当前位置: 新能源网 » 氢能 » 正文

氢能源,产业化迎来真实导入期

日期:2020-02-14    来源:learningme

国际新能源网

2020
02/14
13:30
文章二维码

手机扫码看新闻

关键词: 氢能源 氢产业 氢能源企业

   氢能源:绿色零排放,或是能源终极形式。从历史变迁的纵向角度看,人类利用能源的发展历史是不断走向清洁化的过程,氢能源是目前已知最绿色清洁的能源,其反应产物只有水,因此有望成为能源的终极形式。从横向对比角度看,氢能源相较于其他形式的能源具有功率密度优势,在发电领域具有建设成本优势。目前氢能源应用的主要阻碍在于分布式应用场景利用综合成本高,并且氢气使用的便利性和其他能源相比有较大差距。以全球氢能源乘用车发展为例,氢能源产业化应用尚处于导入期,需要政策支持。我们认为,在各国产业政策及补贴的推动下,氢能源产业发展有向好趋势,国内市场也有望真实进入导入期,但产业链仍需完善。
  从氢能源非工业应用看:燃料电池是使用氢能源的理想方式,下游交通运输需求渐成主流。氢能源应用有多种方式,可以通过传统热机也可以通过燃料电池。由于燃料电池跳出了热循环的限制,因而具有更少的能量损失,能量利用效率更高。同时,燃料电池利用氢能源具有噪音小等优点。因此燃料电池是氢能源利用的理想形式。氢能源燃料电池下游有便携设备、固定式应用和交通运输式应用,据国外研究机构 Fuel Cell Today 和 E4tech 数据显示,交通运输装载的氢燃料电池量逐年增长,2017 年全球燃料电池装机中,交通运输需求占比 68.05%。交运需求已经成为燃料电池的主要需求,也是氢能源非工业应用的主要需求。
  氢能源产业链:日益完善,整装待发。氢能源产业链包括上游制氢产氢、氢气储存运输、加氢站运营、中游燃料电池系统及零部件生产制造、下游氢燃料电池应用等众多环节。同时,围绕氢气展开的主产业链条需要大量高技术含量机械设备支持,主要集中在制氢和压缩领域。我们认为,制氢路径会按照制氢地的资源禀赋不同而有所变化,储氢环节主要还是气态储氢,但合金储氢前景较好,加氢站环节会呈现中央制氢与分布式制氢共存互补的格局,燃料电池环节的机会在于质子交换膜、低成本催化剂以及储氢瓶,下游应用环节中汽车市场最大,汽车应用市场中,我们预计氢燃料电池商用车市场最先爆发。
  氢能源:绿色零排放,或是能源终极形式
  历史纵向看:能源使用清洁程度不断提升
  环境保护意识的增强推动能源利用向着绿色、清洁化的方向发展。从最开始的草木发展到如今的风能、太阳能、核能、地热能等多种形式, 能源使用过程的污染物排放逐渐降低,这代表这人类能源使用的方向。而目前已知的所有能源中,最为清洁的是氢能,氢气使用过程产物是水,可以真正做到零排放、无污染,被看做是最具应用前景的能源之一,或成为能源使用的终极形式。我们这篇报告主要是研究氢能源产业链情况(主要是研究非工业用途,尤其是在燃料电池上的应用),望其未来的可行性和机会所在。
  氢能源应用阻碍:分布式应用场景综合成本高与加氢难
  虽然氢气在理论层面相较于其他能源具有功率密度优势,且用于发电时建设成本较低,但是这仅考虑了发电时利用氢能源的模式。氢能源大范围推广使用离不开分布式使用场景,当应用场景发生变化时,氢能源使用需要考虑的影响因素就变得更为复杂。
  分布式应用场景中与替代产品相比成本较高
  氢能源的清洁利用主要是通过燃料电池,燃料电池应用在分布式应用场景中的时候与其他可替代方式相比,还存在成本高的问题。以氢能源燃料电池汽车为例,应用氢能源首先要考虑购买产品的成本,燃料电池本就是技术含量高的产品,应用到汽车上时使得汽车的一次性购置成本迅速增长;其次考虑维护成本,燃料电池汽车比其他汽车更为精密,因此其维护成本更高;接着考虑消耗燃料的成本,氢气由于在制备、储存、运输等过程中需要更多的技术处理而具有更高的单位成本;最后考虑配套设施设施成本,燃料电池汽车使用需要众多加氢站支持,加氢站由于需要配置大型压缩机等大型设备,具有比加油站和充电站更高的建设成本。综合考虑之下,分布式应用场景中,氢能源应用综合成本很高。
