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09-13

氫能降本 難點在哪

“雙碳”背景下,氫能產業逐漸獲得國家層面和各地政府在政策上的大力支持,但目前氫能產業仍處發展初期,氫能商業模式尚不清晰、技術瓶頸有待突破,成本高昂更成為產業發展“攔路虎”?!爸茪滟F、儲氫貴、加氫貴、用氫貴……氫能被視為減排必經之路,但遲遲未被大面積應用,歸根結底在于‘貴’?!彼拇▉喡摳呖萍脊煞萦邢薰径麻L王業勤更是一語道破氫能產業發展現狀。面對氫能高成本困境,產業該怎么做? 高成本制約產業發展 中汽協數據顯示,2022年1-5月燃料電池汽車產銷累計完成1277輛和935輛,2021年全年,燃料電池汽車產銷量分別為1777輛和1586輛,市場規模仍然較小。風氫揚氫能科技(上海)有限公司董事長劉軍瑞表示,現階段,氫能產業尚處于早期發展階段,企業普遍規模偏小、研發支出大,投入和產出不成比例,能夠拿到的訂單很少,絕大部分企業處于入不敷出的狀態。 “當前利用可再生能源發電制氫是業內熱點,但氫氣成本困境依然存在?!蓖鯓I勤表示,以電解水制氫為例,其中電的成本占氫氣成本至少80%,加之可再生能源制取氫氣,大多都是用離網的電來制取,這意味綠氫產量豐富的地方雖然土地成本和氫氣成本低,但普遍偏遠?!安蝗莺鲆暤氖?,再便宜的氫氣也要找下家,下游給誰用?怎么用?這些問題都持續困擾著整個產業?!? 喜瑪拉雅公司副總裁葛榮軍指出,雖然在部分地區加氫成本呈下降趨勢,但總體來看,氫加注不便利情況普遍存在。以廣東地區為例,雖然該地區氫能及燃料電池汽車應用市場非常大,但由于氫源不充足,氫氣經過遠距離儲運,其價格達到全國最貴,約為65元/公斤。 在氫能應用端,高昂的應用及運營成本也讓燃料電池汽車產業無法“接地氣”?!艾F階段,一臺氫能重卡的購置成本大約150萬元-180萬元,一臺燃料電池公交的購置成本甚至達到200萬元-300萬元,除了政府出資,幾乎沒有私人用戶愿意為這樣昂貴的氫能產品買單?!眲④娙鸨硎?。 “此外,政府訴求、產業需要、資本邏輯之間尚未實現良性互通?!眲④娙鸨硎?,政策層面希望氫能產業盡快實現自主核心技術可控,對于產業而言,國家補貼杯水車薪,要實現自主技術進步,需要大量資本加持?!靶枰⒁獾氖?,與資本期待快速產生收益不同,發展氫能產業是一場‘馬拉松’,如果為了拿到大量資金而過早啟動快速發展策略,氫能產業無法在技術、裝備等領域獲得實質性進步,高成本問題將持續存在?!? 需加快“跑通”產業鏈 為解決成本居高不下難題,氫能產業自身已從技術、國產化等方面進行突破。獵投基金副總經理鄧林指出,氫能及燃料電池部分關鍵零部件、核心原材料在國產化方面已有顯著進步,質子交換膜、催化劑、雙極板以及空壓機等氫能設備均已實現國產化。不過,國產化裝備在質量和性能方面尚未達到最優。在氫能交通領域,公交、物流、環衛車等燃料電池項目更多是由政府進行示范推廣,如果沒有政府補貼,氫燃料電池汽車推廣缺乏經濟可行性,遠未達到商業化應用條件。 “目前國內氫能產業鏈處于需要政府補貼輸血的狀態,這意味著產業經濟效益沒有正向循環,要實現從政府驅動轉為市場驅動,最終還是要靠產業自我造血?!蓖鯓I勤表示。 “全球范圍內,只有美國燃料電池上市公司普拉格能源走通了氫能全產業鏈并實現盈利。普拉格能源抓住了冷鏈物流使用的電動叉車痛點,聚焦氫能叉車的研發銷售,并完善售后服務及保障措施,成功打造普拉格能源獨特的氫能叉車銷售服務模式,于是普拉格能源從早期虧損到逐漸減虧,最終實現盈利?!蓖鯓I勤認為,參考美國這個成功案例,我國在氫能起步階段要盡快打通產業鏈,并找到盈利模式,才真正具有示范意義。 此外,加氫站建設模式也亟待創新。劉軍瑞指出,目前,一座加氫站建設審批至少需要蓋35個章,時間精力耗費巨大;同時,單個加氫站所需商業用地價格高昂;油氫合建站由加油站改造而來,可能無法滿足未來氫能重卡的加氫需求。綜上所述,未來要將高企的加氫站成本大幅降下來,還需要政策進一步放寬對能源用途的小型制氫項目的限制,鼓勵企業建設自用加氫站,實現降低建設成本的同時,保證后續服務的可持續性。 錢和配套缺一不可 “由于整個氫能產業鏈主要還是靠補貼支撐,車輛、加氫站、氫氣等環節都需要補貼,各個環節加起來所需資金數量較大?!蓖鯓I勤指出,因此,現階段地方政府要做氫能,財政實力是最重要的基礎,哪怕有煤有電有其他資源,沒有強大的財政支撐,也難以保證氫能產業發展的可持續?!澳壳皝碚f,珠三角、長三角、京津冀區域經濟發達,發展氫能條件相對成熟,但二三線城市不宜盲目追風?!? 把產業搞活,資金支持外還需多環節同時發力。王業勤表示,要發展氫能就必須規劃整個產業布局,而非簡單引進一個車廠或一個電堆廠家,制氫、電堆、整車包括下游應用都應全部整合起來進而形成產業鏈,再進行整體補貼,把產業鏈搞活后,當地稅收和就業也將得到進一步發展。 值得注意的是,政府對氫能產業的支持還有更多維度。葛榮軍認為,各地政府如何扶持氫能產業,應結合當地產業基礎和資源稟賦。如上海、廣東地區,目前主要應用場景為物流車或公交車,但長距離重載運輸需求不多。而在內蒙古等西北地區,可充分借助當地氫源優勢打造運輸場景,為氫能產業提供適合的應用場景,帶動產業發展需求。
08-31

德國押寶氫能新突破:全球第一條氫動力列車鐵路正式上線!

