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氢能,距离商业化还有多远?

   2024-02-08 国际能源网/氢能汇22320
核心提示:氢能离大规模产业化尚有一定距离

打通氢能应用链,以碳中和为目标,以整体性的视角规划中国新的能源体系,在适宜布局氢能的区域、产业进行相应的投资。

氢能产业是未来产业的重点发展方向。2023年以来,在政策与市场的双重驱动下,氢能的应用领域正在不断拓展和创新,中国石化等公司主导的大型绿氢项目落地,绿氢正逐渐替代传统的灰氢,为钢铁、化工等行业的脱碳转型提供有力支持;燃料电池汽车进入放量提速期,宇通客车等公司迎来相关业务增长。当前我国氢能源迎来发展热潮,尽管相关产业发展晚于欧美日韩,但发展速度迅猛,在产业链布局方面已逐渐赶上西方国家。作为“电能替代”,氢能源应用范围可以覆盖交通出行、工业生产、能量转送、电网储能调配等领域,使氢能源行业有望成为能源转型支柱行业。

利好政策不断加持

产业发展离不开政策赋能,2024年伊始,国家发展改革委、商务部、市场监管总局就联合发布《关于支持广州南沙放宽市场准入与加强监管体制改革的意见》,提出创建广州南沙粤港融合绿色低碳示范区,推进氢能等清洁能源利用。此前,国家发展改革委、国家能源局印发的《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》指出,氢能产业是战略性新兴产业和未来产业重点发展方向。以科技自立自强为引领,我国将加强氢能产业创新体系建设,加快突破氢能核心技术和关键材料瓶颈,加速产业升级壮大,实现产业链良性循环和创新发展。践行创新驱动,促进氢能技术装备取得突破,加快培育新产品、新业态、新模式,构建绿色低碳产业体系,打造产业转型升级的新增长点,为经济高质量发展注入新动能。《“十四五”新型储能发展实施方案》首次将“氨”作为重要储氢载体列入重点攻关方向,明确提出开展“氨氢储能”示范。

氢能产业政策由国家层面“自下往上”,地方政府也纷纷发力。根据安徽省发展改革委印发的《安徽省氢能产业高质量发展三年行动计划》,到2025年,安徽省将初步实现氢能商业化推广应用,建成国内重要的氢能产业发展高地。《成都市优化能源结构促进城市绿色低碳发展政策措施实施细则(试行)》提出对绿电制氢项目市区两级联动给予电费支持,并对加氢站建设运营给予最高1500万元补助。

作为全国重要的专用车生产基地,随州市委市政府按照“下好先手棋、抢占制高点、建设创新园、培育大产业”总体思路,明确发展氢能产业要依托新能智能专汽和零部件产业集群,以新能源商用车整车龙头引领,提升氢能商用车产业能级,以申报国家燃料电池汽车推广应用示范城市群为契机,加快推进氢能商用车产业化。

随州市委统战部副部长、市工商联党组书记杨明表示,随州致力于育强链主企业、建好氢能产业园、加快加氢站建设、构建场景闭环,并规划布局了占地160亩的氢能源产业园,为氢能源产业发展提供研发生产基地。同时,随州深挖新能源制氢资源禀赋,布局绿氢制取产业链。“在上游制氢环节,目前我国氢气主要来自灰氢,未来利用风光发电等可再生能源电解水制氢(绿氢)将成为发展趋势。随州是湖北风光电资源大市,截至2023年10月,随州新能源并网装机容量322.81万千瓦,占湖北新能源装机容量的10.42%。未来将充分利用风光电资源优势,推动国家能源集团实施制氢项目,打造华中地区绿氢产业高地。”

此外,随州借力氢气储运装备生产耦合条件,布局氢能装备产业链。随州多家企业拥有压力容器生产能力,全市危化品罐式车生产企业20余家,年产危化品罐式车1万余辆,占全国60%以上,相关零部件本地配套率高,具备批量生产储氢罐的储备能力,储氢瓶研发正在突破中。随州将高起点规划建设氢能产业园,以光伏绿氢制取、氢气储运、氢燃料电池、氢能商用车等项目为重点,“串珠成链”贯通氢能装备完整闭环,构建氢能“制、储、运、加、用”全产业链。

