博观科技 2023-07-24
2023年7月14日,国家发改委发布《产业结构调整指导目录(2023年本,征求意见稿)》,氢能各产业链均被纳入鼓励类目录,应用范围涉及多个行业和领域,如电力、新能源、钢铁、石化、建材等。鼓励类目录聚焦基础性、战略性、前瞻性关键领域,鼓励类项目的标准包括对经济社会发展有重要促进作用,有利于关键技术创新,有利于产业绿色转型等。我们认为氢能行业全产业链应用入选鼓励类项目是国家对氢能发展的重要支持和信心表达,氢能行业未来也将在推动碳中和、促进经济绿色转型方面作出重要贡献。
绿氢探索初见成效
所谓绿氢,是指通过太阳能、风能等可再生能源发电直接制取的氢能,生产过程中基本不产生温室气体,其产业链上游连接着光伏、风电等新能源产业,下游应用在化工、冶金、交通等产业,对推动现代化产业体系的绿色转型有着重要作用。
例如,在冶金领域,氢还原目前是钢铁行业替代碳还原比较可行的途径,氢冶金技术也已具备理论技术支撑和实践应用条件,对高炉富氢循环、氢基熔融还原和氢基直接还原等路线,鞍钢、宝武、河钢等钢铁企业都已经进行了实践,并取得了积极进展。
在电力领域,去年,国家电投所属荆门绿动能源有限公司在国内首次在重型燃机商业机组上实现了30%掺氢燃烧改造和运行,使燃机具备了纯天然气和天然气掺氢两种运行模式的兼容能力,也使其具备了0%至30%掺氢运行的灵活性。据测算,一台54兆瓦的燃机在掺氢30%的情况下,每年可减少二氧化碳排放1.8万吨以上。
此前,国家能源局印发的《2023年能源工作指导意见》指出,加快攻关新型储能关键技术和绿氢制储运用技术,推动储能、氢能规模化应用。《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》明确提出,到2025年,我国将初步建立以工业副产氢和可再生能源制氢就近利用为主的氢能供应体系。
专家认为,目前,我国已初步掌握氢能制备、储运、加氢、燃料电池和系统集成等主要技术和生产工艺,形成了交通、工业、能源、建设等领域积极拓展的多元化应用格局。但目前我国氢能特别是“绿氢”产业仍处于发展初期,面临着生产成本、技术创新、设施建设和储存运输等方面的难题。
对于氢能大规模、长距离运输的难题,国内企业也在积极探索并取得成效。今年以来,中国石化“西氢东送”输氢管道示范工程已被纳入《石油天然气“全国一张网”建设实施方案》;国家管网集团成功实施9.45兆帕全尺寸非金属管道纯氢爆破试验;中国石油宁夏银川宁东天然气掺氢管道顺利通过加压和测试,为我国大规模、低成本、远距离氢能运输提供了技术支撑。
中电联规划发展部副主任韩放表示,未来,要以绿氢和储运技术为重点,依托项目加快推动技术装备创新,推广应用国产自主化装备,有效降低氢能应用成本;探索氢能产业发展的多种路径,建立以绿氢为主的氢能产业供应体系,扩大绿氢应用规模,挖掘绿氢在重点行业替代化石能源的潜力,形成可复制可推广的经验;探索绿氢支持性电价政策,完善绿氢市场化机制,健全覆盖氢储能的储能价格机制,探索氢储能直接参与电力市场交易,完善标准规范体系和安全监管机制,推动绿氢在各领域规模化发展应用。
产业链合力打通氢能“关卡”
氢能产业链主要包括制氢、储运、加氢和应用四个环节。根据清华大学的研究,中国氢能相关技术已取得长足发展,但在氢气的制取、储运、应用等环节仍存在关键技术未被突破,与国外先进水平相比还有一定差距。
(1)制氢环节。