8月24日,世界上第一條由氫動力客運火車組成的環保鐵路線在德國下薩克森州開始運營。 這是一條區域線路,長約100公里,運行由法國阿爾斯通公司設計、在德國組裝的14輛氫能載客列車“Coradia iLint”。這些列車使用純氫氣作為燃料,從環境空氣中收集氧氣,在燃料電池中將這兩種氣體轉化為電能,行駛時只產生蒸汽和冷凝水,且噪音很低。此前這條線路主要運行柴油列車。 阿爾斯通公司介紹說,這種列車的續航能力為1000公里,最高時速可達140公里。1公斤氫氣可替代約4.5升的柴油,能明顯減少對環境的影響。 下薩克森州州長斯特凡·魏爾當天在啟用儀式上表示,這標志著當地交通部門在應對氣候變化道路上的又一個里程碑。 這種氫能列車獲得了德國“國家氫能和燃料電池技術創新計劃”支持,該計劃旨在通過資助,在交通部門發展有競爭力的氫能和燃料電池技術。 氫氣可以在電氣化之外提供一個環保備選項。就德國的氫能列車來說,使用的氫燃料電池并不需要對軌道進行改建,而除了電流之外,氫電池只會產生水和熱量,可以說是真正做到了零排放。 氫動力列車的另一個好處是可以通過泵為車輛重新填充氫氣,而不必像傳統燃料電池一樣通過充電儲能。據預測,德國未來有2500輛到3000輛柴油列車將會被氫動力列車取代。
08-29

國家能源局:提升綠氫制備產業戰略地位 促進“綠氫”全產業鏈發展

近日,國家能源局關于進一步加大對綠氫制備產業扶持力度的建議給出了答復,國家能源局表示將加強規劃組織策劃,提升綠氫制備產業戰略地位;健全法律法規政策,促進“綠氫”全產業鏈發展;大力推進科技研發,開展“綠氫”制備科技專項支持。 原文如下: 關于十三屆全國人大五次會議第0542號建議的答復復文摘要 國能建科技〔2022〕108號 您提出的關于進一步加大對綠氫制備產業扶持力度的建議收悉。經研究并商國家發展改革委、財政部、中國人民銀行、市場監管總局、工業和信息化部、科技部,現答復如下: 關于加強規劃組織策劃,提升綠氫制備產業戰略地位。國家發展改革委、國家能源局聯合印發《氫能產業發展中長期規劃(2021—2035年)》(以下簡稱《規劃》),一是明確了氫能的戰略定位,指出氫能是未來國家能源體系的重要組成部分,是用能終端實現綠色低碳轉型的重要載體,氫能產業是戰略性新興產業和未來產業重點發展方向。二是提出“清潔低碳”的基本原則,積極構建清潔化、低碳化、低成本的多元制氫體系,重點發展可再生能源制氫,嚴格控制化石能源制氫。三是提出可再生能源制氫相關目標,到2025年,可再生能源制氫量達到10萬~20萬噸/年,成為新增氫能消費的重要組成部分。到2030年,可再生能源制氫廣泛應用。 關于健全法律法規政策,促進“綠氫”全產業鏈發展。一是《規劃》中提出要制定完善氫能管理有關政策,規范氫能制備、儲運和加注等環節建設管理程序,落實安全監管責任,加強產業發展和投資引導。并提出研究探索可再生能源發電制氫支持性電價政策,完善可再生能源制氫市場化機制,健全覆蓋氫儲能的儲能價格機制,探索氫儲能直接參與電力市場交易。二是通過設立碳減排支持工具,支持清潔能源等重點碳減排領域發展,氫能設施建設被納入到碳減排支持工具的支持范圍。三是大力發展綠色信貸,引導金融機構強化創新,加大對氫能設施建設和運營等清潔生產產業的金融支持。四是“氫能利用設施建設和運營”包括“清潔制氫、氫氣安全高效儲存、加氫站、氫燃料電池汽車、氫燃料電池發電、摻氫天然氣等技術設置和氫能應用”等內容,均被列入《綠色債券支持項目目錄(2021版)》。五是強化信用評級行業監管與培育,優化評級產品供給。通過研究制定《綠色債券信用評級標準》,鼓勵評級機構布局環境、社會和治理(ESG)領域等措施,加大信用評級對綠色低碳經濟發展的支持力度。 關于大力推進科技研發,開展“綠氫”制備科技專項支持。一是國家能源局會同科技部聯合印發《“十四五”能源領域科技創新規劃》,圍繞高效氫氣制備、儲運等全產業鏈環節,研究部署“十四五”期間擬重點開展的技術創新任務,并制定各項任務的技術路線圖。二是國家能源局積極配合有關部門推動氫能和燃料電池標準體系建設,指導全國氫能標準化技術委員會、全國燃料電池及液流電池標準化技術委員會等制修訂氫能領域國家技術標準超百項,涵蓋氫安全、制氫技術、氫儲運、加氫站、燃料電池汽車和氫能質量等方面,初步形成氫能標準支撐體系。 感謝您對國家能源工作的關心和理解,希望今后能得到您更多的支持和指導。 ?
08-22

清潔氫發展面臨三大挑戰

?清潔氫一直被吹捧為脫碳的“靈丹妙藥”,但業內機構和專業人士表示,雖然清潔氫確實可以幫助全球實現脫碳,但其發展還面臨規模、成本競爭力和基礎設施三大挑戰,能否成為脫碳的“靈丹妙藥”還不得而知。 發展勢頭增強 截至目前,全球已有41個國家發布國家氫戰略。2050年,全球氫需求預計增長3.5倍以上,從2021年的7500萬噸/年增至2.55億噸/年。??松梨谡J為,到2050年,全球碳捕集與封存(CCS)和氫能的潛在市場規模將分別達到約4萬億美元和1.5萬億美元。 國際氫能委員會發現,到2050年,氫能將占全球能源需求的22%,從現在起到2050年,每年可減少800億噸二氧化碳排放量,相當于將全球氣候變暖限制在1.5攝氏度內所需總減排量的11%。 今年的劍橋能源周會議由標普全球于3月7日~11日在美國得克薩斯州休斯敦舉辦,會上行業領袖一致認為,雖然清潔氫技術已成熟,但需求、產能和規模經濟卻滯后。 標普全球大宗商品洞察公司的氫市場監測報告顯示,目前全球清潔氫產量約為200萬噸/年,但到2030年,全球清潔氫的生產能力將接近3000萬噸/年。標普全球大宗商品洞察公司未來能源團隊經理安妮·羅巴表示,“按照計劃,2025年前全球有700萬噸/年的清潔氫項目將投產。如果按計劃完工,這些項目將占全球氫供應的9%”。 清潔氫的發展速度很快。僅2021年全球就宣布了130多個大型清潔氫項目,當前全球已宣布的大規模清潔氫項目總數接近400個。據國際氫能委員會估計,2030年前,全球在氫能方面的總投資將達到5000億美元。林德公司負責清潔氫的副總裁大衛·伯恩斯表示,“五六年前,我們考慮的是6兆瓦的生產設施?,F在我們正在建設24兆瓦的生產設施。我們的目標是到2030年達到千兆瓦的規模。這就是我們正在關注的規模增長”。 專家認為,未來8年是實現凈零排放目標的關鍵時期,工業氣體領軍企業法液空、林德公司和美國空氣化工產品公司都打算,未來十年投資100億美元或更多資金用于清潔氫項目。 生產成本是關鍵 美國目前的灰氫成本低于1美元/千克?;覛涫亲畛R姷臍湫问?,也是工業溫室氣體的重要來源,因為在制氫過程中產生的溫室氣體排放沒有被捕集。 即使征收碳稅,綠氫成本也需要十年才能接近灰氫成本。伯恩斯表示,“電力成本是清潔氫生產成本中占比最大的,約75%的清潔氫成本來自可再生電力”。2021年,美國能源部宣布了“111”計劃,即在十年內將清潔氫的成本降低80%以上,達到灰氫的每千克1美元大關。中東、南非、大洋洲和南美洲國家的風能和太陽能發電廠將是向清潔氫過渡的關鍵,因為他們的可再生電力成本最低。然而,除非政府的政策、激勵措施和懲罰措施能減少前置生產成本或增加需求,否則成本削減將不可能實現。 法液空美洲公司首席執行官邁克·格拉夫表示,“為了充分發掘氫經濟的潛力,進一步加快低碳、綠氫的發展和部署,美國政府需要盡快制定新的政策,促進市場增長和滲透,并為在運輸和儲存等多個能源領域使用氫能提供激勵措施”。 伯恩斯對此表示贊同,“我們需要將政策、激勵和懲罰結合起來。為碳排放設定一個現實的價格是很重要的,這樣就會知道企業繼續排放的成本是多少”。 基礎設施缺乏 雖然清潔氫被譽為脫碳的“靈丹妙藥”,但其發展仍處于初期階段,面臨基礎設施缺乏的挑戰。但是由于氣候和地緣政治問題,清潔氫的發展不能是緩慢和漸進的,應該是快速和跨越式的。 除了以規?;档蜕a成本,清潔氫行業還需要電解槽容量的快速發展。根據標普全球氫生產資產數據庫,歐洲在電解槽產能方面遙遙領先,在全球宣布2025年前新建19吉瓦的電解槽產能中,歐洲占了近15吉瓦。這種能力加上歐洲天然氣的“天價”(超過350美元/兆瓦時),使得歐盟的綠氫發展速度超過藍氫。 電解槽是達到碳中和所需的數千吉瓦清潔氫產能的關鍵基礎設施,但目前電解槽產能缺乏,并沒有標準化生產。為了實現適當的成本效益,以及提高碳中和社會所需的清潔氫生產能力,電解槽需要標準化、大規模生產。電解槽制造將不會出現瓶頸,但關鍵材料的供應鏈持續中斷可能給清潔氫供應時間表造成壓力。
08-16

