不只于氢能汽车,盘点2019年国内外氢能应用最新突破
自2015年丰田推出氢燃料电池汽车Mirai后,氢能再一次进入公众视野。在氢能的应用方面,根据普氏能源(Platts Analytics)数据,2019年的氢气用途主要用于精炼(3850万吨)与制氨(3330万吨),还有475万吨用于其他用途,市场总需求共约7600万吨。
除开传统的精炼与制氨用途,目前无论国际还是国内,均以氢燃料电池为主要的表现形式,其中又以氢燃料电池汽车为落地应用,因此造成了“提氢能必提氢燃料电池汽车”的现象。国内各地发展氢能产业,也基本以氢燃料电池汽车作为载体,示范应用几乎全部都是氢燃料电池汽车。
氢能的应用十分广泛,可以大规模用于电力、石化、航空、航天、航海、石化、工业气体等等各种领域,是一个没有上限的产业,不应该只给民众留下一个“汽车”的单调印象。
氢云链整理了2019国内外在氢能应用上取得的应用突破,并简要介绍国外的氢能应用发展案例,希望能够展现一个丰富多彩的氢能社会和氢能经济。首先是国内方面的应用。
储能电站
氢燃料电池与电力行业有天然的密切联系。储能项目近年来成为电网建设的热门方向,但国内已经建成或在建的电化学储能项目几乎都是基于锂离子电池体系,燃料电池的身影并不常见,大容量氢燃料电池储能项目更是在2019年才实现了突破。
2019年8月,安徽省六安市1MW分布式氢能综合利用站电网调峰示范项目在金安经济开发区成功签约。该氢能源储能项目由国网安徽综合能源服务有限公司投资建设,六安明天氢能公司合建,总投资5000万元,占地10亩。该项目主要建设1MW分布式氢能综合利用站,是国内第一个兆瓦级氢能源储能电站。
氢能电站项目是电网调峰的新模式,是能源综合利用的新途径,对氢能产业和能源互联网的发展均有重要意义,已被国家电网列入2019年科技项目指南,在全国具有典型的示范宣传效应。
氢能自行车
共享模式有利于扩大产品应用规模,并同时降低消费者的体验成本。国内有厂商根据氢燃料电池目前成本高的特点,将共享经济模式使用在了氢能产业上,尝试通过共享氢能自行车推广氢能应用。
2019年10月,永安行正式推出氢能助力自行车。永安行氢能源助力自行车全车30公斤左右,续航总里程目前是60公里,未来将达到100公里,氢燃料加气3分钟左右完成。
12月20日,永安行科技股份有限公司正式向部分体验者开放共享氢燃料电池助力车,据永安行介绍,这也是全球首款氢燃料电池助力车。
氢能摩托车
有自行车自然就有摩托车。2019年4月,摩托车巨头宗申动力广州氢能与燃料电池及加氢站设备展览会上展出了一款氢燃料电池摩托车发动机,但并未展出整车产品。截止目前,宗申动力仍未推出燃料电池摩托车整车产品
此外,在2020年1月,安徽省淮北市伯化氢能也推出了“氢风侠”氢能摩托车。在具体参数方面,最大功率800W,最高时速60km/h,加满氢气可以续航100公里,充满氢气只需15分钟,若采取换瓶方式,更换一个氢气罐只需30秒!