目前仍以化石能源和工业副产制氢为主流方式,随着未来技术的不断成熟和成本的下降,电解水制氢特别是 PEM 法电解水制氢有望成为主流的技术路线。电解水制氢主要有四种技术路径:碱性电解水制氢(ALK)、质子交换膜电解水制氢(PEM)、阴离子交换膜电解水制氢(AEM)和固体氧化物电解水制氢(SOEC)。
其中,ALK 已经实现大规模应用,是目前使用最广泛的电解水制氢方式;而 PEM 凭借其在车规级氢能和可再生能源等应用场景中的优势,研发进展较快,近些年已经进入商业化早期;AEM 因耐久性、制造工艺等方面问题还未进入量产阶段;SOEC 同样未量产,目前处于基础材料的研发阶段。产业方面,化石燃料制氢主要有中国石油、东华能源等企业;而工业副产制氢则是由美锦能源、华昌化工等煤炭化工企业完成。
电解水制氢因技术发展快,涌现一批优质企业。碱性路线有中科氢易、国富氢能、科力远、隆基绿能等;质子交换膜路线有科润新材料、玖昱科技、派瑞氢能、龙蟠科技等。以及发力固体氧化物路线的三环集团、思伟特等。
(2)储运环节,主要分为气态储运、液态储运和固态储运三种方式。
目前市场上以高压气氢长管拖车为主(占比超 90%),中国在这一领域技术最成熟,因此应用最广;主要企业包括中集安瑞科、中国建材、中材科技等。液氢储运由于液化过程能耗高且储运容器需要超低温环镜等因素影响,仅用于航空及军事领域,未来或有望民用化;布局液氢储运的公司主要有中科富海、深冷股份等。固态储运氢有着安全、高密度等优点,是三种储运方式最优届,但因技术复杂度高,尚处于试验阶段;产业化方面,厚普清洁能源等公司在低压固态储氢有所布局。
(3)加氢环节,主要由加氢站设备制造和加氢站的建设运营组成。
加氢站是氢能产业商业化发展的重要基础设施,其布局和数量决定了氢能产业终端应用的未来发展规模和渗透程度。加氢站建设成本高,主要是设备成本(占总成本的 70%),因此参与建设的主体主要以加氢站设备制造商、氢能源汽车及零件制造商为主,如京城机电、中国石化、富瑞特装等。截至 2023 年 4 月,中国已建成加氢站 301 座,虽然稳居世界第一,但是从氢能全产业链的同步发展来看,加氢站相较于上游制氢、下游氢燃料电池车的发展速度较慢。
(4)氢能应用,主要以燃料电池为主。
燃料电池即通过注入氢气等燃料使之发生氧化还原反应产生电流的装置,它具有发电效率高、环境污染小、能源利用率高等特点。氢燃料电池是氢能应用于交通领域的重要技术路线,由于氢燃料电池汽车造价高,加上加氢站覆盖率低,民众对其热情不高,因此其主要应用在商用车和重型工程机械领域;如国鸿氢能的氢燃料电池重卡、福田智蓝新能源的氢燃料电池物流车以及昇辉科技的氢燃料电池客车等。中国的燃料电池发展仍处于初期阶段,核心技术尚未成熟,因此发展也呈现多元化的趋势。产业内企业在加强自主研发的同时,也通过投资、合作、直接引进等形式来实现技术升级,如亿华通、雄韬股份、国鸿氢能等企业。
氢能面对市场存在部分组件本土化率低、产业链发展不平衡、标准化待完善等不足,仍然凭借其真正的零碳排放、可再生可持续等优势,得到了全球范围内主要国家的重视。相信有着领域内聪明公司的协同创新,以及产业界持续的推动绿氢降本增效,氢能行业将得到长久的发展。
郑州博观电子科技有限公司是一家提供科技类物联网开发软硬件定制化方案服务商、也是中原地区领先的物联网终端设备解决方案提供商。致力共享换电柜、智能充电桩、共享洗车机、物联网软硬件等服务平台的方案开发与运维。总部位于河南省郑州市高新区,已取得国家高新技术企业认证证书。经过10多年的业务开拓,公司已经形成了以中原地区为中心、业务遍布全国的经营格局。