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氢能产业发展正在迎来爆发期

日期:2020-05-09    来源:能源界

国际新能源网

2020
05/09
10:20
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关键词: 氢能产业 氢能源 氢燃料电池汽车

油价低迷不会对氢能产业发展形成较大冲击, 氢能产业仍将保持旺盛的发展势头。

氢能技术是实现化石能源低碳利用、可再生能源储存和高效利用的最清洁二次能源,发展氢能将有利于推动我国能源产业创新和产业转型,促进能源生产和消费革命。

氢能产业发展正在迎来爆发期

近年来,氢的能源地位不断提升,氢能产业发展正在迎来爆发期。据中国汽车工业协会统计报告,2019年全球氢燃料电池汽车销量达10409辆,是2018年的1.88倍、2016年的3.78倍。中国2019年燃料电池汽车产量2831辆,销售量为2737辆,同比增长79%,是2016年的4.36倍。截至2019年12月,全球燃料电池汽车总保有量为24132辆,其中中国6165辆,提前实现了中国汽车协会制定的《节能与新能源汽车技术路线图》中确定的到2020年5000辆的阶段性目标。

加氢站是氢能产业重要的基础设施。据亚化咨询发布的报告,2019年全球建成投入运营的加氢站432座,其中欧洲177座,亚洲178座。截至2020年3月,中国拥有的加氢站达60座,预计到年底将超过100座。

油价低迷不会对氢能产业发展形成较大冲击

受新冠疫情全球蔓延和“欧佩克+”减产谈判破裂等因素影响,今年国际油价大幅跳水,美国WTI轻质原油一度跌破20美元/桶。尽管沙特、俄罗斯目前达成了减产协议,但疫情的肆虐,尤其是美国和欧盟成为疫情的重灾区,将重创世界经济,石油需求或将进入一个相对较长的低迷时期,世界又迎来了一个新的低油价时代,让不少关注氢能发展的人感到担忧,低油价是否将冲击正在蓬勃发展的氢能产业。

表面上看,低油价将会使氢能产业的发展受到严重冲击。因为氢能产业作为一个处在发展初期的新兴产业,与规模庞大的石化产业相比,其产业基础薄弱、建设成本高,投资回报率存在很大的不确定性,消费者还存在观望心理,所以氢气作为交通动力燃料和燃料电池车无法与汽柴油和燃油车相抗衡。但从深层次上分析,油价低迷不会对氢能产业发展产生较大冲击,氢能产业仍将保持旺盛的发展势头。

氢能是清洁的二次能源,其发展的初衷是其具有减排二氧化碳和清洁排放的属性。随着氢能燃料电池技术发展和基础设施建设不断完善,氢能燃料电池成为全球应对气候变化、实现碳减排目标、保护生态与环境、促进经济绿色可持续发展的希望所在。世界各国都十分关注氢能产业的发展,尤其是欧盟、美国、日本、韩国等发达经济体相继把发展氢能产业提升到国家能源战略高度。美国早在2002年便出台了《国家氢能发展路线图》,2012年美国能源部(DOE)投入巨资资助高校与企业共同攻关氢能及燃料电池关键技术,2013年启动H2USA计划,对加氢站网络规划、融资方案、市场拓展制定了详细方案,以期使美国氢能产业技术与装备制造居于世界领先地位。欧盟认为欧洲能源转型必须大规模部署氢能,否则将无法实现减排目标,2019年2月发布了《欧洲氢能路线图:欧洲能源转型的可持续发展路径》,指出欧洲已经踏上向脱碳能源系统转型的道路,大规模发展氢能将带来巨大的经济、社会和环境效益,是欧盟实现脱碳目标的必然选择。日本上世纪70年代就开始开发氢能技术,2014年6月发布了“氢能与燃料电池战略路线图”,规划了建设“氢能社会”目标的发展路线图,提出到2040年将完成零碳排放氢燃料供给体系建设。韩国政府在2019年1月发布“氢能经济发展路线图”,2020年2月颁布《促进氢经济和氢安全管理法》,旨在系统、有效地促进氢工业发展,为氢能供应和基础设施的安全管理提供必要的支持。

我国为了实现经济长期可持续发展,破解资源环境约束,大力推进生态文明建设,加快向绿色、低碳、高效能源转型。“十三五”期间,氢能和燃料电池被纳入中国国家能源发展战略,相继发布的《能源生产和消费革命战略(2016-2030)》和《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》,设计了氢能与燃料电池技术创新行动路线图,提出到2030年低碳能源占比将达35%,新增能源需求主要依靠清洁低碳能源满足,到2050年建成绿色、低碳、高效的现代化能源体系。可见,发展氢能和燃料电池是传统能源转型低碳能源的中长期发展战略,期待其解决当前传统能源行业面临的诸多问题,其发展不会受到油价波动的影响。