  根据罗兰贝格提供的燃料电池汽车的数据测算,欧洲市场燃料电池小汽车的综合使用成本达到 0.24 欧元/km,高于纯电动和柴油汽车的综合使用成本。因为氢气出售时会考虑氢气制备、运输以及加氢站建设、运营等成本,所以氢气价格里面包含了这些相关配套设施的成本。因此这一成本就是氢能源以燃料电池形式应用到小汽车上的全成本。
  氢气使用便利程度不如可替代产品
  氢气利用另一大难题是加氢难。因为设备与技术要求,加氢站的建设运营成本远高于加油站和充电站,目前加氢站的数量还不足以完全满足商业化应用的需求。汽油和电力的广泛使用是以加油站和电网覆盖为前提的,氢能源大规模使用也要以加氢站覆盖为基础。截止 2017 年底,全球共计加氢站 328 个,而国内仅有 9 座。加氢站覆盖范围小对于氢能源的利用有不小的阻碍。
  产业化现状:尚处于导入期,需要政策支持
  国际汽车制造商协会数据显示,2017 年全球销售乘用车接近 0.71 亿辆,而势银智库数据显示 2017 年全球 FCV(燃料电池汽车)销量 3260 辆(燃料电池汽车大多使用氢能源作为燃料,极少数使用其他燃料,在此暂且先认为这些 FCV 都使用了氢气做燃料),氢能源在汽车领域渗透率不过 0.0046%,在汽车应用领域氢能源产业化尚处于导入期。
  因为目前氢能源的利用尚处于导入期,因此需要政策支持引导。世界各国都针对氢能源利用出台了各自的扶持政策,由于氢能源燃料电池汽车市场有望成为氢能源最大的消费端,支持政策主要集中在燃料电池汽车产业链。
  国外政策支持:消费端补贴与制造端补贴并举
  从补贴形式看,大多国家把补贴放在了消费环节,以购置税费抵免或者购置补贴的形式发放,仅德国将补贴放在了开发制造环节。前者属于需求端的刺激,后者属于供给端刺激。供给侧(生产制造领域)补贴促进企业研发新车型,有利于在无形中促进企业形成研发能力,就算补贴断了,多年的技术积累不会随着补贴停止而消失。因此从这个角度看,德国将研发补贴放在生产领域不无道理。国内补贴政策也可借鉴此类方法,在补贴政策上实行多途径刺激,在消费端和研发端同时给予补贴,既保证政策效果也利于产业技术积淀。
  从补贴力度看,各国补贴力度波动幅度较大。美国和英国补贴在 5000 美元/辆上下,日韩则给予消费者 22000 美元/辆左右的补贴。这也是日韩在燃料电池汽车领域技术领先的原因之一。
  国内政策支持:补贴力度大
  国内方面补贴政策最早是在 2009 年出现,主要形式是免征购置税,同时还会在购买时给予一次性的不同额度的补贴。从补贴力度看,我国的补贴力度是最大的,按 2017 年标准,仅乘用车补贴就高达 20 万元/辆,高于日韩 22000 美元/辆的标准,大型客货则高达 50 万元/辆,远超出国外最高额度。2018 年补贴有所调整,原来对应的 20、30、50 万元/辆,分别调整为对应补贴上限。
  虽然我国氢能源燃料电池汽车补贴高出国外很多,但是全部都是以购置补贴形式发放的,没有在氢能源燃料电池汽车生产制造领域设置补贴政策。我们可以考虑在需求侧和供给侧同时补贴。需求刺激与技术进步刺激并举,可能是更健康的产业政策,对产业发展更为有利。
  同时,我们看到国家从 2014 年起将加氢站纳入了补贴范围,这是刺激配套产业加速发展,是从整条产业链的角度出发看问题,对氢能源燃料电池汽车发展有促进作用。
  氢能源应用方式及场景:主要通过燃料电池,交通运输需求渐成主流
