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中國氫能產業的發展

文字:[大][中][小] 手機頁面二維碼 2021/3/31     瀏覽次數:    

近年來,氫能在全球開始升溫,美國、日本、歐盟等國家和地區相繼制定了氫能發展戰略,其中2016年以來的中國氫能熱尤為引人關注。盡管受到新冠肺炎疫情影響發展放緩,但截至2020年10月底,中國各級政府當年發布的氫能產業政策仍達62個。中國的氫能熱受到電動汽車快速發展以及可再生電力成本快速下降的鼓舞,主要由應用側推動和地方政府推動,被視作尋找新經濟增長點的突破口,熱潮之中有需要冷靜思考和解決的若干問題。只有系統、客觀地認識氫能熱以及氫能本身的角色和價值,才能回答好氫能產業應如何發展的問題。

全球氫能發展熱回顧


   事實上,氫能熱在歷史上已經不是第一次了。20世紀70年代,石油危機以及對空氣污染的關注引發了第一輪氫能熱。第二輪氫能熱發生在20世紀90年代初,主要源自對氣候變化問題的關注,以日本和歐洲為代表。第三輪氫能熱發生在21世紀初,2002年美國能源部(DOE)發布《國家氫能發展路線圖》;2003年美國召集“國際氫能與燃料電池合作伙伴組織”(IPHE)。在第二輪和第三輪氫能熱的發展中,隨著油價回落、應對氣候變化政策的不確定性以及基礎設施建設等問題,使得氫能熱并沒有轉化成持續的投資,且未形成大的產業規模。但持續的研發投入與積累已經為產業發展奠定了基礎。
2018年以來,第四輪氫能熱的焦點在中國。主要有4方面驅動因素:(1)中國市場電動汽車的快速發展給人們帶來了信心,由于氫燃料電池汽車的重載、長距離運輸優勢與電動汽車的短距離城市代步功能存在互補性,人們很快瞄準了氫燃料電池汽車,希望再開發一個新的市場。(2)從氫氣來源上看,中國副產氫氣豐富,每年棄風、棄光、棄水、棄核等“四棄”發電制氫的潛在產能為340萬噸/年左右,氫氣來源有著較為充足的保障??。此外,太陽能、風能等成本快速下降,也使得長期來看氫氣的綠色制取成為可能。據國際能源署(IEA)統計,從2010—2018年,全球光伏發電成本平均下降82%,有些地區可再生電力已實現平價上網。(3)氫燃料電池技術進步以及規?;瘞淼某杀鞠陆?,目前典型的燃料電池商業成本約為230美元?/?kW,通過將工廠的生產規模從每年1000臺增加到每年10萬臺,可使成本降至50美元?/?kW?。(4)中國地方政府在尋找新的經濟增長點,能源企業面對能源轉型的壓力,在探索能源多元化、清潔化與低碳化路徑;傳統汽車企業面對行業頹勢,在努力尋求突破點。

中國氫能產業發展現狀


短期內不能直接助力保障國家能源安全和碳減排。氫能對能源系統而言不是增量,而是現有能源系統的一種新型利用方式。氫能在其全生命周期中的能量和環境效益取決于一次能源的供給機構及其經濟性和安全性。在目前的能源和工業基礎上,氫的來源主要是化石燃料制取和工業副產氫。近年來,中國工業副產氫約有800萬噸/年,大部分被直接排放或燃燒處置,未得到有效利用;電網無法消納的100??吉瓦時/年可再生能源“棄電”,約相當于200萬噸/年的制氫產能??稍偕茉粗茪?030年后實現產業化已成為全球氫能研究機構的基本共識,因此,2030年之前,在不新增化石燃料制氫產能的前提下,理論供氫能力不超過1000萬噸/年。短期內,氫能并不能助力保障國家能源安全;對于化石能源,如果二氧化碳捕集、利用和封存的技術無法規?;瘧?,氫能也無法從根本上解決碳減排的問題,對其他污染物減排也只能是局部改善。


各種類型能源的利用




    在交通領域的大規模應用初期面臨較大困難。以豐田、億華通為代表的氫燃料電池汽車整車廠商及零部件制造企業是推動中國氫能熱的重要力量。擁有充氫時間短、載重大、運行距離遠等優勢的氫燃料電池汽車似乎能參照電動車的發展道路,打通一條氫燃料電池汽車產業鏈。但事實上,相比純電動汽車,現階段燃料電池系統和儲氫系統約占整車成本的 65%,遠高于鋰離子純電動汽車的電池成本占比;而輔助系統中的空壓機、控制器、氫循環泵等同樣成本高昂。此外,中國在氣體儲運管理、加氫站核心裝備等環節同樣面臨缺少核心技術的問題。據測算,不論是天然氣來源還是可再生電力來源,與能源的其他交通利用方式相比,氫燃料電池路線并沒有顯著的能效優勢


    產業化需統籌考慮綜合利用路徑。氫能的終端消費利用可分為交通利用和固定式利用,均通過燃料電池技術實現。交通利用包括氫能驅動的汽車、船舶、軌道列車等;固定式利用有儲能系統、熱電聯供系統等。按照兩種利用途徑,氫能產業化路線可分為燃料路徑及儲能和綜合利用。



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