现氢能动力船舶
航运有典型长途、重载的特征,在船舶电动化上,氢能有独到的应用优势。近年来,国际上正在逐步加大对氢燃料电池船舶的应用研究
2019年12月,中船集团在展台举行了全国首台500KW级船用氢燃料电池系统的首发仪式。据负责研发的武汉船用电力推进装置研究所相关负责人介绍,该系统由船用燃料电池发电模块、船用燃料电池监控装置、船用有机液体制氢装置组成,每升有机液体可制氢50-80克、可靠性好、集成度高、补给便捷,适用于各类船型,补给时间小于1小时,可续航200-500公里。
“与储能量同样10MWh的锂电池方案相比,船用氢燃料电池系统的重量从100吨减至30吨,占地面积从300平方米减至50平方米,补给时间从4-8小时缩短至1小时,而成本基本持平。”该负责人在首发仪式上透露,以船长21米、航速8节、储能380KWh的新疆天池游船为例,采用该系统后续航力可达4小时。
氢能炼钢
2019年蒂森克虏伯启动了全球第一例氢能炼钢实践项目,标志着钢铁产业步入了新的时代。国内的宝武集团、河钢集团、酒钢集团等钢铁企业在2019年都发布了氢能炼钢相关的规划,其中以宝武集团的“核能制氢+氢能冶金”最为令人瞩目,据了解,宝武集团已经初步确定了氢能炼钢的选址,不久将开展氢能炼钢的实践。
此外,河钢集团与特诺恩集团签订协议,携手发展氢能冶金,酒钢集团则成立了氢冶金研究院。国内氢能冶金领域将紧跟国际步伐。
氢能轨道车
11月29日,世界首条商业运营氢能源有轨电车——高明氢能源有轨电车上线仪式举行。据介绍,有轨电车的最高运行时速为70公里,最大载客量可达360人。线路初期配备了5辆有轨电车,车辆为100%低地板的现代有轨电车,车辆的续航能力能达到100公里。此外,有轨电车每侧设置6个双开门,每列车安装6个储气瓶,储氢瓶额定工作压力为35MPa,储氢量为20千克。
天然掺氢
9月30日,国家电投2019年重点项目--朝阳可再生能源掺氢示范项目第一阶段工程圆满完工。该项目是国内首个电解制氢掺入天然气项目,通过验证电力制氢和氢气流量随动定比掺混、天然气管道材料与氢气相容性分析、掺氢天然气多元化应用等技术的成熟性、可靠性和稳定性,达到全面验证示范氢气"制取-储运-掺混-综合利用"产业链关键技术的目的,打破国外技术垄断,填补国内天然气管道掺氢规范和标准的空白。
氢能叉车
目前最大规模的移动燃料电池应用,并非乘用车、也并非客车或卡车,而是叉车。在美国,有超过2.6万台燃料电池叉车正在安全地运营,而国内在燃料电池叉车上仅有极少数的样品,市场上的产品更是空白。
2019年11月,清大股份与深圳汽航院在高交会场签订了战略合作框架协议。根据协议双方将在新能源智能汽车领域的战略研究、技术需求、协同研发等方面展开深入合作,并成立全国首个“燃料电池智能叉车联合创新中心”。该中心将汇聚国内外高端燃料电池智能叉车产业创新资源、产业资源,率先打造中国首款燃料电池智能叉车。
氢医疗仪器
氢医学研究已经越来越得到医疗领域关注,至今全世界发表的有关氢医学论文已超过13000多篇,已成为最有应用前景的先进医疗手段,日本厚生省在2016年已经认定氢医疗为先进的医疗手段B类进入医疗体系。
在 CMEF 2019上,展出了一台“氢氧气雾化机”,该设备将纯水电解产生氢氧混合气供人体吸入,对各类慢性疾病的防治具有辅助作用,改善人们的健康状况。
“这是一台世界首创的氢氧气雾化机,具有体积小、产气量大的优势。氢分子医学落地到临床作为呼吸设备是中国人首先提出的,希望能够进入千家万户,为老百姓的健康事业作出贡献。” 设备厂商工作人员这样说道。
目前,氢氧雾化机已经获得三类医疗器械批号,具备了在医疗机构也就是在医院中给住院患者使用的资格,并在武汉抗击新型冠状病毒肺炎的战役上提供了支援。
除了上述的国内氢能方面的应用之外,在国外氢能应用也非常广泛,具体详情如下:
电动汽车充电器
