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氫能,一直被視為全球能源向可持續(xù)發(fā)展轉(zhuǎn)型的主要路徑之一,而氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,也一直需要引領(lǐng)者的示范引領(lǐng)與精耕細(xì)作。氫能是一種清潔、高效、安全、可持續(xù)的二次能源,可通過(guò)多種途徑獲取。且符合我國(guó)碳減排大戰(zhàn)略,同時(shí)有利于解決我國(guó)能源安全問(wèn)題。同時(shí)氫能的應(yīng)用可以廣泛滲透到傳統(tǒng)能源的各個(gè)方面,包括交通運(yùn)輸、工業(yè)燃料、發(fā)電等,主要技術(shù)是直接燃燒和燃料電池技術(shù)。現(xiàn)在超過(guò)三分之一的中央企業(yè)已經(jīng)在布局包括制氫、儲(chǔ)氫、加氫、用氫等全產(chǎn)業(yè)鏈的布局。
根據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè),在2060年碳中和目標(biāo)下,到2030年,我國(guó)氫氣的年需求量將達(dá)到3715萬(wàn)噸,在終端能源消費(fèi)中占比約為5%。到2060年,我國(guó)氫氣的年需求量將增至1.3億噸左右,在終端能源消費(fèi)中的占比約為20%。其中,工業(yè)領(lǐng)域用氫占比仍然最大,占總需求量的60%。到2050年,氫能在交通運(yùn)輸、儲(chǔ)能、工業(yè)、建筑等領(lǐng)域廣泛使用,氫能產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值擴(kuò)大,產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將超過(guò)10萬(wàn)億元,全國(guó)將進(jìn)入氫能社會(huì)。
氫能產(chǎn)業(yè)鏈主要由上游制氫—中游儲(chǔ)運(yùn)—下游應(yīng)用組成。
▲氫能產(chǎn)業(yè)鏈
氫能源按生產(chǎn)來(lái)源劃分,可以分為“灰氫”、“藍(lán)氫”和“綠氫”三類(lèi)。
目前,我國(guó)氫氣主要來(lái)自灰氫。未來(lái)與大規(guī)模光伏發(fā)電或風(fēng)力發(fā)電配套的電解水制綠氫將成為發(fā)展趨勢(shì)。
制氫成本與原料價(jià)格關(guān)系最大。雖然綠氫是未來(lái)的主流,但目前電解水制氫成本最高,制氫1公斤耗電約35~55度左右,所以水解制氫成本取決于電價(jià)高低。
▲三種制氫方式優(yōu)缺點(diǎn)及成本
我國(guó)風(fēng)光已經(jīng)進(jìn)入平價(jià)上網(wǎng)階段,在清潔能源基地配備制氫產(chǎn)業(yè),不僅有效減少棄風(fēng)棄光率,還可以降低新能源制氫的電價(jià)成本,一舉多得。
氫能運(yùn)輸方面,目前主要運(yùn)輸手段有三種,即高壓氣氫、低溫液氫、管道輸氫,其中高壓氣氫運(yùn)輸是現(xiàn)下主流的運(yùn)輸方式。
氫能運(yùn)輸成本與儲(chǔ)運(yùn)距離和儲(chǔ)運(yùn)量有密切關(guān)系。短距離低用量(城市內(nèi))適合高壓氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn),但是需要高壓容器的投資建設(shè);中距離低用量(城際間)適合液氫儲(chǔ)運(yùn),但是仍需要技術(shù)進(jìn)步推動(dòng)降本;長(zhǎng)距離高用量(洲際間)適合管網(wǎng)運(yùn)輸,但是需要高額的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資。
加氫站作為氫能產(chǎn)業(yè)上游制、中游儲(chǔ)與下游應(yīng)用市場(chǎng)的樞紐,加氫站的數(shù)量和布局直接影響著氫能的儲(chǔ)運(yùn)成本。
▲中國(guó)加氫站分布圖(截止2021年1月)
佛山市全國(guó)加氫站最多的城市,在加氫站的建設(shè)上也走在前列。為解決氫能短缺和運(yùn)輸問(wèn)題,佛山探索建設(shè)了全國(guó)首個(gè)綜合能源制氫加氫加氣一體化站。
佛燃能源南莊制氫加氫加氣一體化站于2020年12月28日開(kāi)工,是集天然氣制氫、光伏發(fā)電耦合電解水制氫、加氫、加氣等功能于一體的綜合能源供應(yīng)站,屬于站內(nèi)制氫-加氫母站,日制氫加氫能力達(dá)到1000公斤,可滿(mǎn)足100輛氫能公交的使用需求。
由于一體化站無(wú)需長(zhǎng)管拖車(chē)運(yùn)輸、無(wú)裝卸車(chē)環(huán)節(jié),因而無(wú)運(yùn)輸成本、無(wú)運(yùn)輸裝卸安全風(fēng)險(xiǎn),對(duì)于降低終端用氫成本和減少城市道路運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)有積極作用。這一模式也為全國(guó)加氫站建設(shè)提供了參考價(jià)值。
氫能的下游應(yīng)用市場(chǎng)主要有工業(yè)、交通、儲(chǔ)能三大場(chǎng)景。其中交通將是氫能消費(fèi)的重要突破口。氫燃料汽車(chē)發(fā)展方面,目前是以政策引導(dǎo)的區(qū)域市場(chǎng)模式,由“短期示范——公交、物流領(lǐng)域示范運(yùn)行——城市群示范”,逐步邁入商業(yè)化推廣階段。
預(yù)計(jì),2050年氫能在中國(guó)終端能源體系中占比至少達(dá)到 10%,氫氣需求量接近6000萬(wàn)噸,其中交通運(yùn)輸領(lǐng)域用氫2458萬(wàn)噸,約占該領(lǐng)域用能比例19%,燃料電池車(chē)產(chǎn)量達(dá)到520萬(wàn)輛/年。
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目前燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)貴,導(dǎo)致一輛車(chē)售價(jià)是燃油車(chē)的三倍左右,鋰電池車(chē)的1.5-2.0倍
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加氫站的建設(shè)費(fèi)用高達(dá)1200-1500萬(wàn)元。
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在加氫站的加氫費(fèi)用每公斤高達(dá)60-80元,只有降到40元以下才具備與燃油車(chē)競(jìng)爭(zhēng)的基礎(chǔ)。
因此,要實(shí)現(xiàn)無(wú)補(bǔ)貼的燃料電池車(chē)商業(yè)化,必須大幅度降低燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的成本和氫氣的成本,同時(shí)降低加氫站的建設(shè)費(fèi)用。
由于氫能生產(chǎn)主要分布在西北和華北地區(qū),而氫能的下游應(yīng)用市場(chǎng)主要在華東、南方等發(fā)達(dá)城市,這導(dǎo)致了產(chǎn)銷(xiāo)矛盾突出,消費(fèi)端用氫成本上漲,氫儲(chǔ)運(yùn)問(wèn)題成為現(xiàn)階段制約產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的重要因素。
隨著佛山制氫加氫一體化站、中石化光氫油綜合能源站等探索,氫能產(chǎn)業(yè)向綜合能源站發(fā)展,就近消納的發(fā)展模式,或許可以破解當(dāng)前困境,實(shí)現(xiàn)降本提效。