氢车上阵

在氢能落地和商业化模式中,氢能汽车已成为较为成熟的模式之一。在2022北京冬奥会上,示范叠加燃料电池汽车示范城市群项目更是让氢能成为燃料电池行业焦点。其中,作为北京大兴区重点引进的氢能高科技企业,英博新能源直接与车辆运营平台合作,在北京投放了一批30辆燃料电池客车,用以承接部分北京日常防疫任务和奥运会、残奥会的通勤保障工作。

作为“国家队”,国家电投集团为冬奥会服务投入了200辆氢腾大巴。氢能车的核心是氢能燃料电池发动机,负责这批氢腾大巴研发工作的大国工匠、氢燃料电池自主化技术先行者、国家电投集团氢能科技发展有限公司首席技术官柴荣茂为了加快研制速度,在研制电池质子交换膜和碳纸的同时,第一时间组建发动机研制团队,跨界机械领域,开始双线推进。柴荣茂告诉《小康》杂志、中国小康网记者:“冬奥会创造了有史以来几个第一:第一次逾千辆燃料电池汽车集中运行,第一次在大型国际赛会上大规模使用氢能燃料电池汽车作为主运力,第一次国产自主化技术和国际一流品牌在同一赛道竞争,第一次新能源汽车在严寒冬天野外场地进行长达数月(包括热身赛)的服务。”

湖北新楚风汽车股份有限公司则凭借氢能转型,从濒临破产的绝境走上行业转型前沿,并于去年11月发布了全球首款正向研发的千公里续航气态氢能重卡。针对燃料电池商用车整车发展需要,新楚风新增加氢站、氢燃料发动机测试台架、焊装机器人等设施设备,具备了氢燃料电池商用车研发、生产、验证能力。

根据中汽协统计,2022年全年新能源汽车销量为688.7万辆,全年氢燃料电池汽车销量为3367辆,约占0.049%。2023年1—11月新能源汽车销量为830.4万辆,氢燃料电池汽车销量为3996辆,约占0.048%。造成这种现状的重要原因之一便是氢燃料电池的技术成熟度还不如锂电池,加之规模化程度不同,致使氢燃料电池成本当前高于锂电池成本。

相比于锂电池、镍氢电池等其他新能源电池,氢燃料电池具有氢储能能量密度高、零污染零排放、补给速度快、续航能力长、整车重量轻的优点。氢储量丰富,可从海水中开发。氢气热值大约是石油的3倍,产物却只有水,水可以再次分解氢。“氢燃料电池在使用寿命结束后,并不会对环境造成污染。而锂离子电池则含有很多重金属,如果回收不当,就会对环境造成污染。直接加氢耗时在5分钟左右,续航一般超过500公里,锂电池充电时间长,续航较短。在低温环境下,锂电池续航里程大打折扣,氢燃料电池则不受影响。”广州海珀特科技有限公司CMO段清泉说。相比于锂电池、镍氢电池等其他新能源电池,氢燃料电池具有氢储能能量密度高、零污染零排放、补给速度快、续航能力长、整车重量轻的优点。氢储量丰富,可从海水中开发。氢气热值大约是石油的3倍,产物却只有水,水可以再次分解氢。“氢燃料电池在使用寿命结束后,并不会对环境造成污染。而锂离子电池则含有很多重金属,如果回收不当,就会对环境造成污染。直接加氢耗时在5分钟左右,续航一般超过500公里,锂电池充电时间长,续航较短。在低温环境下,锂电池续航里程大打折扣,氢燃料电池则不受影响。”广州海珀特科技有限公司CMO段清泉说。