2019年底,英国AFC公司推出世界上第一款基于氢燃料电池技术的电动汽车燃料电池(EVFC)充电器CH2ARGE。该方案将燃料电池产生的能量传输到EV充电器的逆变器,通过燃料电池将储存在现场储罐中的氢气用于为40kW电池充电,并将能量输送到电动车辆。
家用氢能锅炉
日本的家用天然气燃料电池锅炉已经应用多年,但家用氢能锅炉却迟迟未能投入使用。
2019年6月25日,世界上第一台氢动力家用锅炉将在荷兰Rozenburg的现实生活中投入运行。该锅炉由BDR Thermea集团开发,BDR是智能热舒适解决方案的领先制造商,其愿景是开发和生产几乎不含二氧化碳(CO2)排放的加热解决方案。
燃油加氢
在全球排放政策日趋严格的情况下,如何帮助存量庞大的内燃机减排成为迫在眉睫的问题,市场上出现了甲醇、生物乙醇等替代燃料解决方案,但由于各种原因,其推广情况并不十分理想。2019年,福特又退出了一个新的替代燃料方案,即使用加氢处理的植物油(HVO,Hydrotreated Vegetable Oils)。 目前,福特已经批准在欧洲一些全顺面包车中使用加氢处理的植物油(HVO)。
液氢运输船
12月11日,日本川崎重工发布消息称,全球首艘液氢运输船从该公司位于日本神户港的船厂下水。这是世界上第一艘运输液化氢的海上运输船,其技术将极大地扩大绿色能源的货运能力。该运输船命名为“SUISO FRONTIER”。全长116米,总吨位约8000吨。计划2020年秋季前后竣工。
海上风电制氢
基于Q13a平台的PosHYdon项目是世界上第一个海上风电制氢项目,由荷兰多家企业、机构共同承担,以促进减排事业,在北海建立新的能源模式。Nepture Energy的Q13a平台是荷兰北海首座完全电气化的油气平台,在PosHYdon项目中将被改造为制氢平台。集装箱式的制氢设备体积很小,绝大多数海上平台都可以容纳。目前阶段,平台电力暂时由陆地上的电网通过海缆连接供应(并按波动的海上风电发电量来模拟),未来将改由附近的海上风电场供应。
氢能小区
丰田汽车在即将开幕的2020年国际消费电子展(CES)前夕表示,丰田汽车公司将在日本富士山脚下建造一座175英亩的氢燃料电池来建造一座“未来之城”。该开发项目将在一个封闭的工厂现场建造,称为“编织城市”(Woven City)。 建筑物将主要由木材制成,将使用传统的日本木工结合机器人生产,屋顶将被光伏板覆盖,以产生氢能和氢燃料电池产生的电能。
于此同时,工程咨询公司Arcadis,概念开发商LiveFree和Hoogeveen市政府宣布建设荷兰的第一个以氢气为基础能源的住宅区:范德文庭院(Van der Veen)。这个小区的16栋建筑将配备太阳能电池板,低温供暖系统和储氢罐。
本文来源于汽车之家车家号作者,不代表汽车之家的观点立场。
国核储能
据国家能源局2022年度储能研究课题评审结果公示,国家电投集团综合智慧能源科技有限公司(以下简称“智慧能源(国核电力院)”)实现新突破,承担《氢储能与电力系统耦合集成发展及商业模式研究》,探索氢储能助力新型电力系统发展的关键路径。
这意味着智慧能源(国核电力院)技术综合实力再次得到认可。依托 “绿氢技术发展研究中心”落地红利,智慧能源(国核电力院)项目团队深入思考电-氢耦合发展通道,叠加担当国家电投绿电转化技术总成单位集成效应,目前已全面铺开课题研究。
采取电氢双业务板块协同模式,初步形成电-氢耦合路径、商业模式设计以及氢储能分场景分区域产业发展布局等成果。
从辽宁朝阳我国首个天然气掺氢项目,到宁东化工基地国家电投首个可再生能源制氢示范项目;从绿氢技术发展研究中心落地,到氢储珠联璧合逐步成熟。在“双碳”背景下,氢储能在智慧能源(国核电力院)典型整体解决方案中,将发挥更加重要的作用。
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氢的注入增加了燃料。同时,通过微机积分控制器的控制,减少了燃料的供应,添加的氢气替代了减少的燃料。从而达到节油的目的。该产品节油效果显著,节油率高达15%-35%。氢燃料是唯一没有碳的...
