Collaborative Network of Power Generation

发电企业协作网
  • 2024火电低碳化改造技术论坛暨环保、固废资源化综合利用交流研讨会
  • 全国热电节能减排新技术交流研讨会
  • 第八届全国热电产业年会暨清洁供热 技术交流研讨会
  • 热烈祝贺:“2024燃煤电厂安全环保提质增效技术交流研讨会”于2024年3月28-30日于广东江门成功召开
  • 热烈祝贺:“2024燃煤电厂安全环保提质增效技术交流研讨会”于2024年3月28-30日于广东江门成功召开

脱碳背后的中国氢能源

来源: | 作者: | 发布时间: 2023-12-13 | 1052 次浏览 | 🔊 点击朗读正文 ❚❚ | 分享到:

  而从全球的视角来看,氢能作为终极清洁能源的属性,导致各国均对此技术路径十分重视,积极布局氢能产业发展。

  近两年,美国、日本、韩国、欧盟均采取了较大的政策力度加码氢能源产业,并出台了相关经济路径规划,力争领跑该赛道。截止到2021年初,全球共有约20个国家和地区发布了氢能发展规划或路线图。

  这里面的道理,有点像逆水行舟,有些事情,不仅要跑得快,还要跑得比别人快。

  从中国新能源推进的历史来看,用四个字可以总结:珠玉在前。

  中国对光伏、风电、新能源车的产业政策大获成功,度电成本平价、汽车制造弯道超车,成为全球最具备竞争力的产业,成为了中国制造的名片。

  这似乎给中国进一步推动氢能赋予了信心。占据氢能成本最大的电力会随着光伏、风能度电成本而下降,同时技术进步及大规模生产带来的制造和人力成本的下降。

  因此,在全球氢能源产业资金跑步进场,国内新能源产业政策的逐步推进,成本不断下降的三重趋势下,政府开始密集出台促进氢能源产业发展的政策,并提出相应规划。

  因此我们看到的测算与进程表,看起来是期望,实际上都是根据目标进行的倒推。

  03 产业化行不行,看绿氢平价

  氢能源产业链可以分为上游:氢生产与供应;中游:燃料电池及核心零部件;下游:燃料电池应用。

  

 

  在氢气制取上,目前成熟的制氢手段主要包括化石能源重整制氢、工业副产制氢以及电解水制氢三种。

  其中,化石能源制氢通过裂解煤炭或者天然气获得氢气,俗称“蓝氢”。工业副产制氢则是对焦炭、纯碱等行业的副产物进行提纯获取氢气,俗称“灰氢”。

  本质上两者的氢气来源仍为传统的化石燃料。虽然通过碳捕捉与封存技术(CCS)可有效降低化石能源制氢过程中产生的碳排放,但长期来看只有可再生能源电解水制备的“绿氢”才能实现真正的零碳排放。

  目前可再生能源制氢占比较小,化石能源制氢仍是主要的氢气来源。根据 IRENA 的测算,全球仅有 4%的氢气来自电解水制氢,其余均来自煤炭、天然气以及石油炼化领域。

  而在“富煤、贫油、少气”的能源结构下,目前国内煤制氢的占比超过 60%,电解水制氢的比例则不到 2%。可再生能源制氢仍然任重道远,未来的发展空间巨大。

  

 

  制约绿氢发展的因素是成本,绿氢生产成本中占比最高的为电力和电解槽,占比分别为50%和40%,所以降低电价和电解槽成本是中国实现绿氢工业化、规模化的两大核心环节。

  随着光伏、风电的进一步降本,到 2030 年国内部分可再生资源优势区域,其度电成本到达到 0.1-0.15 元/KWh,

  电解槽目前单位造价2500元/W;随着更大的槽体、更优质的制造工艺,以及技术环节的精进和材料的优化,有望降至1300元/W。

  届时,绿氢成本将从 2020 年的 30.8 元/kg 快速降至 16.9 元/kg,实现与灰氢平价。

  这种上游原材料的平价前景一旦达成,意味着氢能源的大规模产业化铺平了道路。那么,这条产业链的上下游,又如何实现传导呢?

  04 储运关键指标:单位体积密度

  众所周知,氢气在元素周期表位于第一位,意味着其质量小,体积小,因此密度低(ρ=m/V,忘记的朋友请找找初中物理书)。

  氢气的性质十分活跃,很容易泄露和爆炸,储运过程消耗也大,所以在储氢罐投入的安全设计、存量设计成本很高。

  因此,相较于石油、天然气等传统化石燃料,氢气在储运环节具有天然的劣势,发展进度缓慢。

  如果按照方式划分,氢气储运可分为气态储运、液态储运以及固态储运三种。

  气态储运的成本较低、充放氢速度较快,但储氢密度与运输半径较为有限,所以适用于短途运输。

  氢气气态经济运输半径局限在200公里以内,每公斤氢运输成本为2块钱,0-100公里运输成本是4块钱/kg,运输压缩氢气的鱼雷车每车仅可运300kg。

  中长距离大规模运输考虑管道和液氢运输,液态储运的储氢密度较大,但设备投资与能耗成本较高;固态储运则在潜艇等特殊领域有所应用,整体仍处于小规模试验阶段。

  我们可以做一个简单理解:运输一车氢气,瓶子重量在95%以上,需求的氢气只有5%,而且不能长距离运输。所以这笔生意很不划算。

  因此,只要是运氢气,总会面临这个问题:怎样在储运瓶里装更多的氢气?这又延伸出一条技术路线:如何增加氢气单位体积密度。

  举个例子,一个书包想要装更多的衣服,压得越实,装得就越多。同理,储存的时候为了提升单位体积密度,也需要压缩。

  但这个问题,并不能只靠单一环节解决,它需要一整套体系的匹配。

  与电解水制氢类似,产业化程度的提升将有效降低氢气储运的成本,储运基础设施的建设与完善是后续氢能规模化发展的前提。