  目前全球范围内,氢能源分布式应用主要是通过燃料电池。氢能源利用可以通过热机(通过利用内能做功的机械)也可以通过燃料电池,通过热机利用氢气的原理是:燃料在燃烧室内燃烧,气体膨胀推动传动装置,实现机械驱动。另一种利用方式就是通过燃料电池的形式,氢气不直接燃烧,先分解成原子,再分解成质子和电子,电子通过外电路产生电流做功。热机利用氢能源的方式还属于热循环的过程,存在热量的浪费,能量利用效率低。燃料电池利用氢能源的方式不受热循环原理影响,因而具有更高的能量利用效率,同时还有更低的噪音。因此燃料电池应用是氢能源利用的主流途径。
  氢能源主产业链:日益完善,整装待发
  氢能源主产业链包括上游氢气制备、氢气运输储存、中游氢燃料电池、下游氢能源燃料电池应用等多个环节。上游氢气制备包括氯碱工业副产氢、电解水制氢、化工原料制氢(甲醇裂解、乙醇裂解、液氨裂解等)、石化资源制氢(石油裂解、水煤气法等)和新型制氢方法(生物质、光化学等)等多种途径;氢气储存包括气态储氢、液态储氢、固态合金储氢三种方式,氢气运输包括罐车运输、管道运输等方法途径;中游氢燃料电池涉及质子交换膜、扩散材料、催化剂等多种零部件和关键材料;下游燃料电池应用包括便携式应用、固定式应用、交通运输应用。
  制氢
  制取氢气目前主要的方法有化工原料制氢、石化资源制氢、电解水制氢等多种途径。化工原料制氢主要使用的原料是甲醇、乙醇、液氨等,具有制取氢气纯度高、反应要求低等优点;石化资源制氢主要使用石油、水煤气、天然气等资源,具有规模效应,且原料易获取;电解水制氢使用的原材料是水,具有原料可再生、可依赖的特点,如果使用清洁电力可实现全程无污染,但是过程中耗费大量电能,成本昂贵;生物质能制氢反应速度较慢,且不能满足大规模使用要求。
  储氢
  储氢方式有三种,分别是气态储氢、液态储氢、固态储氢。气态储氢主要是将氢气直接储存在高压罐中,又细分为低压储存和高压储存,低压储存使用巨大的水密封储槽储存,高压储存是通过对氢气加压减小体积储存在容器中;液态储氢是将氢气冷却到一定低的温度之下,使氢气呈现液态,然后再将其储存到特定容器中;固态储氢是利用金属合金(一般称为储氢合金)晶格间隙吸附氢原子,(涉及到氢气分子转化为氢原子的过程),同时表面还可以在表面结合一部分氢分子。
  加氢站
  目前,为了支持燃料电池汽车发展,各国积极建设氢能源燃料电池汽车配套设施。根据规划,到 2020 年,中国将建成 100座加氢站,到 2030 年将建成 1000 座加氢站,日本在 2020 年前建成 160 个加氢站,韩国计划到 2020 年建成 80 座加氢站,德国到 2020 年也预计达到 100 座加氢站的规模。世界上几个建设加氢站的大国都以 2020 年 100 座加氢站为目标。而截至2017 年底我国加氢站共有 9 座,北京、上海各 2 座,深圳、广州各 1 座,还有一座移动加氢站,另外 2 座归属新源动力和宇通客车,这距离我国 2020 年 100 座加氢站的目标还有很大距离,同时也表明,未来两年内加氢站建设进度会急剧增加,相关方面需求巨大,也是机会点。
  氢燃料电池
  氢能源燃料电池是氢能源清洁高效利用的核心,同样也是整条氢能源主产业链的核心所在。燃料电池主要由膜电极组(MEA)、双极板、集流板、端板组成,其中膜电极组又是由质子交换膜、催化剂、气体扩散层组成。
  下游应用
  氢能源燃料电池下游主要分三大市场,分别是便携设备市场、固定式系统应用市场、交通运输应用市场。在燃料电池下游市场中,交通运输领域装机占到了近 70%。我们将简要介绍便携设备和固定应用设备,之后着重分析氢燃料电池汽车。
  应用场景则包括氢能源家用燃料电池、电信行业无间断电源或备用电源等。