垃圾制氫技術研發與產業化進展

氫能全產業鏈包括“制—儲—運—輸—用”五大環節,其中制氫是第一個重要環節。碳排放量較低的制氫方式有技術相對成熟的電解水制氫和甲醇重整制氫,以及生物或生物質制氫、垃圾制氫、太陽能光解水制氫、熱化學分解水制氫等試驗性方法。 近年來,垃圾制氫以其成本優勢獲得了學術界和產業界的關注。垃圾氣化制氫的總生產成本約為28.74元/千克,其中垃圾氣化工段成本為13.80元/千克,合成氣凈化、氫氣分離提純工段成本為14.94元/千克。按照這一測算,垃圾制氫成本比我國已建電解水示范項目的氫氣成本36.4元/千克要低。形成規模效應后,成本有望降到20元/千克以下,與天然氣等化石能源制氫技術成本相當。 垃圾制氫項目的收入方面,除了氫氣銷售收入,還包括垃圾處理費、殘渣銷售收入,以及可能的碳交易收入,能有效分攤制氫成本、降低氫氣價格。此外,垃圾制氫技術還具有重要現實意義: 助推垃圾處理減量化、資源化、無害化。與填埋、堆肥和焚燒等傳統垃圾處理方式相比,氣化占地面積小,不產生二噁英等有毒有害物質,處理后的氣體和殘渣均可利用。 緩解局部資源短缺導致的制氫瓶頸。鑒于部分地區垃圾量大、分布廣泛,以垃圾為原材料制氫,有助于各地區豐富氫能來源、增加氫氣供給、緩解用氫緊張。 從這兩個角度出發,發展垃圾制氫具有積極的意義。那么垃圾制氫現在發展如何了? ? 一 垃圾制氫技術研究現狀 根據技術原理的不同,垃圾制氫技術可分為熱化學和生物化學兩大類。 1、熱化學技術 熱化學技術顧名思義是基于熱化學過程的垃圾制氫技術,原理是有機物在缺氧、高溫條件下被分解為以氫氣、一氧化碳、甲烷為主的合成氣;無機物則被熔化成金屬和玻璃體渣,用于路基、建材等的原材料。典型的熱化學過程包括熱解和氣化,熱解可用于氣化之前,以提高原料的熱值。 熱化學技術適用于可燃固體廢棄物,它是垃圾中的可燃組分,常見的可燃固體廢棄物包括紙類、塑料類、木料類、織物類以及垃圾衍生燃料。熱化學過程在垃圾處理方面的優勢在于減量化,可以最大程度保留垃圾填埋場的空間。據測算,熱化學處理后,垃圾質量減少70%~80%,體積減小約80%~90%。 研究成果表明,不同條件下,基于熱化學技術的垃圾制氫方式的氫氣產率范圍較大,每千克可燃固體廢棄物能生產氫氣約20~178.7克。氫氣產率最高的研究來自Wu和Williams,垃圾種類為聚丙烯塑料,制氫方式為熱解(500℃)與氣化(900℃)兩階段反應,反應過程中加入了Ni-Mg-Al作為催化劑,產物氫氣的濃度為41.65%,氫氣產率為178.7g/kg。 2、生物化學技術 基于生物化學過程的垃圾制氫技術,原理是利用微生物分解垃圾中的有機物以產生氫氣,典型的過程包括光發酵和暗發酵。 暗發酵制氫是指在常壓、缺氧、黑暗條件下,通過厭氧菌分解垃圾中的有機物產生氫氣,其他產物通常為有機酸、醇、丙酮以及CO2。 影響氫氣產率的因素很多,包括底物類別、底物濃度、菌株種類、反應時間、溫度、pH值、氫氣分壓等。由于微生物發酵施加的熱力學限制,較高的底物濃度將導致較低的氫氣產量。此外,過高的氫氣分壓對產率也有負面影響,及時移除產生的氫氣有助于提高氫氣產率。隨著氫氣分壓的增加,乳酸和乙醇等其他產物的濃度增加,氫氣合成減少。 光發酵制氫是指在常壓、厭氧、光照條件下,通過光合細菌分解垃圾中的有機物產生氫氣。 光轉換效率、微生物菌株、垃圾類型以及反應條件共同對氫氣產率施加影響。最佳的反應條件主要取決于菌株種類,通常溫度為35~37℃,pH為5~7左右。生物化學制氫的能源消耗強度遠低于熱化學過程,但氫氣產率和反應速率較低。 研究結果表明,各類市政污泥和餐廚垃圾發酵制氫的氫氣產率約為8.6~174.6mL/gVS。氫氣產率最高的研究來自Cheng等,反應采用餐廚垃圾和污水污泥共同發酵的方式進行,有機負荷為20gVS/L,發酵溫度為35℃,初始pH為6.0,總碳轉化效率為63.3%,能量轉化效率為56.6%,氫氣產率為174.6mL/gVS。 ? 二 垃圾制氫產業化進展 隨著氫能重要性的提升,近年來許多企業開始探索垃圾制氫產業化。據不完全統計,全球已有16個垃圾制氫產業化項目,主要分布在歐洲、美國、日本等,詳情如圖所示。 我國是世界第一制氫大國,2019年氫氣產量約3342萬噸,占全球總量的37.13%。其中,煤制氫、天然氣制氫、工業副產氫等方式占比分別達到63.54%、13.76%、21.18%,電解水制氫總量約50萬噸,僅占1.50%。低碳、清潔的氫氣尚未實現大規模供給。 垃圾制氫作為一種新興的低碳氫供給方式,也有望在我國氫能產業發展中起到重要的支撐作用。 ? 三? 當前面臨的主要問題 當前垃圾制氫技術研發及產業化面臨的主要問題主要有以下四個方面。 1、減碳仍是難題 雖然垃圾制氫的優勢突出,但不可忽視的是,垃圾中的有機物經高溫氣化將產生大量CO2。這也意味著,要讓垃圾制氫變得低碳環保,碳捕集封存利用不可或缺。2021年12月,美國初創企業Mote宣布,將在2024年前建成一座利用木質廢料、配備有碳捕捉與封存裝置的制氫工廠,從全生命周期來看,該制氫工廠有望成為全球首個“零碳”綠氫工廠。 2、能源利用效率偏低 制氫過程需要消耗能源,從能源利用的角度看,垃圾制氫效率遠低于甲烷蒸汽重整、水電解等方式。研究結果表明,垃圾氣化、甲烷蒸汽重整、水電解制氫的熱效率分別為35%~50%、70%~75%和75%~80%。垃圾的種類、尺寸、形狀和含水量等因素都會影響反應器效率和氫氣產率,進而影響制氫能源利用效率。 3、垃圾質量不達預期 我國城市生活垃圾與發達國家城市生活垃圾差異較大,廚余含量高、含水率高、熱值低,對項目運行的穩定性和經濟性,以及污染物的達標排放存在影響。同時,垃圾原料性質是垃圾氣化反應器和系統的主要設計依據,若直接引進國外主流技術,可能出現水土不服的情況。 4、氣化技術有待進步 垃圾氣化制氫是在垃圾氣化技術上衍生出的新技術,而垃圾氣化技術對產業技術基礎要求較高。國外對垃圾氣化技術的研究起步比較早,在熱分選氣化技術和等離子體氣化技術等領域有較多積累,已研發出工業級技術設備。例如,美國西屋等離子體公司在20世紀90年代就取得較大進展,并于2003年在日本建設了220噸/天的用于處理生活垃圾和汽車廢渣的等離子體氣化工廠,產物合成氣用于發電。然而,我國等離子體氣化技術直到2018年才進入工程應用階段。 垃圾制氫作為一種新興的低碳氫供給方式,也有望在我國氫能產業發展中起到重要的支撐作用。研發大規模、低成本、低碳排放量的制氫技術是氫能實現產業化的前提條件,是氫能產業發展亟待解決的問題。從我國垃圾原料性質、制氫技術進展等看,可以從垃圾分類、制氫技術裝備研發、碳捕集封存利用技術創新、項目試點示范等方面推進我國垃圾制氫研發與產業化進程。
08-11