由此,加之技术的进步以及燃料电池关键卡脖子的“八大件”(电堆、膜电极、双极板、质子交换膜、催化剂、碳纸、空气压缩机、氢气循环系统)都有补贴等政策的推动,氢燃料电池汽车将在交通运输领域发挥更大的作用。柴茂荣建议,我国应该加快放开乘用车市场,通过规模化降成本和技术迭代,提高安全性、可靠性,这是非常重要的一点。“只有把乘用车发展起来,量才能上去,成本才能降下来。燃料电池汽车,乘用车是绕不开的路,因为它具备了电动车的电子化和燃油车的逆变器,等于前面是电动车,后面是燃油车,是这样一套装置,所以它具备燃油车的高安全性、低成本和加‘氢’速度快的优点,又有电动车的可靠性和长寿命、高环境适应性这些条件,从零下40℃到零上60℃,整个工作范围非常广,而且加速、启动非常快,这就是最大的特点。”同时他指出,我国交通前景将以重卡、公交为突破口,建立“柴”改“氢”的工业示范,布局加氢站,扩大氢能的利用规模,逐步拓展到乘用车领域,而且在船舶方面要开发新用途。

段清泉分析称,在面向全生命周期TVO最大化的前提下,未来相当长的时间内将坚持“宜电则电、宜氢则氢”场景原则,燃料电池和动力电池路线将会在商用车领域共存,但产值最大的公路物流,特别是高速、重载和长运距的公路干线物流是氢燃料电池绝对优势应用场景。“在2026年前以政策主导推动为主,2027—2030年政策和市场共同驱动,2030年后全面进入市场化驱动。保守估计在2030年,氢能车年销量突破8万台,保有量突破40万台;乐观估计在2030年,年销量突破40万台,保有量突破100万台。”

氢能未来可期

虽然氢能离大规模产业化尚有一定距离,但其行业发展、尤其是系统应用方面呈现出令人振奋的趋势。在小型交通设备的产业化应用上,广东蓝轩氢能科技有限公司近日实现了重大突破,成功研发了全球首例400w水冷型氢能两轮车。据悉,该车单次续航突破120公里,核心系统运行寿命突破1.5万瓦时,相关性能指标均达行业领先水平,可实现零碳排放,且比锂电更安全环保,比风冷氢能技术更稳定持久。这项国内领先技术成果已进入量产准备。与此同时,可用于快递等行业的蓝轩水冷型氢能三轮车也已研发成功。该系列产品的技术特点与产业化前景得到柴茂荣先生的高度赞誉。

根据《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》,到2025年,我国将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。氢能示范应用取得明显成效,清洁能源制氢及氢能储运技术取得较大进展,市场竞争力大幅提升,初步建立以工业副产氢和可再生能源制氢就近利用为主的氢能供应体系。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10万~20万吨/年,成为新增氢能消费的重要组成部分,实现二氧化碳减排 100万~200万吨/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。

如何才能实现这些目标?柴茂荣认为,中国氢能发展的第一步是在10年到15年内把氢的应用链打通,提高氢能利用的经济性。第二步是把减碳作为目标,再用10年至15年的时间投资研发可再生电力制氢、热解制氢、光催化制氢等绿氢制取技术,降低这些技术路线的成本。第三步是以碳中和为目标,以整体性的视角规划中国新的能源体系,在适宜布局氢能的区域、产业进行相应的投资。“目前中国在氢能普及度上落后于日本、德国,未来衡量中国氢能是否普及的标志就是看氢能乘用车是否获得较大的市场,原因在于氢能车续航距离远,氢的成本将比油低。”柴茂荣预测,2060年前后中国的能源消费总量将比当前增加20%至30%,届时除电力外,氢能、热能也会是主要的能源供应来源。

段清泉分析称,氢能实现商业化的关键,从上游制氢来看,随着技术发展,绿氢成本逐步降低,有望突破氢能产业化的关键环节;从中游储运氢来看,需进一步推动产业化、技术革新,降低成本;从下游氢能应用来看,应推动在交通、工业、发电等领域的应用。

 
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