儲能為氫能發展帶來了新的想象空間。

文/每日財報 劉雨辰

 

臨近冬奧會，氫能源概念股又火了。

 

因為這一屆冬奧會，大量采用了氫氣能源，從火炬的燃料，到冬奧會的氫燃料汽車都有其身影。

 

另外，我們看到，不管是中央層面，還是地方政府，也密集出臺相關政策推動氫能源的發展。

 

氫能源能否像鋰電帶動萬億市場呢？

 

能源轉型的重要拼圖

 

2020年，全球二氧化碳排放總量達 319.8 億噸，較上世紀末增長38.4%。全球氣候變化是全人類面臨的嚴峻挑戰，關系世界各國的可持續發展。

 

1992年，聯合國大會通過了《聯合國氣候變化框架公約》，這是世界上第一個關于控制溫室氣體排放、遏制全球變暖的國際公約，公約明確了世界各國“共同但有區別的責任”、公平、各自能力原則和可持續發展等原則。此后京都議定書、巴厘路線圖、哥本哈根協議、巴黎協定等會議信息明確了未來全球應對氣候變化的具體安排，長期目標是將全球平均氣溫較工業化時期上升幅度控制在 2℃以內，并努力將溫度上升幅度限制在 1.5℃以內，該目標在2021年格拉斯哥大會得到強化。

 

對比美國和歐盟通過50-70年左右時間實現從碳達峰到碳中和的轉變，我國劃定的目標時間僅為30年，需依靠更強有力的政策和更高的執行力度。

 

2020年，我國能源消費總量49.8億噸標準煤，其中原煤、原油、天然氣占比分別為56.8%、18.9%、8.4%，水電、核電、風電等清潔能源占比僅有15.9%。加快能源轉型速度已經迫在眉睫，作為新能源的重要組成部分，氫能不可或缺。

 

三大優勢決定了發展氫能是大勢所趨。

 

第一，氫氣熱值是常見燃料中最高的，可達142KJ/g，這一水平大約是石油的3倍、煤炭的4.5倍。這意味著，消耗相同質量的能源，氫氣所提供的能量最大，順應汽車輕量化的大趨勢。

 

第二，氫氣燃燒的產物是水，完全無污染，能夠真正實現理論意義上的零碳排放。我國在大力發展風電、光伏等清潔可再生一次能源，結合水電解制氫技術，可實現全生命周期的清潔低碳，使氫能成為連接不同能源形式的橋梁。

 

最后，儲量豐富，氫元素是宇宙中含量最多的元素，水資源中蘊藏著大量可供開發的氫能。

 

2002年發布的“863”計劃電動汽車重大專項中，我國便確立了以混合動力汽車、純電動汽車、燃料電池汽車為“三縱”、以多能源動力總成控制系統、驅動電機和動力電池為“三橫”的電動汽車“三縱三橫”研發布局。

 

2020年10月27日，由工信部指導、中國汽車工程學會編制的《節能與新能源汽車技術路線圖2.0》發布，提出到2025年氫燃料電池汽車保有量達10萬輛左右，到2030-2035年，保有量達100萬輛左右。

 

2020年燃料電池汽車保有量為1萬輛，銷量為1177輛，可見未來五年氫燃料電池有很大的增長空間。

 

儲能為氫能發展帶來了新的想象空間。

 

目前儲能可分為電儲能、熱儲能和氫儲能，而氫儲能是非常有前途的。氫氣是一種極佳的能量存儲介質，既能以氣、液態的形式存儲在高壓罐中，也能以固相的形式儲存在儲氫材料中。除此之外，氫儲能的能量密度高，是少有的能夠儲存百GWh以上的能量儲備技術，而且可同時適用于極短或極長時間供電。

 

 

透析產業鏈

 

氫能產業鏈復雜綿長，主要包括“制氫→儲氫→運氫→加氫→用氫”幾個環節，每個環節存在諸多技術工藝，而中國目前的技術水平整體落后。

 

目前主要的制氫技術包括工業尾氣副產氫、電解水制氫、化工原料制氫、化石燃料制氫等，用化石燃料制氫效率高，但碳排放高，可再生能源電解水制氫無污染，但效率低。

 

理論上綠氫才是未來真正的清潔能源，但現在我國氫氣來源目前仍以煤制氫為主，占比高達63.5%，工業副產制氫為21.2%，天然氣制氫為13.8%，水電解制氫占比僅為1.5%。

 

水電解制氫技術工藝路線包括堿性電解制氫（AWE）、質子交換膜電解制氫（PEM）、固體氧化物電解制氫（SOE），其中在我國AWE已實現充分產業化，PEM初步商業化，而SOE尚處于初期示范階段。

 

PEM電解槽是電解設備的核心，其在制氫系統總成本中的占比近50%。但截止到目前，PEM電解槽的核心技術和規模化生產廠家均在海外龍頭公司手中，包括Nel（德國）、ITM Power（英國）和康明斯（美國）、西門子（德國）等廠商。

 

氫氣制取后可通過儲存和運輸至加氫站或應用終端，實現高效利用。氫氣的儲運為氫能產業鏈利用的關鍵環節，目前氫氣的主要儲運方式包括氣態儲運（長管拖車、管道）、低溫液態儲運、有機液體儲運、固態儲運等，目前技術最為成熟、應用最為廣泛的高壓氣態儲氫主要載體為高壓儲氫瓶。

 

國外已經開始使用質量更輕、儲氫密度更高的IV型瓶，而中國的IV型瓶尚處于研發過程中，目前以35MPa和 70MPa 的Ⅲ型瓶為主；IV 型瓶相較III型具有質量更輕、成本更低的優勢，未來有望成為車載儲氫瓶的主流。此外，儲氫瓶外部包有一層高端碳纖維，而該材料主要依賴從日韓進口。

 

加氫站是燃料電池車氫能源供應的保障，但該環節成本較高。

 

在國內建設一個日均加氫量500kg的35MPa固定式加氫站的建設成本約1200萬元，大型加氫站的建設成本甚至能達到4000萬元。

 

2020年底，全球合計建成540座加氫站（公共加氫站+私人加氫站），其中日本、德國、中國大陸、美國、韓國加氫站數量位居全球前五，分別為137座、90 座、85 座、63 座、52座。

 

國內加氫站主要由中石油、中石化等企業來負責。加氫站的核心三大件為壓縮機、儲氫罐、加注機，雖然國內已具備加注機整機研發集成能力，但加氫槍、拉斷閥、流量計和高壓閥門管件等管件零部件依賴進口，壓縮機方面的國產隔膜式壓縮機可靠性尚待驗證。

 

2020年，加氫站的氫氣售價約為10美元/kgH2（約67元/kgH2），對應氫動力汽車的百公里成本約65元，相比之下，電動車的百公里成本約10元，汽油車的百公里成本為33元。

 

綜合來看，各個環節高居不下的成本是阻礙氫能大面積普及的根本原因，未來很長一段時間，氫能產業鏈的主要發展目標就是降成本，投資布局的方向也要圍繞這一基調展開，重點是設備國產替代所帶來的成本下降環節。