寶馬將大規模生產氫燃料電池汽車

寶馬正在推進氫燃料電池汽車的批量生產。首席執行官Oliver Zipse向德國商報(handelsblatt)宣布:氫作為能源載體將在世界許多地區發揮重要作用。為此,寶馬集團在一份聲明中表示將在歐洲道路上對使用氫燃料電池驅動的系列車輛進行日常測試,寶馬首款小型氫燃料電池汽車將在2022年底亮相。 寶馬計劃將氫氣作為重要的動力系統支柱。首席執行官Zipse表示:“寶馬X系列的高端產品在客戶中非常受歡迎,現階段的能源危機極大地推動了氫氣推進,未來還將看到燃料電池在新類別中批量生產”。 自2013年以來,寶馬一直與日本汽車制造商豐田合作開發燃料電池技術。最近,一家中國汽車制造商首次宣布大規模生產氫燃料電池汽車,德國航空航天中心的研究人員宣布以低價推出一款氫燃料電池汽車。 寶馬計劃批量生產氫燃料電池汽車,寶馬集團發展董事會成員Klaus Fr?hlich表示:“不同的替代驅動系統將在未來共存,因為沒有一個單一的解決方案可以滿足全球客戶的所有移動需求。從長遠來看,氫燃料電池驅動可以成為驅動產品組合的第四大支柱?!? 在氫推進方面是先有雞還是先有蛋的問題,隨著寶馬氫燃料電池汽車的首次道路測試而變得具體起來,以至于在批量生產開始之前,仍有一些障礙需要克服。寶馬集團氫燃料電池項目經理Axel Rücker表示:“只要加氫站網絡仍然薄弱,客戶的低需求將導致燃料電池汽車無法實現盈利批量生產;反之,只要道路上幾乎沒有氫燃料電池汽車,運營商就不愿意擴大加氫站網絡的布局?!?
07-19