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氢气的三大优势
氢的优势在于能够非常有效地抑制氧化应激而不破坏细胞功能,因为它只去除毒性最大的OH,而不去除超氧阴离子和过氧化氢。
腾讯网2021-04-25
氢能源的优势 氢的能量密度非常高,是汽油的3倍,酒精的3.9倍,焦炭的4.5倍。在军工方面:氢燃料发动机具有动力强劲续航能力强的特点.-雪球
1.氢的纯度(闪爆风险);提纯原理和工艺都很简单:加压液化提纯,氢是最后一个被液化的气体。
2.压力容器的抗压强度(泄露风险)。
雪球2021-04-07
英国试点为天然气管网注入氢来实现碳减排
这有助减少英国整体的碳排放量。氢气燃烧后只产生热量和水。这个英国政府支持的绿色能源项目由基尔大学与多家公司和机构合作开展。
中评网2022-11-30
英国试点为天然气管网注入氢来实现碳减排-数字营销
在该校园区内推行的一个绿色能源试点项目已正式实施,将把氢气按一定比例注入天然气管网中用于供暖。由于氢的“零碳排放”特性,这有助减少英国整体的碳排放量。
数字营销网2022-08-01
氢作为能源有哪些优点?芝士回答
氢作为能源的优点有:
(1)氢的储量丰富,仅利用海水产生的氢气所能提供的能量将比地球上所有化石燃料大9000倍;
(2)氢气燃烧以后生成水,它对环境不造成任何污染,
芝士回答2021-03-31
用氢做燃料优点-芝士回答
用氢做燃料优点 环保:氢气燃烧后的产物是水,不会造成环境污染。2.可循环使用:地球70%被海洋覆盖,从水中分离氢气用之不竭。3.能量高:氢气燃烧产生的能量非常之高。氢气(H₂)最早与16世纪初...
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四大直辖市
北京市: 《北京市氢能产业发展实施方案(2021-2025)》指出,2025年前, 交通运输领域, 探索 更大规模加氢站建设的商业模式,力争完成新增37座加氢站建设,实现燃料电池 汽车 累计推广量突破10000辆; 分布式供能领域,在京津冀范围 探索 更多应用场景供电、供热的商业化模式,建设“氢进万家”智慧示范社区,累计推广分布式系统装机规模10MW以上。推动实现内燃机叉车和铅酸电池叉车的分阶段替换,共计替换5000辆以上。
上海市: 《上海市氢能产业发展中长期规划 (2022-2035年)》指出,建设各类加氢站70座左右,培育5-10家具有国际影响力的独角兽企业,建成3-5家国际一流的创新研发平台, 燃料电池 汽车 保有量突破1万辆,氢能产业链产业规模突破1000亿元,在交通领域带动二氧化碳减排5-10万吨/年。
天津市: 《天津市氢能产业发展行动方案(2020—2022年)》指出,推广应用方面:到2022年,力争建成至少10座加氢站、打造3个氢燃料电池车辆推广应用试点示范区,重点在交通领域推广应用,开展至少3条公交或通勤线路示范运营,累 计推广使用物流车、叉车、公交车等氢燃料电池车辆1000辆以上;实现其他领域应用突破,建成至少2个氢燃料电池热电联供示范项目。
重庆市: 《重庆市氢燃料电池 汽车 产业发展指导意见》指出,2023 2025年,在产业链层面,产业集群进一步壮大,全市氢燃料电池相关企业超过100家,其中有全国影响力的整车企业2家、动力系统企业3家、核心零部件企业10家。 在示范推广层面,建成加氢站30座,在区域公交、物流等领域实现批量投放,氢燃料电池 汽车 运行规模力争达到2000辆。
七大省