氢能是未来构建低碳、清洁能源为主的多元能源供给系统的重要能源载体,能通过燃料电池技术与电能、热能等形成互换,将电网、动力燃料供应网络和热力管网连成一体,使化石能源应用更清洁、更低碳,使可再生能源应用更高效、更便捷。对于化石能源,未来30年甚至更长的时间,仍将是能源消费结构中的主体能源,特别是中国,煤炭作为主体一次能源的地位难以被动摇。通过制氢将化石能源中的能量转移到氢中,将排放的二氧化碳捕集封存,可以达到“低碳生产,零碳使用”的目的。对于可再生能源,尤其是可再生电力,与氢能结合是其大规模发展的有力保障。2015年国际能源署(IEA)发布的《氢能和燃料电池技术路线图》中,勾画了氢在储能系统应用的前景。氢适合各种规模的储能,而且在储存过程中无能量损失。充分利用氢的储能优势和特点,在风电、光电、水电富余或弃风、弃光、弃水较多的地区,采取电氢互转、电转氢和氢应用或两者结合的模式,消纳和储存可再生电力。电氢互转可以起到平抑峰谷的作用。电转氢和氢应用可根据实际场景选择,可供应加氢站应用于燃料电池车辆,也可掺入天然气管道输送用于工业和民用燃气,部分替代石油和天然气。可见,氢能技术的开发和产业的发展是构建未来清洁、低碳和高效智慧能源体系的必然选择,是连接传统化石能源和可再生能源的重要纽带,对加快推进我国能源生产、消费革命和能源转型发展具有重要价值,不会因低油价时代到来而降低发展需求,放慢发展速度。

氢能产业尚处于市场导入期。氢作为动力燃料,其销售价格是由氢的生产、储存与运输和加氢站服务供应环节发生的成本决定的。现阶段氢气生产的成本费用与制氢的原料和工艺有关,煤制氢10元/千克左右,天然气、石脑油制氢约15元/千克,工业副产氢回收提纯约16元/千克,甲醇制氢约18元/千克,电解水制氢约30元/千克,再考虑到生产装置折旧、税金、人工、财务等各项费用和制氢企业的合理利润,氢气的出厂价至少是上述费用的1.5倍。氢气运输目前依靠长管拖车,运输距离不超过100千米时,运输费用8~10元/千克;加氢站的情况比较复杂,仅考虑折旧、储存管理合计成本就需要约20元/千克,再考虑其他合理的成本需要加价到28元/千克。即使是煤制氢,在加氢站的加注价格也需要约53元/千克,如果氢气来源于电解水,加注价格就增加到83元/千克。以乘用车为例,燃料电池车百公里氢耗约1千克,汽油车百公里油耗平均8升,按北京92号汽油现价5.5元/升计,燃料费用为44元/百公里,比最便宜的煤制氢53元/百公里还低约20%。至于燃料电池车,国内目前示范销售的多为中型商务货车及大中型商务大巴。装配46千瓦燃料电堆、长10.5米的大巴售价195万元;装配32千瓦燃料电堆的箱式货车售价130万元,是同类型燃油车价格的3~5倍。可见,无论是氢作为交通燃料,还是燃料电池车,目前在经济上都不足以与成品油和燃油车进行市场竞争,需要得到国家优惠的财政政策支持才能生存发展。当前,氢能产业快速发展的动力是政策驱使,不是市场行为。目前氢能还不足以与原油产生直接的竞争关系,二者还不在同一竞争层面。因此,持续的低油价态势不会直接阻碍氢能和燃料电池车的发展。

氢能产业发展关键在技术

氢能产业发展的根本制约因素是关键技术得到突破。“十三五”以来,氢能产业崛起发展的一个重要因素是氢燃料电池技术获得突破性进展,氢能与传统能源和可再生能源互联有了技术基础。国内许多地方积极规划建设氢能产业园,配套出台一系列优惠政策招商引资,催生出氢能产业一派繁荣发展的景象。但我们必须清醒地认识到,国内氢能产业基础设施和燃料电池技术基础还很薄弱,应用市场仅处在试水阶段,存在很多的不确定因素,不足以支撑当前氢能和燃料电池车的快速发展。对于氢生产和储运,我国制氢依赖的化石能源和可再生能源资源丰富,制氢技术相对成熟可行,关键是处理好减排和经济成本问题。最大的挑战在于氢的储存和运输带来的成本增加,包括车载储存和车下的储运。研究显示,在目前整个氢能供应链中,氢气的储存和运输加注所需成本占全部成本的1/2以上,目前没有技术支持氢能经济、高效、可行的储运模式,而且现有的技术研发和攻关一时也看不到解决问题的关键突破方向。

氢能利用的关键技术是燃料电池技术。我国虽然在燃料电池技术整体上取得了长足的发展,但与国外相比还存在较大差距。首先是缺乏关键材料、核心部件的批量生产技术,电催化剂、质子交换膜、碳纸扩散层材料、空压机、氢气循环泵等仍依靠进口,不利于我国氢能燃料电池产业的自主发展。实际上,我国对这些关键材料和部件的研发水平很高,研制的样品达到甚至超过了国外的商业化产品水平,但这些成果没有进一步开发形成产品批量化、质量一致性的生产技术。其次,我国燃料电池堆系统的可靠性与耐久性与国际先进水平仍存在差距,特别是车用燃料电池,全工况下的可靠性与耐久性急需提高。否则,燃料电池车的市场竞争能力难以增强,终究被消费者淘汰。我国要针对氢能生产、储运和应用技术与国外的差距,从国家层面组织优势力量全方位攻关,加大资助力度,促进技术集成化和系统化,努力促进氢能储运技术的突破,实现关键材料核心部件的国产化批量生产,提高燃料电堆系统总体技术水平,为氢能和燃料电池车发展提供坚实的技术支撑。

低油价时代有可能引发世界能源供给格局大变动,并从安全层面给我国带来较大负面影响。眼下,一方面抓住油价低迷的好时机,提高石油战略储备能力;另一方面要坚定发展氢能等新能源的决心,以绿色低碳、高效低成本为方向,把氢能燃料电池技术及其关联产业培育成新增长点,促进我国氢能产业驶入发展的快车道。


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