綠氫占七成!歐盟可再生能源法案通過

歐盟時間2022年7月13日,歐盟議會以54票贊成、14 票反對和 6 票棄權通過了提升可再生能源占比的法案修正案,該法案由ITRE(歐洲議會的工業、研究和能源委員會)提交。 在面對能源短缺的沖擊和局部熱點問題的焦慮中,歐盟最終還是將2030年可再生能源發展目標提升至45%,歐盟降低應對氣候變化目標的傳言不攻自破。同時,在綠氫、交通、建筑等領域提出了更加明確的要求,以保證可再生能源發展目標切實推進。 一? 重磅內容 2021年7月,歐洲提出“Fit for 55”(承諾在2030年底溫室氣體排放量較1990年至少減少55%的目標)一攬子新法案,其中提升可再生能源占比的法案是重要的組成。 經過多次修改,此次投票通過的修正案重要內容如下(以下內容根據最新版修正案和歐盟議會官網新聞整理,最終內容以官方修正案終稿為準): (1)2030年可再生能源占總能耗比例提升至45% 今年5月,歐盟委員會在官網公布了“REPower EU”能源計劃,提出2030年可再生能源占比達到45%的目標,根據該目標歐盟的風能、太能能裝機目標將顯著增加。 但由于受到能源短缺的沖擊,各界對于歐盟能否在最終法案中確定45%的目標疑慮重重,即便是最新提升可再生能源的法案中,仍維持原來40%的目標。 而此次投票,將2030年可再生能源目標確定為45%,表明了歐洲各國應對氣候變化的一致雄心!同時,修正案要求成員國跨境可再生能源發電項目翻倍(每個成員國增加至2個),以及對可再生能源技術創新提出了要求,在2025年至2035年期間,創新型可再生能源技術(如波浪或潮汐技術)要占新增可再生能源裝機至少5%的目標。 (2)重點加碼綠氫發展 隨著減碳要求的加強,歐盟氫的使用量將快速增長,為控制制氫產生的排放,歐盟對綠氫發展進行嚴格要求。 在目標上,要求非生物基可再生能源制氫(新能源制氫)在終端用氫(含原料應用)占比達到40%,而2035年更要求達到70%的比例。修正案提出了低碳氫的概念,即生產過程中溫室氣體減排量超過70%的氫能才能算作低碳氫,2030年低碳氫(含綠氫)在氫能中的占比不低于50%。交通領域低碳氫使用比例要求翻倍,2028年占交通用能比達到2.6%,2030年需達到5%,原提案僅要求2030年達到2.6%。 嚴格要求制造綠氫的電力來源于可再生能源:成員國必須確??稍偕剂系碾娏υ趪夷茉春蜌夂蛴媱澲?。為確保綠氫用電完全是可再生的,制氫設備可以通過直接連接可再生能源發電設備,但如果是購買電力的方式,需要確保購買的綠電滿足制氫需求并保證按時刻進行電力平衡。 (3)各部門降碳目標提升 2030年建筑行業總用能中,可再生能源占比至少達到49%(維持原稿內容)。加大交通領域使用綠電和綠色燃料的比例,在原提案基準,即2030年交通部門中可再生能源占比超過14%的基礎上,溫室氣體排放強度再降低20%。 為促進交通減碳目標的完成,除了要求低碳氫使用量在原提案基礎上翻番外,也加強高級生物燃料和生物制氣的應用,要求生物質占交通用能比例2022年達到0.4%,2025年達到1%,2030年達到5%,與原提案相比也實現翻番。 為了確保生物質液體和氣態燃料的來源,限制生物質固體燃料使用范圍,只有在熱功率大于20MW以上(原提案為5MW),才鼓勵生物質直接進行電、熱、冷聯產。 ? 二? 中歐對比及啟示 此次投票是歐盟氣候政策的重大勝利,某種程度也是中國新能源裝備企業的重要勝利,因為歐盟大部分光伏組件均需要從中國進口。在輿論的質疑以及歐盟各成員國、各利益相關方不斷角力的過程中,盡管有所搖擺,但歐盟應對氣候變化和發展可再生能源的措施始終在加碼。 在周三的另一次投票中,歐洲議會通過了修訂能源效率的法案,該法案中,歐盟的一次能源和終端能源消費均提高了節能目標:要求成員國應共同確保到2030年,終端能源消耗至少減少40%,一次能源消耗減少42.5%(相對2007年值)。這分別相當于終端能源消費減少7.4億噸石油當量,以及一次能源消費減少9.6億噸石油當量。 毋庸置疑,歐盟應對氣候變化的理念和經驗仍然值得我們借鑒,尤其在各項草案修正的過程中,歐盟應對暴漏出來的問題的切實舉措,值得我們深思: (1)從國情出發制定長期、務實的能源轉型方案。對比歐盟與中國的可再生能源發展現狀(圖1),歐洲可再生能源(含水能)占比達到19%,中國約13%。對比尤其明顯的是中國非水可再生能源占比僅為歐洲的50%。 盡管如此,中國發展新能源仍取得了舉世矚目的成就,實際上我國青海、甘肅等省份新能源發電量占比已高于歐洲的水平。歐洲非水可再生能源滲透率較高得益于氣電、水電等靈活性電源占比高等有利條件,而我國以煤電為主的電源結構顯然不利于新能源的調節與消納(圖2)。同時,歐盟充分的電力市場環境下,能引導用戶側參與電網調節,也提升了新能源的滲透率。 歐洲(上)和中國(下)可再生能源占比 歐洲(上)和中國(下)各種電源電量占比 中國以煤為主的國情,注定了我們要走一條更加艱難的“先立后破”的道路。首先是形成適應新能源大規模接入的電力系統環境,促進各類電源主體的協同發展,煤電、抽水蓄能、常規水電、氣電齊上陣,千方百計提高電源端的靈活性。 其次是完善新能源的并網主體地位與責任,在地位方面支持分布式新能源、微電網在接網和交易的對等主體地位,形成集中與分散并舉的可再生能源開發格局;在責任方面,各地陸續出臺的“兩個細則”對新能源功率預測與調節、電網安全支撐能力方面提出了更高的要求,高比例滲透率下如何實現新能源與電網的友好互動亟須破題;三是激發電力市場活力,用價格信號調動負荷側靈活性資源的廣泛參與。 (2)從根源上體現可再生能源的環境價值。歐盟可再生能源良性發展的一個重要原因是,可再生能源相對化石能源具有一定的經濟競爭力,這得益于歐盟碳市場(EU-ETS)的貢獻。 目前,歐盟碳市場中發電行業實現完全有償配額,由于EU-ETS碳配額價格高昂,促使可再生能源的使用具有較好的競爭力。與碳邊境調節機制(CBAM)相關聯,2032年前歐盟對各行業將逐步退出免費配額,將促使各個行業更多使用綠電、綠氫等可再生能源。相配套的是,歐盟對于綠氫等二次能源的可再生特性追溯非常嚴格(已充分體現在法案中),要求制造綠氫的可再生能源電力在時間上進行平衡。 相對而言,我國碳市場建設仍處于非常初級階段,為提升可再生能源的競爭力,在配額發放方式、總量控制方面應逐步趨嚴,以促進環境溢價的出現,以經濟手段促進更多資源向新能源領域集中。 隨著CBAM的推進,國際接軌的必要性顯著增加,而CBAM需納入企業用電產生的間接排放,所以對于企業使用的綠電可追溯性要求加強。所以,企業在采購綠電時也需要進行時間上的發用電曲線匹配,雖然增加了綠電交易的難度,但客觀上有利于新能源的消納與長遠發展。
07-11

搭B8氫能引擎,豐田首款“陸巡”氫能版曝光

陸巡作為豐田旗下的一款硬派越野車型,自其誕生以來,市場銷量一直都是非常不錯的,并且在國內汽車界更是被推上了神壇,成為了眾多消費者喜愛的對象。近日,全球首款陸巡氫能版曝光,新車預計2030年首發上市,將搭載由雅馬哈注資打造的B8氫能引擎。 從所曝光的信息來看,新車全體采用了藍色+白色的雙色布局設計,讓新車在氣質方面更加突出。在前臉部分,新車的進氣格柵采用大尺寸設計,中間帶有獨特的品牌標識,進一步提升了新車的辨識度,兩側的大燈則加入了更加年輕動感的設計,將年輕化的潮流和復古的元素進行了融合,看上去霸氣十足。車身側面的線條更為硬朗,在視覺效果方面更加狂野;新車車尾部分則采用了方正的設計,兩側的尾燈為分體式設計,進一步凸顯了新車的身份。 內飾部分的信息尚未曝光,預計新車將延續以往車型的配置,搭載大尺寸的懸浮式中控屏和科技新配置,極大的提升新車的科技感,還將標配豐田全新的智能控制系統,在定速巡航、TSS駕駛輔助等智能駕駛功能上也將比上一代車型更加全面。 “陸巡”氫能版最大的亮點便在于動力系統,新車將搭載由雅馬哈注資打造的B8氫能引擎,其核心部件為燃料電池動力系統,依靠燃料電池系統將氫轉換為電能,電流再驅動電動機,產生能量以驅動車輛行駛,其余的電流儲存在車身的電池里,而反應剩下的質子可以通過質子交換膜與氧化合為純凈的水排出。新車動力系統的最大功率為331kW,峰值扭矩為540牛米。
06-30