广东省: 《广东省加快氢燃料电池 汽车 产业发展实施方案》指出,围绕氢燃料电池商用车和专用车规模化推广应用需要,组织编制加氢站布局方案,在珠三角核心区 、沿海经济带布局建设约300座加氢站。 按照“总量控制,先建先得”原则进行补贴,省财政对2022年前建成并投用,且日加氢能力(按照压缩机每日工作12小时的加气能力计算)500公斤及以上的加氢站给予补贴。
河北省: 《河北省氢能产业发展“十四五”规划》指出,到2022年:氢能关键装备及其核心零部件基本实现自主化和批量化生产,氢能产业链年产值150亿元。 到2025年,培育国内先进的企业10-15家,氢能产业链年产值达到500亿元。 全省建成25座加氢站,燃料电池公交车、物流车等示范运行规模达到1000辆,重载 汽车 示范实现百辆级规模;氢气实现在交通、储能、电力、热力、钢铁、化工、通信、天然气管道混输等领域试点示范。到2025年,累计建成100座加氢站,燃料电池 汽车 规模达到1万辆,实现规模化示范;扩大氢能在交通、储能、电力、热力、钢铁、化工、通信、天然气管道混输等领域的推广应用。
江苏省: 《江苏省氢燃料电池 汽车 产业发展行动规划》提出, 基本建立完整的氢燃料电池 汽车 产业体系,力争全省整车产量突破1万辆,建设加氢站50座以上 ,基本形成布局合理的加氢网络,产业整体技术水平与国际同步,成为我国氢燃料电池 汽车 发展的重要创新策源地。研制优势整车产品。以市场为导向,做优商用车,前瞻布局乘用车,重点发展续航里程500公里以上的氢燃料电池客车、物流车、专用车、小型货车等,加快100kW以上重型卡车开发,逐步形成多车型、多规格、系列化的产品体系,高水平建立氢燃料电池 汽车 整车产业集群。
浙江省: 《浙江省加快培育氢能产业发展的指导意见》指出,产业发展。 氢燃料电池整车、系统集成以及核心零部件等产业链全面形成,氢燃料电池整车产能达到1000辆,氢燃料发动机产量超过1万台,氢能产业总产值超过100亿元。 企业培育。力争培育形成一批具有较强竞争力、国内领先的氢燃料电池整车、发动机及零部件等优势龙头企业。推广应用。氢燃料电池在公交、物流、船舶、储能、用户侧热电联供等领域推广应用形成一定规模, 累计推广氢燃料电池 汽车 1000辆以上。 加氢设施。在现有加油(气)站以及规划建设的综合供能服务站内布局建设加氢站,力争建成加氢站30座以上,试点区域氢气供应网络初步建成。
山东省: 山东(山东省氢能产业中长期发展规划(2020-2030年)提出,2023年到2025年,为氢能产业加速发展期。氢能产业链条基本完备,培育10家左右具有核心竞争力和影响力的知名企业,燃料电池发动机产能达到50000台,燃料电池整车产能达到20000辆,燃料电池轨道交通、港口机械、船舶及分布式发电装备产业实现突破,氢能产业总产值规模突破1000亿元。燃料电池发动机、关键材料、零部件和动力系统集成等核心技术接近国际先进水平。制氢、储(运)氢、加氢及配套设施网络逐步完善,氢能在商用车、乘用车、船舶、分布式能源、储能等应用领域量化推广, 累计推广燃料电池 汽车 10000辆,累计建成加氢站100座,氢能在电网调峰调频、风光发电制氢等领域应用逐步推广。
四川省: 《四川省氢能产业发展规划(2021-2025年)》指出, 到2025年,燃料电池 汽车 (含重卡、中轻型物流、客车)应用规模达6000辆,氢能基础设施配套体系初步建立,建成多种类型加氢站60座; 氢能示范领域进一步拓展,实现热电联供(含氢能发电和分布式能源)、轨道交通、无人机等领域示范应用,建设氢能分布式能源站和备用电源项目5座,氢储能电站2座。
贵州省: 《贵州省“十四五”氢能产业发展规划》指出,以焦化副产氢为核心,可再生能源制氢为辅的多种氢源供氢总产能超过1万吨/年。建成加氢站15座(含油气氢综合能源站);示范运营燃料电池重卡、物流车、环卫车、大巴车、 公交车及特种车辆超1000辆;在氢储能、燃料电池多能联供、备用电源、绿氢化工、绿氢冶金、天然气掺氢等领域布局示范;建设氢气输送管道20km,固定式多能联供装机超10MW。