  汽车市场:国外乘用车技术成熟,国内商用车先行
  氢燃料电池汽车市场呈现日韩做乘用车、中国做客车、美国做专用车的格局。日本丰田本田等车企 2000 年前后就开始做燃料电池汽车,至今已经有近 20 年的技术积累,且将燃料电池汽车应用于汽车时间较早,产品经过市场多年检验,技术成熟。虽然中国也有燃料电池汽车,但是发布时间较短,应用于汽车经验不足。中国的燃料电池汽车主要是客车,2017 年中国生产的1000 多辆氢能源燃料电池汽车均是商用车(清华大学氢燃料电池实验室主任王诚曾在接受媒体采访时表示)。美国燃料电池技术在卡车上的应用比较成熟。2016 年美国发布全球第一款燃料电池卡车,续航里程接近 2000Km,此后日本、中国相继发布燃料电池专用车,但性能有较大差距,后来者难以望其项背。
  总结与展望:看好配套设施市场
  我们认为 2018 年是氢能源产业化应用元年,未来 3-5 年是导入期,5-10 年后开始进入成长期,时间上展望,是 2025 年前后的事情。目前国内市场尚处于概念期向真实导入期转化的时间节点,未来 3 年左右的导入期产业链的场景会是配套设施先行,之后再是商用车生产制造的跟进,可能会伴随有国外乘用车进入中国市
  技术落地方案:多种形式共存
  不同环节有多种方案可以选择,目前来看,各环节多种形式共存、互补是大概率事件。
  综合之前的对比分析,我们认为在制氢环节,中央制氢与加氢站分布式制氢相互补充是较为合理的运行模式,制氢技术路线会根据制氢地点资源禀赋有所变化。
  在储氢环节,未来一阶段主要的方案仍是高压气态储氢。气态储氢毕竟方便快捷,液态储氢和固态合金储氢无论是从可操作性还是从技术要求上来讲都较为复杂,不适合在储氢站和氢能源燃料电池汽车上应用。
  在加氢站环节,站内制氢加氢站是长期的发展趋势,外供氢加氢站在短期内将与站内制氢加氢站共存。这是因为站内制氢加氢对制氢设备有一定的技术要求,而国内技术尚不成熟。加氢站环节可能的格局是:有资金和资源的企业引进国外先进技术,在国内共同成立企业运营加氢站,采用天然气或甲醇重整制氢的路线;有资金没有技术的企业选择购买国外设备或者国内已经引进相关技术企业生产的相关设备产氢加氢;没有资源也没有先进技术的企业选择外供氢方案。随着产业发展,竞争格局变化,最后一类企业由于外供氢体量受运输等因素限制,会在竞争中逐渐被淘汰。
  在燃料电池环节,国外的核心技术,比如质子交换膜的生产工艺,是不会直接给国内企业的,因此这一环节最可能的方案是低端车型使用自主研发的性能有待提升的燃料电池系统,而高端车型则直接购买国外性能领先的燃料电池系统。在国内补贴与其他相关政策以及市场的驱动下,国内技术突破之后,国产化燃料电池系统将迎来更大需求,但这应该是 10 年-20 年的技术积累之后的场景了。
  在氢能源燃料电池汽车环节,目前主流需求是物流车,这是因为物流车对燃料电池系统和储氢罐的要求不像乘用车那么高。2-3 年的短期内难看到乘用车需求的大规模爆发,但技术成熟阶段(10 年-20 年之后),行业进入成长期之后需求将主要集中在乘用车领域。场。所以整条产业链我们要关注的是:1)氢能源的生产及其设备等附属产业;2)加氢站运营服务产业;3)燃料电池核心技术的突破和氢能源商用车生产制造产业链。
返回 国际新能源网 首页

新能源资讯一手掌握,关注 风电头条 储能头条 微信公众号

看资讯 / 读政策 / 找项目 / 推品牌 / 卖产品 / 招投标 / 招代理 / 发新闻

风电头条

储能头条

0条 [查看全部]   相关评论

国际能源网站群

国际能源网 国际新能源网 国际太阳能光伏网 国际电力网 国际风电网 国际储能电池网 国际节能环保网 国际煤炭网 国际石油网 国际燃气网