氫能產業如何健康有序發展

在全球能源轉型、實現碳中和過程中,氫能承擔著不可替代的重要角色。我國具有良好制氫基礎和大規模應用市場,氫能產業呈現積極發展態勢。2022年,國家發展改革委、國家能源局聯合印發《氫能產業發展中長期規劃(2021—2035年)》,從戰略層面對氫能產業發展進行了頂層設計?!督洕請蟆费垖<覈@氫能產業健康有序發展進行研討。 (主持人:經濟日報理論部主任、研究員 徐向梅) 我國氫能產業進入快速發展窗口期 主持人:我國氫能產業經歷了怎樣的發展歷程? 劉毅(清華四川能源互聯網研究院副院長):氫能是未來零碳能源體系中至關重要的組成部分,是目前唯一大規??缂竟澊鎯稍偕茉吹氖侄?。其中,綠氫是諸多行業深度脫碳的唯一手段,包括以石化、化工、鋼鐵為代表的工業領域,以冷暖供應為代表的建筑行業以及以重卡、航運和航空為代表的交通行業??稍偕茉闯杀鞠陆?、綠氫制備應用技術進步和全球“雙碳”轉型要求,推動綠氫快速發展。歐盟、美國、德國、英國、日本、韓國等主要經濟體紛紛推出氫能發展戰略。 “十四五”規劃之前,氫燃料電池汽車是氫能發展重點。2000年,我國正式開展氫燃料電池汽車研發工作。隨后,氫燃料電池及技術相繼納入《節能與新能源汽車產業發展規劃(2012—2020年)》《能源技術革命創新行動計劃(2016—2030年)》等政策規劃計劃中。特別是,“推動充電、加氫等設施建設”寫入了2019年《政府工作報告》。經過多年努力,我國初步掌握了氫燃料電池電堆及其關鍵材料、動力系統、整車集成和氫能基礎設施等領域的核心技術,培育出億華通、重塑股份等領先企業,燃料電池成為氫能較為成熟的應用領域。2020年啟動的燃料電池示范城市群申報工作,進一步推動了氫燃料電池汽車行業發展。從各城市群發布規劃來看,北京、上海、山東、內蒙古等11個重點?。▍^、市)將在2025年實現共計超過8萬輛燃料電池汽車的應用推廣。2021年我國氫燃料電池汽車年銷售1881輛,建成加氫站264座。 2020年是我國氫能產業發展的重要年份。氫能首次寫入《中華人民共和國能源法(征求意見稿)》,從法律上正式步入能源體系。隨著“雙碳”目標和“1+N”體系確立,我國氫能規劃從以燃料電池為主,向能源、工業、建筑等多領域拓展。自2021年以來發布的碳達峰、碳中和“1+N”系列政策文件都涉及氫能,但對其定位最清晰準確的還是《氫能產業發展中長期規劃(2021—2035年)》,即從生產端:氫能是未來國家能源體系的重要組成部分;從消納端:氫能是用能終端實現綠色低碳轉型的重要載體;從產業端:氫能產業是戰略性新興產業和未來產業重點發展方向。 隨后各地氫能產業政策密集出臺,近30個省份及直轄市發布氫能發展相關政策方案。多數?。▍^、市)將氫能發展規劃納入新能源汽車產業、整體能源發展、戰略性新興產業發展或區域“十四五”規劃當中,北京、山東、四川、河北、內蒙古5個?。▍^、市)專門出臺了氫能整體產業發展規劃和政策,重心從交通為主轉向多領域拓展。從區域布局來看,各地結合頂層設計與自身資源稟賦推行氫能政策,力爭成為細分領域的領頭羊。廣東聚集有16家燃料電池系統企業、13家電堆企業、13家膜電極企業等大量燃料電池相關產業鏈企業,形成了燃料電池產業集群,但氫氣資源相對缺乏,因此以佛山為代表的地區一直深耕高附加值的燃料電池產品,通過關鍵零部件研發補貼、加氫站建設補貼等方式推動行業發展;內蒙古、寧夏等地擁有豐富的可再生能源與氫能應用場景,各級政府積極支持風光制氫一體化發展,并開展“多能互補+氫”“源網荷儲+氫”等多個綠氫示范項目;北京、上海等地擁有豐富的工業副產氫以及大量科研院所,適合氫能產業綜合發展與前沿技術開發,推出多項措施對氫能研發單位、科研成果給予獎勵補貼。 需要注意的是,我國氫能在儲能、發電和工業等新領域的應用仍處于發展初期階段。為做好相應技術攻關,2021年《關于組織開展“十四五”第一批國家能源研發創新平臺認定工作的通知》《“十四五”工業綠色發展規劃》陸續印發,鼓勵氫能與可再生能源協同發展,推動氫能在化工、冶金等行業的關鍵技術攻關及應用。一批綠氫應用項目即將落地,為推動氫能多元利用、穩步構建氫能產業體系開了一個好頭。 我國氫能產業進入快速發展窗口期,圍繞生產、消納、產業等方面定位,氫能產業發展進入“從氫燃料到氫能源再到多領域拓展,區域布局強調統籌謀劃、因地制宜、重點突出,產業發展以市場主導、創新驅動、完善規范”的新階段。 世界氫能產業加速布局 主持人:世界氫能利用及發展趨勢如何?我國氫能產業發展有哪些特點? 魏鎖(中國產業發展促進會氫能分會會長):全球能源結構正在向以清潔能源為主體的新型能源系統方向轉變,氫能作為最具發展潛力的清潔能源之一,一方面能有效解決可再生能源大規模發展面臨的消納問題,另一方面也是實現交通、工業和建筑等領域大規模深度脫碳的有效路徑。各國積極布局氫能產業,全球已有20個國家和地區發布氫能發展戰略,氫能產業發展呈現以下趨勢。 氫燃料電池產業化浪潮加速。經過近30年持續研發,燃料電池在能量效率、功率密度、低溫啟動等方面取得突破性進展,新一輪燃料電池汽車產業化浪潮正在迫近。國際領先企業已開展燃料電池電堆、催化劑、質子交換膜及燃料電池汽車等商業布局,燃料電池產業正從小規模示范轉向大規模商業化應用。 低碳氫能呈現巨大發展空間。當前,傳統化石能源制氫仍是主要制氫方式,占全球氫氣產量的78%以上,但低碳制氫取代傳統能源制氫的速度正在加快。包括藍氫和綠氫在內的低碳制氫技術快速發展,全球各大能源公司多傾向將化石能源制氫和副產氫配備碳捕獲、封存及利用技術(CCUS)作為向綠氫過渡階段的主要制氫技術,同時電解制氫設備運營規模提升,2021年全球低碳制氫產能達55萬噸/年,新增電解制氫設備運營規模468MW(兆瓦)。在全球節能減排大背景下,“可再生能源+氫能”替代化石能源成為能源變革的重要方向,據不完全統計,截至2021年,全球約有500個氫能項目,其中約120個在建綠氫項目,全球規劃中的吉瓦級綠氫項目規模合計達144.1GW(裝機容量)。 