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氢能?大规模商用?

   日期:2021-07-30     作者:张赢    浏览:976    评论:0    
 从2019年底至今,氢能的发展与应用在我国遍地开花。小到加氢站的落地、氢能汽车的投运,大到省级国家级的项目签约、企业大佬成立专门的氢能公司,似乎氢能的大规模商业化已经开启。但不可否认的是,现在的程度距离目标的达成还很远很远。

发展氢能及燃料电池汽车,是我国实现碳达峰、碳中和的重要战略措施,是改变我国交通工具能源结构的社会性系统工程。在市场中让清洁能源占据主导地位,才能让社会朝着绿色健康的方向稳健发展。

但是,不可反驳的事实是,我国氢能产业虽在技术创新及政策环境等方面迎来一定突破,但距离大规模商用还有不小距离。目前我国投入运营和正在规划建设中的加氢站已达到337座,氢燃料电池汽车累计保有量已超过8000辆,不仅是“无车不建站”和“无站不买车”的尴尬窘境困扰着氢能产业的普及和发展,人们普遍的认知和对氢能应用的认同感甚至没有超过纯电动应用。

激发下游市场需求,促进上游产业不断向前滚动发展,让氢能全产业链布局开来,让氢能应用大规模商业化,是氢能行业将要解决的不小挑战。

氢能产业链涵盖氢能端及燃料电池端。在氢能及燃料电池领域,我国已经初步形成从基础研究、应用研究到示范演示的全方位格局,布局了完整的氢能产业链。


氢燃料产业链全景梳理

国际能源转型一直沿着从高碳到低碳、从低密度到高密度的路径进行,而被誉为“21世纪的终极能源”的氢气是目前公认的最为理想的能量载体和清洁能源提供者。

中国工程院院士彭苏萍指出,我国能源体系以化石能源为主,碳排放压力巨大,同时,我国70%和40%以上的石油、天然气对外依赖度现状不能满足最基本的能源安全需求。“要实现‘碳达峰、碳中和’目标,就要把清洁能源的规模化和化石能源的清洁化结合起来。大力发展氢能和燃料电池产业,也是重要举措。”

氢能产业链分为两个部分,氢能端和燃料电池端。在氢能端,主要是制氢、储氢、运氢和加氢等核心环节。在燃料电池端,主要是氢燃料电池的应用,如氢燃料电池客车或重型卡车。

常规的制氢技术路线中以传统化石能源制氢为主,全球范围内主要是使用天然气制氢,我国由于煤炭资源比较丰富,因此主要使用煤制氢技术路线,占全国制氢技术的60%以上。制氢路线上将由化石能源制氢逐步过渡至可再生能源制氢。大规模低成本氢气是关键,路线由“灰氢”向“绿氢”发展。未来“可再生能源+水电解制氢”有望成为大规模制氢发展趋势。

在加氢上,自1999年5月全球第一座加氢站在德国慕尼黑机场建成以来,各国相继推动加氢站建设。加氢站技术也在各国的努力探索下不断优化和创新,加氢路线和加氢设施也在推陈出新。


加氢站技术路线图

虽然目前中国在加氢站建设和规划上没有出台具体的标准规划,但是地方省市已经陆续出台本地政策。为了响应国家号召,各地对加氢站建设都相应地给予补贴和扶持,在加氢站的运营上也给予更为严格的标准和更为精准的鼓励。

并且,超三分之一的央企正在布局氢能产业链(如下图):



资料来源:石油和化学工业规划院

燃料电池端包括其上游核心材料,如双极板、膜电极及密封层等环节;中游主要为燃料电池系统集成,包括电堆及供气系统等;下游主要为燃料电池的应用场景,目前重点应用方向为交通领域的燃料电池汽车。

过去,我国氢能利用主要在化工领域上,利用氢气作为工业生产中的还原剂。从目前氢能的实际应用来看,我国应用最为广泛的便是氢燃料电池汽车。在今年六月举办的FCVC 2021(第六届氢能与燃料电池汽车大会)上,多家企业在展会上展示了自己最新的燃料电池系统或燃料电池汽车,吸睛无数。

根据中国氢能联盟预计,2050年氢能在中国终端能源体系中占比至少达到10%,氢气需求量接近6000万吨,其中交通运输领域用氢2458万吨,约占该领域用能比例19%,燃料电池车产量达到520万辆/年。

目前在燃料电池系统、电堆环节,国产企业已经实现产品批量供应,随着膜电极国产化的逐步深入,燃料电池产业链已经基本实现国产化。但产业链中质子交换膜、碳纸等材料环节仍处于研发或小批量试制阶段,持续引导国产化推进,实现技术独立可控对成本下降意义重大。

根据国际氢能委员会预计,到2050年,氢能将承担全球18%的能源终端需求,创造超过2.5万亿美元的市场价值,燃料电池汽车将占据全球车辆的20%-25%,届时将成为与汽油、柴油并列的终端能源体系消费主体。

“我国氢能产业的主要特征是,政府推动快速进步,煤制氢仍是主要的氢气来源,民营企业是投资的主体,缺少核心技术和关键装备,法规制度还有待完善。”中国工程院院士曹湘洪指出,我国氢能及燃料电池汽车处于导入期,氢能产业呈快速起步态势,一些关键技术、核心装备仍落后于国际先进水平,因此必须围绕产业链布局创新链,坚持问题导向,明确研究方向,加强产业链合作,夯实支持我国氢能产业的技术基础。此外,对于不同副产氢高效低成本的纯化技术,前瞻性的电解水制氢技术,以及固体氧化物电解水制氢技术等,都需要持续的研发创新。
 

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