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氢能发展新纪元 能源企业齐发力

发?#38469;?#38388;:2018-11-28点击次数:

近日,中国氢能源及燃料电池产业创新战略联?#21496;?#21150;了“2018年中国氢能源及燃料电池产业高峰论坛”。会上,行业专家和业界代表共同探讨了当前国内外氢能产业化进程以及存在的问题,并一致认为2018年是我国氢能源产业发展的元年,到2050年,氢能在我国终端能源体系占比将达10%,与电力协同互补,共同成为我国终端能源体系的消费主体。

尽管目前氢能产业仍有尚待完?#39057;?#20135;业生态及面临的挑战,但近?#31383;?#25324;央企在内的全国各地能源企业纷纷布局氢能产业,各地运行示范点加速落地、氢能相关产业联盟陆续成立,在不断解决优化氢能产业各类问题的同?#20445;?#20840;力推动氢能产业整体向前发展。

一、氢能的特点和应用

氢具有清洁无污?#23613;?#20648;运方便、利用率高、可通过燃料电池把化学能直接转换为电能的特点,同?#20445;?#27682;的来源广?#28023;?#21046;取途径多样。这些独特的优势使其在能源和化工领域具有广泛应用。首先,氢能是一种理想的清洁能源。无论是直接燃烧还是在燃料电池中的电化学转化,其产物只有水,效率高排放清洁。其次,氢能是一种良好的能源载体。可利用新能源多余电量用于电解制氢,作为大规模消纳剩余风能、太阳能的优良载体。通过燃料电池,又可将氢高效地转变为电能加以利用。最后,氢气是化石能源清洁利用的重要原料。化石能源清洁利用?#38469;?#23545;氢气的需求量巨大,其中包括炼油化工过程中的催化重整、加氢精制以及煤清洁利用过程中的煤制气加氢气化、煤制油直接液化等工?#23637;?#31243;,推进氢能在这些方面的应用有望加速氢能的规模化利用。

目前氢主要利用在燃料电池上,氢燃料电池是使用氢制造能量的电池,其发电的基本原理是电解水的逆反应,其产物是电和水。氢燃料电池不仅能量转换效率高,只产生水和热,对环境无污?#23613;?#30456;比于汽油内燃机30%左?#19994;?#33021;量转换率,氢燃料电池可达65%~80%,这使得氢能在交通领域的应用更加环保、节能、高效。以乘用车为例,到2020年国内有望实现5000?#23616;?0000辆燃料电池车运行,运营和在建加氢站达100座;到2030年,发展100万辆燃料电池?#25285;?#22312;建加氢站达1000座。

而当前伴随着可再生能源发电规模的迅速扩大,并网、调节、消纳?#20219;?#39064;日益突出,而氢储能则成为了可再生能源调节和消纳的重要手段,氢作为一种能源载体,可?#21592;?#26041;便地制造,且能够被长期大量地储存。相比于传统的分?#38469;?#21457;电能源介?#21097;?#27682;燃料电池因其不受卡诺循环限制,具有能量转换效率高、发电容量调节灵活的优势,可在风氢耦合发电、光氢耦合发电、储能电站等新型分?#38469;?#21457;电项目中得以更好利用,使得越来越多的氢能综合利用方式逐步浮现在人们眼前。目前我国已出台相关氢能利用发展规划,到2050年,氢燃料电池车和氢能发电将实现大规模应用,氢能成为能源结构的重要组成部分。

二、氢能的来源

氢是元素周期表中的第一个元素,广泛存在于水、煤、天然气等化合物中,但地球上几乎不存在游离态的氢气。氢可以通过煤气化、天然气、石油和化工副产品等传统化石能源制取,?#37096;?#20197;通过风能、太阳能、水能等可再生能源通过电解水方式制备,是实现化石能源清洁化利用和清洁能源规模化发展的利器。据初步统计,国内从各类含氢排放气或驰放气、煤制合成气、天然气转化气、甲醇转化气等提纯获得的氢气约占90%以上,以水电解制氢获得的氢气占比1%-2%。今后大型清洁煤制氢、天然气制氢,水电解制氢将成为煤炭清洁高效利用以及天然气开发利用的重要方向。

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氢虽然因目前还没有被大规模普及应用而不像电能一样为人们所熟知,但它却有着我们已知所有能源无可比拟的特点。氢能可?#28304;?#23384;,多种能源都可以转化为氢气,以压缩气态储氢、液化储氢等方式储存起来,实现远距离输送。利用这一特点,可?#28304;?#24133;提高可再生能源的应用比例。氢能将是我国能源革命重要的探索方向。

三、氢能的安全性和经济性

“氢能安全吗?”虽然氢气燃烧点低,但密度很小,容易挥发扩散。氢气扩散系数是汽油的12倍,发生泄漏时会迅速?#21491;蕁?#21644;汽油相比,氢能的危?#25307;?#35201;小很多。如果得?#28966;?#33539;处理,就可以安全地使用氢能。当前公众对氢能安全性的误解较深。有关政策法规仍把氢能归于危险化学品,现在来看,这已经不符合实际情况了。

