通過(guò)儲(chǔ)存和運(yùn)輸至加氫站或應(yīng)用終端，實(shí)現(xiàn)高效利用。氫氣的儲(chǔ)運(yùn)為氫能產(chǎn)業(yè)鏈利用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，目前氫氣的主要儲(chǔ)運(yùn)方式包括氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)（長(zhǎng)管拖車、管道）、低溫液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)、有機(jī)液體儲(chǔ)運(yùn)、固態(tài)儲(chǔ)運(yùn)等，目前技術(shù)最為成熟、應(yīng)用最為廣泛的高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫主要載體為高壓儲(chǔ)氫瓶。
國(guó)外已經(jīng)開(kāi)始使用質(zhì)量更輕、儲(chǔ)氫密度更高的IV型瓶，而中國(guó)的IV型瓶尚處于研發(fā)過(guò)程中，目前以35MPa和 70MPa 的Ⅲ型瓶為主；IV 型瓶相較III型具有質(zhì)量更輕、成本更低的優(yōu)勢(shì)，未來(lái)有望成為車載儲(chǔ)氫瓶的主流。此外，儲(chǔ)氫瓶外部包有一層高端碳纖維，而該材料主要依賴從日韓進(jìn)口。
加氫站是燃料電池車氫能源供應(yīng)的保障，但該環(huán)節(jié)成本較高。
在國(guó)內(nèi)建設(shè)一個(gè)日均加氫量500kg的35MPa固定式加氫站的建設(shè)成本約1200萬(wàn)元，大型加氫站的建設(shè)成本甚至能達(dá)到4000萬(wàn)元。
2020年底，全球合計(jì)建成540座加氫站（公共加氫站+私人加氫站），其中日本、德國(guó)、中國(guó)大陸、美國(guó)、韓國(guó)加氫站數(shù)量位居全球前五，分別為137座、90 座、85 座、63 座、52座。
國(guó)內(nèi)加氫站主要由中石油、中石化等企業(yè)來(lái)負(fù)責(zé)。加氫站的核心三大件為壓縮機(jī)、儲(chǔ)氫罐、加注機(jī)，雖然國(guó)內(nèi)已具備加注機(jī)整機(jī)研發(fā)集成能力，但加氫槍、拉斷閥、流量計(jì)和高壓閥門(mén)管件等管件零部件依賴進(jìn)口，壓縮機(jī)方面的國(guó)產(chǎn)隔膜式壓縮機(jī)可靠性尚待驗(yàn)證。
2020年，加氫站的氫氣售價(jià)約為10美元/kgH2（約67元/kgH2），對(duì)應(yīng)氫動(dòng)力汽車的百公里成本約65元，相比之下，電動(dòng)車的百公里成本約10元，汽油車的百公里成本為33元。
綜合來(lái)看，各個(gè)環(huán)節(jié)高居不下的成本是阻礙氫能大面積普及的根本原因，未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間，氫能產(chǎn)業(yè)鏈的主要發(fā)展目標(biāo)就是降成本，投資布局的方向也要圍繞這一基調(diào)展開(kāi)，重點(diǎn)是設(shè)備國(guó)產(chǎn)替代所帶來(lái)的成本下降環(huán)節(jié)。
END
2022-02-15
