寫(xiě)稿
投稿
隨著世界各國(guó)對(duì)排放要求的提高及全球能源危機(jī)，探尋可再生及環(huán)保的清潔能源迫在眉睫。在眾多能源中，由于氫能具有清潔、高效、可再生、應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)，氫能正被提升到能源戰(zhàn)略高度和技術(shù)改革的方向。其中，來(lái)自可再生能源的綠氫更是從源頭上杜絕了碳排放，是真正意義上的清潔能源，受到我國(guó)政府及企業(yè)的熱捧，綠氫產(chǎn)業(yè)布局空前加快。
一、綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境
我國(guó)氫能資源十分豐富，發(fā)電成本越來(lái)越低。中國(guó)的風(fēng)電和光伏資源豐富，還有非?？捎^的地?zé)帷⑸镔|(zhì)、海洋能、太陽(yáng)能熱利用以及固體廢棄物的資源化利用，隨著近年來(lái)技術(shù)的進(jìn)步，可再生能源的發(fā)電成本越來(lái)越具有競(jìng)爭(zhēng)力，為發(fā)展“綠氫”提供了有利條件。我國(guó)可再生能源制氫具有較大的潛力，可以用于以電解水方式制取“綠氫”。同時(shí)，可發(fā)揮氫氣的儲(chǔ)能作用，以解決間歇式能源消納問(wèn)題。
我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策與制度環(huán)境正在形成。截至2019年11月，全國(guó)4個(gè)直轄市、10個(gè)省份、30個(gè)地級(jí)和縣級(jí)市發(fā)布了氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)劃；國(guó)內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)鏈上出現(xiàn)了49個(gè)投資或并購(gòu)案例，涉及總金額超1000億元。
我國(guó)氫能技術(shù)研發(fā)已取得重要進(jìn)展。近年來(lái)，我國(guó)與氫能相關(guān)的高性能產(chǎn)品研發(fā)及批量生產(chǎn)、催化劑等核心技術(shù)研發(fā)取得了重要進(jìn)展，氫能制儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)已具備了較好的發(fā)展基礎(chǔ)，已開(kāi)發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的氫燃料電池關(guān)鍵部件。地方和企業(yè)在發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)上積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。
二、綠氫發(fā)展面臨的困境
（1）藍(lán)氫仍要用
雖然說(shuō)綠氫是方向，但現(xiàn)階段，由于體制、機(jī)制、技術(shù)、商業(yè)等誰(shuí)諸多因素的影響，綠氫不可能迅速大規(guī)模地導(dǎo)入市場(chǎng)。目前，綠制供應(yīng)量?jī)H占市場(chǎng)消費(fèi)總量的1%左右，國(guó)內(nèi)將在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)應(yīng)用藍(lán)氫。工信部原部長(zhǎng)李毅中表示，“灰氫不可取，藍(lán)氫方可用，廢氫可回收，綠氫是方向”，就是考慮目前的現(xiàn)實(shí)情況。
（2）制取成本高
綠氫制取成本目前仍然較高，它制約了綠氫大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用。根據(jù)國(guó)家發(fā)改委專家的觀點(diǎn)，只有當(dāng)綠氫成本降低到20元//kg以下時(shí)，綠氫相對(duì)傳統(tǒng)能源，才能在重型交通、高品質(zhì)供熱（>400oC）領(lǐng)域有商業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)；而要作為氫基原料，如煉鐵、合成甲醇、合成氨，綠氫成本必須下降到10元//kg以下。因此，目前，綠氫大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用仍然受制于較高的成本。
圖表 1 綠氫成本與電解槽成本、電價(jià)及電解槽效率的關(guān)系
（3）非離網(wǎng)制氫
據(jù)高工氫電研究所提供的數(shù)據(jù)，目前國(guó)內(nèi)堿性電解水制氫難以直接與可再生能源耦合。堿性制氫系統(tǒng)設(shè)備負(fù)荷率30-100%，對(duì)于可再生能源的電力波動(dòng)性“束手無(wú)策”；國(guó)內(nèi)PEM制氫規(guī)模小、成本高，大規(guī)模應(yīng)用為時(shí)尚早；據(jù)GGII調(diào)研，國(guó)內(nèi)MW級(jí)以上的風(fēng)光耦合制氫示范性項(xiàng)目沒(méi)有離網(wǎng)制氫，皆為并網(wǎng)制氫。
（4）利用率不足
氫氣仍被視為危險(xiǎn)化學(xué)品進(jìn)行強(qiáng)制管理，建設(shè)審批困難；加氫站運(yùn)營(yíng)困難，主要系現(xiàn)階段氫氣成本和價(jià)格居高不下，同時(shí)缺少足夠的車(chē)端用氫；目前國(guó)內(nèi)90%以上的加氫站利用率不足。
圖表 2 國(guó)內(nèi)加氫站運(yùn)營(yíng)情況
三、綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)資料來(lái)源：高工氫電研究所，氫啟未來(lái)網(wǎng)分析