“氢能的利用成本高吗?”在目前?#38469;?#26465;件下,限制氢能利用的成本主要是燃料电池生产、加氢站建设以及制氢成本三个方面。目前国内燃料电池行业每千瓦的成本在1000-2000美金左右,而加氢站建设成本在1000万人民币/座左右(日加氢500公斤?#29123;叮?#29123;料电池和加氢站的?#38469;?#27700;准和制造工艺依然有很大的提升空间,但有行业专家指出,随着市场的逐步成熟和产业规模的快速扩大,到2030年,中国燃料电池的成本?#21103;?#26377;望达到200元美金/千万,而加氢站建设成本将达到500万,日加氢能力提高至1000公斤。

在氢气制备方面,制氢成本主要包括原料成本、固定资产折旧和运行维护费用(未计氢气储、运费用)。目前?#38469;?#26465;件下,不同工艺及产量规模下制备的氢气成本不一。各主要制氢生产方法的氢气成本和适?#31995;?#35268;模参考如下:


序号

工艺路线

氢气成本

产量规模

1

煤炭气化

6.47-17.49 元/kg

20000-150000 Nm3/h

2

天然气蒸汽转化

9.37-23.32元/kg

1000-100000 Nm3/h

3

甲醇重整

17.03-29.45元/kg

1200-4000Nm3/h

4

水电解

8.48-71.55元/kg

100-1000Nm3/h

目前国内每公斤氢气参考零售价约40元,加注一公斤氢气可供氢燃料电池汽车跑100公里,同比燃油经济?#36234;?#22909;的汽油车辆跑相同的里程大约耗费7升油,以目前?#22270;?#35745;算,花费也在40元至50元,可见在交通领域氢能使用成本与汽油已相当接近。而且参考国内部分地区的出台的氢能车辆用氢补贴相关政策,目前在佛山?#24515;?#28023;区,每加注一公斤氢气政府给予20元补贴,相当于40元/公斤的氢气零售价使得社会用氢成本进一步?#38470;担?#27682;能普及率大大提升。

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四、氢能发展的主要制?#23478;?#32032;

近年来,国家一系列政策规划都将氢能发展与燃料电池?#38469;?#21019;新提升到国家战略高?#21462;?#22320;方政府和企业积极探索氢能产业,初步形成了包括制?#28014;?#20648;运、应用?#28982;方?#30340;完整产业链,形成?#21496;?#27941;冀、长三角、珠三角等主要氢能产业集?#28023;?#24182;逐渐辐射到周边地区。尽管如此,我国氢能产业发展仍面临困难和挑战。

首先是核心?#38469;?#21644;基础设施制?#35745;?#39048;。关键材料尚?#35789;?#29616;国产化,催化剂、?#39318;詠换?#33180;以及炭纸等材料大?#23478;?#36182;进口,且多数被国外企业垄断,价格较高,关键部件制备工?#21344;?#38656;提升,膜电极、双极板、空压机、氢循环泵等与国外存在较大差距,氢源、加氢站?#28982;?#30784;设施建设力度不够。

其次是产业政策体系尚未形成。国家有关规划都从战略层面将氢能产业纳入其中,但尚未形成引领氢能和燃料电池发展的政策体?#25285;?#32570;乏具有操作性的实施细则。当前氢能产业发展如火如?#20445;?#20127;须加强氢能产业顶层设计,引导氢能产业科学发展。

最后是氢能基础设施相关的基础研究?#25237;?#23618;设计尚不完善。目前,在氢源供给、储运、加氢站?#28982;?#30784;设施建设方面,我国与日本及?#35775;?#22269;?#19994;?#24046;距仍然明显,为推进氢能产业健康高效发展,要不断加强氢源供给体系建设、加氢站建设流程以及运行管理规范、氢安全等顶层设计,结合氢能应用需求,提升加氢站规划布局、设计选型、建设、验收及安全运行等工作水平,为氢能产业发展保驾护?#20581;?

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五、国内外氢能产业的发展情况

美国、?#20998;蕖?#26085;本等国家和地区已将发展氢能和燃料电池?#38469;?#25552;升到国家战略层面。美国是首先提出氢经济的国家,2002年美国能源部发布了《国家氢能路线图》,并提出2040年要全面实现氢经济的目标。日本政府在2009年投资15万亿日元,为燃料电池?#25237;?#27687;化?#38469;?#38598;存储?#38469;?#30340;开发提供支持,并在2014年公布《氢能/燃料电池战略发展路线图》,计划从2020年中期至2030年底,建立大规模氢能供应系统;从2040年开始,通过收集和储存二氧化碳,全面实现零排放的制氢、运氢、储氢。