儲運技術成為氫能產業鏈發展的關鍵。從全球氫儲運技術來看,主要以管道、高壓氣態、低溫液態等形式為主,各國依托既有產業技術和基礎采取不同儲運方式。歐洲以發展管道輸氫為主,利用現有天然氣基礎設施逐步建設泛歐洲氫氣管網,預計2040年總長度達2.3萬公里;美國管道輸氫和液態儲運技術成熟,擁有全球一半里程的輸氫管道,運營15座以上液氫工廠,總產能超過326噸/天,居全球首位;日本和韓國正發展有機化合物、液氨和液氫的跨洋運輸供應鏈。 加氫站建設穩步推進。全球加氫網絡建設加快,截至2021年全球建成加氫站800多座,其中30%為液氫加氫站,主要分布在日本和美國,歐洲大多數加氫站采用站內電解水制氫技術,我國35MPa(車載儲氫瓶壓力等級)商用車加氫站及混合加氫站布局速度居全球首位。從各國發展戰略看,預計2030年全球加氫站數量將超過4500座,形成多元化、網絡化氫能基礎設施體系。 氫能應用領域逐漸拓寬。隨著產業技術快速發展,氫能能源屬性逐漸明確,有望在氫冶金、綠氫化工、氫儲能、綜合能源、智慧能源系統中全面應用。同時,國際氫能標準體系日趨完善,截至2021年ISO(國際標準化組織)氫能技術現行標準為89項,主要涉及氫能儲運、氫能安全、氫能檢測試驗方法、氫能制取設備和加注環節關鍵部件;IEC(國際電工委員會)燃料電池方面技術現行標準26項,主要圍繞燃料電池術語、燃料電池模塊以及不同類型燃料電池的安全性、相關試驗及測試方法等方面。 近年來,我國已初步形成較為完整的氫能產業鏈,自主化水平快速提升,氫能技術基本能夠支撐產業發展。具體看,一是政策體系不斷完善。目前已啟動兩批燃料電池示范城市群建設,“氫進萬家”等一系列支持產業發展政策相繼出臺,各?。▍^、市)因地制宜布局氫能產業,累計出臺相關政策164項。二是產業規??焖僭鲩L。2021年我國氫氣總產量達3300萬噸,應用場景進一步擴大,交通領域燃料電池汽車保有量近9000輛,工業、建筑、分布式能源領域應用正加快布局。三是氫能技術研發持續突破。制氫環節,可再生能源電解水制氫是主要發展方向,我國堿液制氫技術全球領先,質子交換膜制氫技術正加速發展;儲運環節,目前氫氣運輸以20MPa高壓氣態儲運為主,管道輸氫、液氫儲運技術和裝備處于研發驗證階段,化合物儲氫在局部地區實現應用;應用環節,氫燃料電池領域快速突破,催化劑、質子膜、碳紙、膜電極、電堆等多項技術已實現國產化。與國際先進技術相比,我國在氫能各個環節裝備及產品性能、使用壽命、制造工藝等方面還有一定差距,特別是高性能材料和精密制造部件仍存在“卡脖子”現象,在產業規模、技術水平、材料研發、生產工藝、專利和標準輸出等方面仍需加強創新攻關。 總體來看,國際氫能產業尚處于培育期。我國雖起步較晚但發展較快,具備快速推進氫能規?;瘧门c技術迭代升級的能力和條件,有著巨大的市場空間,有望在2030年前達到國際先進水平。 圍繞綠氫供應疏通產業鏈堵點 主持人:作為新興產業,氫能終端應用前景如何,還有哪些瓶頸待突破? 劉堅(國家發展改革委能源研究所副研究員):能源結構轉型是推進“雙碳”目標工作的主線,需要我們同步推動能源生產和消費革命,既要在能源生產側大力發展可再生能源,又要盡可能提升終端用能電氣化率,進而最大程度減少化石能源消費。但以風電、太陽能發電為主的可再生能源電力存在間歇性、波動性問題,化石能源作為工業原料、交通燃料以及高品質供熱的終端用能消費難以直接通過電力替代。氫能憑借能量密度高、便于大規模存儲、應用場景多等特點,在為高比例新能源電力系統提供大規模長周期儲能的同時,也為用能終端脫碳提供了全新選擇。在未來高比例可再生能源系統中,綠氫與綠電可以優勢互補共同助力可再生能源價值從電力系統拓展至整個能源系統。 近年來,隨著燃料電池汽車試點推進和資本投入規模不斷加大,國內燃料電池核心零部件技術水平及系統集成能力顯著提升。相比之下,當前氫能生產主要依賴煤炭、天然氣等化石能源“灰氫”,而以可再生能源為基礎的綠氫供應在制、儲、運、加等環節仍存在堵點,需要從技術、標準、管理等方面突破。 一是聚焦綠氫供應鏈短板,加強核心技術攻關。目前堿性電解水設備成本較低,但在波動電源適應性、能耗、占地、維護成本方面存在劣勢。質子交換膜(PEM)純水電解對波動性電源的適應性較強,但目前國內研發制造PEM純水電解設備的企業比較少,規模經濟不足。高溫固體氧化物電解轉換效率高,但目前仍處于技術研發和示范階段。地質儲氫和電制燃/原料是氫能大規模長周期存儲的重要方向,我國氫儲能研究起步較晚,氫儲能項目數量和技術水平與國際先進水平仍存在差距。在金屬儲氫、有機物儲氫以及合成氨儲氫等方面國際上仍處于探索階段,應用前景具有較大不確定性。因此建議重點攻關低成本、高靈活、高效率的電解水制氫技術,加強電解水制氫與上游波動性可再生能源發電和下游綠氫化工生產工藝的無縫銜接,降低終端化工產品碳強度。加大燃料電池關鍵材料技術研發力度,降低燃料電池對稀有金屬的依賴。評估地質儲氫資源潛力,深入研究氫能長周期儲能可行性和經濟性。不斷提升關鍵技術自主創新能力,打造具有完全自主知識產權的綠氫技術鏈條。 二是加大行業間協調力度,完善綠氫監管與標準體系。氫能屬于危險化學品,制氫場地需建設在化工園區,加氫站商業用地與制氫工業用地的性質矛盾還未調和,可再生能源制氫及制儲加一體站的建設運營面臨障礙。目前40MPa高壓及液態氫民用化進程緩慢,缺乏相關標準和規范。建議盡快明確綠氫生產、儲運、應用等環節的歸口管理部門,完善相關管理章程和法規,制定統一、完善、連貫的制氫站、加氫站建設和運營審批政策及流程。加快現有涉氫標準規范修訂工作,從通用安全要求、臨氫材料、氫氣密封、防爆等方面細化和完善氫能標準設計,建立健全包含檢測、計量及售后服務保障在內的技術產品標準體系。 三是多措并舉降低綠
06-23