百年來(lái)，能源科技進(jìn)步的總體趨勢(shì)是脫碳加氫和清潔高效?？v觀能源的發(fā)展歷史，從最初使用固態(tài)的木柴、煤炭，到液態(tài)的石油，再到氣態(tài)的天然氣，可以看出其H/C比提高的趨勢(shì)和固-液-氣形式的漸變過(guò)程。當(dāng)前，技術(shù)革新、政策支持和市場(chǎng)普及齊發(fā)力，“氫能時(shí)代”大幕正在徐徐拉開(kāi)?？偟膩?lái)看，綠氫產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)技術(shù)逐漸成熟、成本不斷下降、市場(chǎng)持續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)。
趨勢(shì)一：技術(shù)逐漸成熟
目前，國(guó)內(nèi)外堿性電解水技術(shù)均較為成熟，而堿性固體陰離子交換膜（AEM）電解水技術(shù)國(guó)內(nèi)外都處在研發(fā)完善階段，SOEC技術(shù)國(guó)內(nèi)外都處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段。國(guó)內(nèi)PEM電解水制氫技術(shù)尚處于從研發(fā)走向商業(yè)化的前夕。中國(guó)科學(xué)院大連化物所從20世紀(jì)90年代開(kāi)始研發(fā)PEM電解水制氫，在2008年開(kāi)發(fā)出產(chǎn)氫氣量為8Nm3/h的電解池堆及系統(tǒng)，輸出壓力為4MPa、純度為99.99%。從單機(jī)能耗上看，國(guó)內(nèi)的PEM制氫裝置較優(yōu)；雖然在規(guī)模上與國(guó)外產(chǎn)品還有距離，但國(guó)內(nèi)主要研發(fā)單位如中科院大連化學(xué)物理研究所、中船重工集團(tuán)718研究所、中國(guó)航天科技集團(tuán)公司507所、淳華氫能等，已經(jīng)在重點(diǎn)攻關(guān)，并即將走向商業(yè)化。高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫和液氫儲(chǔ)氫技術(shù)國(guó)內(nèi)已規(guī)模應(yīng)用。高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫是現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的儲(chǔ)氫方案，70MPa高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫VI型瓶已商業(yè)化應(yīng)用。
趨勢(shì)二：成本不斷下降資料來(lái)源：高工氫電研究所，氫啟未來(lái)網(wǎng)分析
研究機(jī)構(gòu)普華永道在最近的一份氫能源行業(yè)前景分析報(bào)告中指出，電力成本占“綠氫”可變成本的60%-70%。因此，當(dāng)可再生能源的成本降至20美元/兆瓦或以下時(shí)，“綠氫”將具有成本競(jìng)爭(zhēng)力。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)由風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電制成的綠氫發(fā)展速度比預(yù)期更快。氫燃料電池系統(tǒng)規(guī)模效應(yīng)和國(guó)產(chǎn)化趨勢(shì)明顯，系統(tǒng)成本將大幅下降；據(jù)預(yù)測(cè)，2030年后氫燃料在商用車(chē)與專用車(chē)的TCO成本有望超過(guò)純電動(dòng)汽車(chē)。加上“以獎(jiǎng)代補(bǔ)”新政正引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)進(jìn)入良性發(fā)展。2020年新能源汽車(chē)財(cái)政補(bǔ)貼完全退坡后，氫能及燃料電池將成為唯一獲得補(bǔ)貼的動(dòng)力電池技術(shù)路線。中國(guó)氫燃料電池汽車(chē)的補(bǔ)貼力度大于純電動(dòng)車(chē)，可彌補(bǔ)造車(chē)成本的差距。
圖表 4 氫燃料客車(chē)TCO成本經(jīng)濟(jì)性趨勢(shì)
單位：元/km
趨勢(shì)三：市場(chǎng)持續(xù)發(fā)展
氫燃料電池車(chē)是拉動(dòng)下游應(yīng)用市場(chǎng)增長(zhǎng)的主要力量。中國(guó)燃料電池汽車(chē)進(jìn)入導(dǎo)入期，電池關(guān)鍵零部件處于示范應(yīng)用階段，氫燃料電池汽車(chē)?yán)_(kāi)氫能商業(yè)化利用序幕。根據(jù)《中國(guó)燃料電池發(fā)展白皮書(shū)》，到2030年，我國(guó)燃料電池汽車(chē)保有量達(dá)到200萬(wàn)輛水平，到2050年，保有量水平達(dá)到1000萬(wàn)輛水平。從銷(xiāo)量結(jié)構(gòu)上看，我國(guó)氫燃料電池車(chē)以客車(chē)和貨車(chē)為主。預(yù)計(jì)在2030年前，客車(chē)、貨車(chē)在氫燃料電池系統(tǒng)汽車(chē)總保有量的占比在80%及以上。2030年后，隨著燃料電池系統(tǒng)技術(shù)成熟以及成本下降，重卡和乘用車(chē)的規(guī)模會(huì)快速擴(kuò)大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年我國(guó)可再生能源制氫示范項(xiàng)目數(shù)7個(gè)，2020年為25個(gè)，預(yù)計(jì)到2023年將達(dá)到60個(gè)。
圖表 5 2017-2023年中國(guó)可再生能源制氫示范項(xiàng)目數(shù)發(fā)展
單位：個(gè)
資料來(lái)源：高工氫電研究所，氫啟未來(lái)網(wǎng)分析
注：文章內(nèi)容摘自氫啟未來(lái)網(wǎng)的《2021中國(guó)綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》。
