中国绿氢产业发展现状与趋势

发布时间:2021-08-03 11:20:12 点击:168 来源:红日电气

随着世界各国对排放要求的提高及全球能源危机,探寻可再生及环保的清洁能源迫在眉睫。在众多能源中,由于氢能具有清洁、高效、可再生、应用广泛等特点,氢能正被提升到能源战略高度和技术改革的方向。其中,来自可再生能源的绿氢更是从源头上杜绝了碳排放,是真正意义上的清洁能源,受到我国政府及企业的热捧,绿氢产业布局空前加快。

一、绿氢产业发展环境

我国氢能资源十分丰富,发电成本越来越低。中国的风电和光伏资源丰富,还有非常可观的地热、生物质、海洋能、太阳能热利用以及固体废弃物的资源化利用,随着近年来技术的进步,可再生能源的发电成本越来越具有竞争力,为发展“绿氢”提供了有利条件。我国可再生能源制氢具有较大的潜力,可以用于以电解水方式制取“绿氢”。同时,可发挥氢气的储能作用,以解决间歇式能源消纳问题。

我国氢能产业发展的政策与制度环境正在形成。截至2019年11月,全国4个直辖市、10个省份、30个地级和县级市发布了氢能产业规划;国内氢能产业链上出现了49个投资或并购案例,涉及总金额超1000亿元。

我国氢能技术研发已取得重要进展。近年来,我国与氢能相关的高性能产品研发及批量生产、催化剂等核心技术研发取得了重要进展,氢能制储运技术已具备了较好的发展基础,已开发出具有自主知识产权的氢燃料电池关键部件。地方和企业在发展氢能产业上积累了一定的经验。

二、绿氢发展面临的困境

(1)蓝氢仍要用

虽然说绿氢是方向,但现阶段,由于体制、机制、技术、商业等谁诸多因素的影响,绿氢不可能迅速大规模地导入市场。目前,绿制供应量仅占市场消费总量的1%左右,国内将在相当长的一段时期内应用蓝氢。工信部原部长李毅中表示,“灰氢不可取,蓝氢方可用,废氢可回收,绿氢是方向”,就是考虑目前的现实情况。

(2)制取成本高

绿氢制取成本目前仍然较高,它制约了绿氢大规模的商业应用。根据国家发改委专家的观点,只有当绿氢成本降低到20元//kg以下时,绿氢相对传统能源,才能在重型交通、高品质供热(>400oC)领域有商业的竞争优势;而要作为氢基原料,如炼铁、合成甲醇、合成氨,绿氢成本必须下降到10元//kg以下。因此,目前,绿氢大规模商业应用仍然受制于较高的成本。

图表 1 绿氢成本与电解槽成本、电价及电解槽效率的关系

(3)非离网制氢

据高工氢电研究所提供的数据,目前国内碱性电解水制氢难以直接与可再生能源耦合。碱性制氢系统设备负荷率30-100%,对于可再生能源的电力波动性“束手无策”;国内PEM制氢规模小、成本高,大规模应用为时尚早;据GGII调研,国内MW级以上的风光耦合制氢示范性项目没有离网制氢,皆为并网制氢。

(4)利用率不足

氢气仍被视为危险化学品进行强制管理,建设审批困难;加氢站运营困难,主要系现阶段氢气成本和价格居高不下,同时缺少足够的车端用氢;目前国内90%以上的加氢站利用率不足。

图表 2 国内加氢站运营情况

三、绿氢产业发展趋势资料来源:高工氢电研究所,氢启未来网分析

百年来,能源科技进步的总体趋势是脱碳加氢和清洁高效。纵观能源的发展历史,从最初使用固态的木柴、煤炭,到液态的石油,再到气态的天然气,可以看出其H/C比提高的趋势和固-液-气形式的渐变过程。当前,技术革新、政策支持和市场普及齐发力,“氢能时代”大幕正在徐徐拉开。总的来看,绿氢产业呈现技术逐渐成熟、成本不断下降、市场持续发展的趋势。

趋势一:技术逐渐成熟

目前,国内外碱性电解水技术均较为成熟,而碱性固体阴离子交换膜(AEM)电解水技术国内外都处在研发完善阶段,SOEC技术国内外都处于实验室研发阶段。国内PEM电解水制氢技术尚处于从研发走向商业化的前夕。中国科学院大连化物所从20世纪90年代开始研发PEM电解水制氢,在2008年开发出产氢气量为8Nm3/h的电解池堆及系统,输出压力为4MPa、纯度为99.99%。从单机能耗上看,国内的PEM制氢装置较优;虽然在规模上与国外产品还有距离,但国内主要研发单位如中科院大连化学物理研究所、中船重工集团718研究所、中国航天科技集团公司507所、淳华氢能等,已经在重点攻关,并即将走向商业化。高压气态储氢和液氢储氢技术国内已规模应用。高压气态储氢是现阶段经济、实用的储氢方案,70MPa高压气态储氢VI型瓶已商业化应用。

图表 3 中国已掌握的绿氢制取技术

趋势二:成本不断下降资料来源:高工氢电研究所,氢启未来网分析

研究机构普华永道在最近的一份氢能源行业前景分析报告中指出,电力成本占“绿氢”可变成本的60%-70%。因此,当可再生能源的成本降至20美元/兆瓦或以下时,“绿氢”将具有成本竞争力。近年来,国内由风能和太阳能发电制成的绿氢发展速度比预期更快。氢燃料电池系统规模效应和国产化趋势明显,系统成本将大幅下降;据预测,2030年后氢燃料在商用车与专用车的TCO成本有望超过纯电动汽车。加上“以奖代补”新政正引导产业进入良性发展。2020年新能源汽车财政补贴完全退坡后,氢能及燃料电池将成为唯一获得补贴的动力电池技术路线。中国氢燃料电池汽车的补贴力度大于纯电动车,可弥补造车成本的差距。

图表 4 氢燃料客车TCO成本经济性趋势

单位:元/km

趋势三:市场持续发展

氢燃料电池车是拉动下游应用市场增长的主要力量。中国燃料电池汽车进入导入期,电池关键零部件处于示范应用阶段,氢燃料电池汽车拉开氢能商业化利用序幕。根据《中国燃料电池发展白皮书》,到2030年,我国燃料电池汽车保有量达到200万辆水平,到2050年,保有量水平达到1000万辆水平。从销量结构上看,我国氢燃料电池车以客车和货车为主。预计在2030年前,客车、货车在氢燃料电池系统汽车总保有量的占比在80%及以上。2030年后,随着燃料电池系统技术成熟以及成本下降,重卡和乘用车的规模会快速扩大。据统计,2017年我国可再生能源制氢示范项目数7个,2020年为25个,预计到2023年将达到60个。

图表 5 2017-2023年中国可再生能源制氢示范项目数发展

单位:个

资料来源:高工氢电研究所,氢启未来网分析

注:文章内容摘自氢启未来网的《2021中国绿氢产业发展报告》。

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