氫儲能成全球氫能發展新方向

氫能來源廣泛、應用場景豐富,可實現電網、熱網、油氣網之間的聯通耦合,是未來二次能源體系中電能的重要補充。綠色氫能的開發與利用已成為全球應對氣候變化的重要途徑和能源變革的重要方向,也將成為世界各國能源技術與產業競爭的焦點。我國近期發布的《氫能產業中長期發展規劃(2021-2035)》也明確了可再生能源制氫在能源綠色低碳轉型中的戰略定位、總體要求和發展目標,對氫能產業的高質量發展將發揮重要指導作用。但也要認識到,氫能的戰略地位和經濟合理性主要取決于可再生能源轉型中的大規模長周期能量儲存與多元化終端利用需求,而且氫儲能自身也存在較明顯的技術路線、資源潛力及經濟性問題。 鹽穴是地質儲氫的理想選擇 氫氣可被注入鹽穴、地下含水層、廢棄油氣田及礦坑等儲氣庫從而實現大規模長周期存儲。作為最輕的氣體,氫易于擴散,因此氫儲能對密閉性有著極為嚴格的要求。鹽穴有良好的氣密性,且鹽不與氫氣反應,是地質儲氫的理想選擇。目前全球有4個正在運營的鹽穴儲氫項目,其中3個位于美國墨西哥灣地區,而廢棄油氣田儲氫尚在小型實驗階段。 美國早在20世紀70年代就已開始研究將氫氣儲于地下的可能性,大型儲罐和地質儲氫是美國能源部研發項目的重要組成部分。2019年,位于美國猶他州的"先進清潔能源儲存"項目啟動,項目計劃2025年在該州德爾塔鎮附近建立一個大型綠色儲氫中心,并將電解水制氫儲存在100個巨大的地下鹽穴中,以平衡季節性的能源需求。2020年,美國能源部先后發布《氫能計劃發展規劃》和《儲能挑戰路線圖》,地質儲氫的識別、評估和論證被列為關鍵技術領域研發及示范重點。 2020年11月,英國政府推出一項新計劃"綠色工業革命十點計劃",希望于2030年實現5吉瓦的低碳氫產能,并制定了"英國氫能網絡計劃",旨在有效推動英國地下儲氫的發展。2021年8月,英國發布首個國家氫能戰略,鹽穴儲氫作為氫氣儲運方案被提及。英國地質調查局(BGS)強調了地質學在支持英國長期能源轉型中的重要性,指出地下儲氫是英國實現凈零排放的四項技術之一。為了支持更多地使用地下儲能技術,英國地質調查局正在進行試驗,研究鹽穴的可循環使用性和安全性。 除鹽穴外,瑞典發起的地質儲氫項目將采用巖洞儲氣庫,目前處于建設中。澳大利亞和阿根廷在廢棄油氣田儲存的天然氣中混入了10%比例的氫氣,項目正在試運營階段,目前未發現對儲氣庫和設備造成不利影響。此外,德國的南北跨區輸氣管網容量是輸電容量的4倍,歐洲的儲氣總容量能達到全年用氣需求的22.8%,相較其抽水蓄能的儲能潛力僅為年發電量的1.65%,這意味著歐洲的供氣管網有足夠的容量輸送、儲存氫氣及合成甲烷。 經濟性方面,美國能源部針對地下管道儲氫、內襯巖洞儲氫、地下鹽穴儲氫的成本進行了分析。其中500噸儲氫規模地下管道儲氫投資成本為516-817美元/千克,其中管道成本占比超過60%,剩余近40%為管道安裝及工程建設成本,平準化儲氫成本為1.87-2.39美元/千克;內襯巖洞儲氫投資成本為56-116美元/千克,其中巖洞挖掘、內襯、壓縮機及管道成本占比約80%,平準化儲氫成本(LCOHs)為0.31-0.43美元/千克;地下鹽穴儲氫投資成本為35-38美元/千克,其中地下工程成本占比約50%,平準化氫儲能成本為0.19-0.27美元/千克。隨著各類地質儲氫壓力增加,單位儲氫空間需求及平準化儲氫成本也隨之下降。另據彭博新能源財經分析,目前鹽穴、廢棄氣田、巖洞及人工容器基準儲平準化儲氫成本在0.19-1.9美元/千克,未來可能降至0.11-1.07美元/千克。 但有研究發現,采用枯竭油氣藏或含水層儲氫,氫氣可能與儲層中的古微生物或礦物成分發生反應,不僅會消耗掉部分儲存的氫氣,且產生的反應物也存在堵塞儲層孔隙的可能,不利于氫氣的長期儲存。根據IEA《能源技術遠景—清潔能源技術指南》,廢棄油氣田儲氫目前面臨的困難包括氫氣在油氣田孔隙儲層可能發生的化學或生物學反應、微生物導致的氫氣消耗、生成硫化氫有毒氣體等。 電制燃料技術路徑選擇與成本緊密相關 電制燃料(PtX)是氫儲能的新方向,它以電制氫為核心,將電能轉化成為氫氣、氨氣、甲烷及汽柴油中的化學能,從而進入到后續的化工、交通、發電、供熱、儲氣等豐富多樣的終端應用中。目前基于低溫電解技術(堿性、質子交換膜)的電解池已相對成熟,單堆功率已達兆瓦級,綜合能效為60%~70%,高溫固體氧化物電解技術有望將能效進一步提高至85%以上。 電制燃料的技術路徑選擇與投資成本緊密相關。由于電解槽投資成本較高,有研究顯示電制燃料項目的年運行小時數至少需要達到3000小時,甚至6000小時才具有經濟性。為此,可通過風電、光伏、水電等不同可再生能源發電打捆的方式實現綠電制氫,一方面可提升電解槽利用率,降低綜合制氫成本,一方面可改善電解槽運行工況,延長設備使用壽命。此外,由于可再生能源系統存在快速瞬時變化與間歇波動特性,而化工生產又需要連續穩定,兩者在技術上存在難以耦合的情況,因此通過電制燃料可破解氫氣儲存難題,實現上游制氫工藝與下游化工流程的解耦。 對比液氫、合成氨兩類電制燃料氫儲能及有機液體儲氫的平準化成本。其中,合成氨成本較低,在目前基準情景下氫氣儲能成本為2.83美元/千克(17.8元/千克),未來有望降至0.87美元/千克(5.5元/千克)。 我國應積極推進氫儲能發展 考慮到與美歐相比,我國氫儲能方面的研究起步較晚,氫儲能項目數量和技術水平仍有較大差距。我國已建成27座地下儲氣庫,形成100億立方米調峰供氣能力,最高日調峰能力超過1億立方米,但尚無地下儲氫庫,地質儲氫經濟性研究不足。地質儲氫和電制燃料是需要政策、經濟和技術支持的系統工程,當前看實現規?;彤a業化的氫儲能仍然任重道遠。因此聚焦地質儲氫和電制燃料兩種技術路線,在梳理全球技術研發及示范工作進展的基礎上,我國推進氫儲能發展應從以下兩方面著力。? 我國應研究適合國情的氫儲能技術路線。以美國、英國為代表的發達國家在氫儲能技術示范方面已積累一定經驗,我國氫儲能發展應結合地質條件和電制燃料技術水平,合理借鑒國外案例與經驗,選擇符合國情的氫儲能發展道路。 我國需要加大氫儲能技術研發。目前氫儲能還存在明顯技術與成本問題,應加強國家層面支持政策設計,完善儲能產業規劃和科技創新政策體系,設立地質儲氫和電制燃料專項資金,加大科研機構和企業研發支持力度。
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