我国虽然在2001年科技部发布的“国家“863”计划重大专项?#26412;?#23558;燃料电池汽车研究开发列入其中,但在起步阶段投入少,加上工业基础差,使得我国氢经济相关?#38469;?#21644;国外相比有较大的差距。到了近些年,国家紧密出台的《节能与新能源汽车产业发展规划(2012—2020年)》、《中国制造2025》、《能源?#38469;?#38761;命创新行动计划(2016-2030年)》、《国家创新驱动发展战略纲要》、《汽车产业中长期发展规划》?#20219;?#20214;,均明确提及要重点研发氢能与燃料电池?#38469;酰?#23588;其是《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》中,国家已明?#20998;?#20986;推动车载储氢系统以及氢制?#28014;?#20648;运和加注?#38469;?#21457;展,推进加氢站建设。到2020年,实现燃料电池汽车批量生产和规模化示范应用,到2025年,制氢、加氢等配套要完善,燃料电池汽车可实现区域小规模运行,表现出中央政府?#28304;?#21147;发展氢能的决心。此外,多个省、市?#19981;?#26497;布局燃料电池产业,并在物流与公共交通中开展商业运营,逐步形成?#21496;?#22823;的引领效应,进入2018年,氢能及其相关产业链如雨后?#26680;瘢?#21576;现出欣欣向荣、蓬勃发展的良好势头。

六、氢能得到传统能源企业垂青

尽管氢能发展面临的问题仍很多,但在应对全球气候变暖的国际主流大背景下,从传统能源转向清洁能源或新动能(氢能)的能源转型已经是大势所趋。随着国家政策释放出对氢能与燃料电池产业的利好信号,包括央企在内的全国各地能源企业纷纷行动,并强强联合,全面布局氢能产业。

2018年2月,由国家能源集团牵头,国?#19994;?#32593;、东方电气、航天科技、中船重工、宝武钢铁、中国中车、三峡集团、中国一汽、东风汽车、中国钢研等多家央企参与的“中国氢能源及燃料电池产业创新战略联盟”在北京正式成立。目前,国家能源集团正在加快布局从制氢到加氢站的氢能利用全产业链,并参与氢燃料电池的研制与开发,正计划在江苏如皋、陕西咸阳、内蒙古包头等地投资建设氢能项目。

2018年4月,中国华能集团清洁能源?#38469;?#30740;究院与相关企业签署《战略合作框架协议》,意向在氢能领域、环保领域、可再生能源利用领域相关关键?#38469;?#31561;实施全面战略合作。目前该研究院正着手研究风电制氢关键?#38469;?#30740;究与风电制氢(加氢)站建设相关课题,实现氢能生产、储运、加注供应链?#20013;?#30340;商业化运营,推动氢燃料电池车的产业化进程。

2018年8月,国?#19994;?#25237;集团与巨化集团有限公司签署战略合作协议,双方将在氢能源及储能?#38469;?#31561;领域的核心?#38469;?#24320;发、关键部件制造、检测与应用等方面展开合作,形成优势互补、互利共赢、快速发展的良好?#32622;妗?

七、广投能源公司扬帆“氢能蓝海”正当时

随着氢燃料电池的迅猛发展,围绕其以新能源车辆生产、制氢生产、储运氢能、加氢站布局为主的氢能源市场已然作为新兴的能源消费市场迅速壮大。相比国内其他地区,目前广西区内氢能源的开发和利用以及相关产业链发展?#28304;?#20110;起步阶段,这也为广投能源公司规划布局区内氢能提供了难得的机会。下一步能源公司可结合自身在电能生产、电能供应、新能源产业和天然气产业优势以及集团公司在化工领域产业发展的协同优势,对氢能源市场进行探索与开发布局。

在发展氢能产业方向上,首先明?#32439;?#36523;战略定位,?#26131;?#24067;局氢能产业的发力点。从先进能源?#38469;?#24320;发商和清洁低碳能源供应商的战略地位出发,进一步研究梳理氢能源开发利用的总体思路,重点深挖氢能上、中游产业领域发展潜?#21097;?#20805;分发挥公司在广西的区位优势以及协调优势,将能源供应?#30001;?#33267;制氢、储氢及供氢服务,视氢能应用市场发展情况适时布局建设加氢站等氢能源补充设施,逐步夯实氢能基础设施规模。

其次,设立区内首个城市氢能应用试点,并“以点带面”撬动广西氢能应?#20204;敝剩?#25171;造广西首家氢能企业?#25918;疲?#20174;清洁环保用能的角度,提高民众对氢能应用意识,迅速打开氢能市场。同时从有利于广投集团主导区内氢能产业发展的角度,推进广西氢能产业发展规划,积极并向政府做好氢能产业发展方面的政策引导,占领广西氢能开发的制高点。

三是逐步加大创新投入和新旧动能转换力度,结合自身能源产业优势,利?#20204;?#20869;的弃风、弃光、弃水及低谷电能制氢,并积极探索以氢能为主要载体的新型分?#38469;?#21457;电布局思路,以提高能源综合利用效率为最终目的,在未来的能源互联网中充分发挥氢能优势。同时利?#20204;?#20869;天然气管网区位优势,探索天然气重整制氢,实现氢源的网络化布局,推进氢能供应解决方案,建设更大范围、更大规模的氢能源产业生态系统。





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