两大自治区
内蒙古自治区: 内蒙古 《关于促进氢能产业高质量发展的意见》指出,到2025年前,开展“风光储+氢”“源网荷储+氢”等绿氢制备示范项目15个以上,绿 氢制备能力超过50万吨/年;鼓励工业副产氢回收利用,工业副产氢利用超过100万吨/年,基本实现应用尽用;建成加氢站(包括合建站)100座以上 ;加速推进燃料电池车替代中重型燃油矿用卡车和公共服务车辆, 推广氢燃料电池重卡5000辆以上 ,累计推广燃料电池 汽车 突破1万辆,自治区形成集制备、存储、运输、应用于一体的氢能产业集群,氢能产业总产值力争达到1000亿元。
宁夏回族自治区: 《宁夏回族自治区氢能产业发展规划(征求意见稿)》指出,到2025年,初步建立以可再生能源制氢为主的氢能供应体系。可再生能源制氢量达到 8 万吨以上, 建成加氢站10座以上,可再生氢替代煤制氢比例显著提升,天然气掺氢推广应用成效明显,氢燃料电池重卡保有量 500 辆以上, 完成国家氢燃料电池 汽车 示范城市群创建任务。
除上述省市已经发布相应的氢能产业规划,另外,广西壮族自治区、河南省、辽宁省、陕西省等也正在加紧编制省级氢能规划
文/熊华文 符冠云,国家发改委能源研究所,环境保护
当前,世界各国都在加快推进氢能产业发展,初步形成了四种典型模式,即以德国为代表的“深度减碳重要工具”模式,以日本为代表的“新兴产业制高点”模式,以美国为代表的“中长期战略技术储备”模式和以澳大利亚为代表的“资源出口创汇新增长点”模式。我国在推动氢能产业高质量发展的过程中,应充分参考借鉴国际经验,进一步明确“初心”与“使命”、目标与路径,以推进能源革命为出发点,构建“大氢能”应用场景,统筹推进氢能产业技术与市场、供应与需求的协调发展。
氢能作为二次能源, 具有来源广泛、适应大范围储能、用途广泛、能量密度大等多种优势。随着氢能产业的兴起, 全球迎来“氢能 社会 ” 发展热潮,欧盟、日本、美国、澳大利亚、韩国等经济体和国家均出台相关政策,将发展氢能产业提升到国家(地区)战略高度,一批重大项目陆续启动,全球氢能产业市场格局进一步扩大。对我国而言,加快发展氢能产业,也有现实而迫切的意义。具体来看, 发展氢能产业是优化能源结构、推动能源转型、保障国家能源安全的战略选择,是促进节能减排、应对全球气候变化、实现绿色发展的重要途径,是超前布局先导产业、带动传统产业转型升级、培育经济发展新动能、推动经济高质量发展的关键举措。
2019年是我国氢能发展的创新之年,“理想照进现实”特点明显— 战略共识基本成形, 探索 的步伐正在加快, 先进理念、技术、模式层出不穷。超过30个地方政府发布了氢能产业发展规划/ 实施方案/ 行动计划,相关的“氢能产业园”“氢能小镇”“氢谷”项目涉及总投资额多达数千亿元,氢燃料电池 汽车 规划推广数量超过10万辆,加氢站建设规划超过500座。我国在加快发展氢能产业的过程中,需要广泛参考借鉴国际经验。我们认为,对于国际经验的研究不应只停留在政策、措施和行动的简单总结及归纳层面,而应该深入分析各国发展氢能背后的初衷、动机、利益格局等内容。在充分了解各国资源禀赋、产业基础、现实需要等各方面因素的基础上,找到发展的方向、目标、路径、模式与政策措施之间的逻辑关系。换言之,不止要看“做了什么”,更要研究“为什么做”“做了有什么好处”等深层次问题。
从不同国家发展氢能产业的出发点、侧重点、着力点等方面看, 全球各国实践大致可总结为四大类型,本文称之为四种典型模式,即把氢能作为深度脱碳的重要工具的德国模式(法国、英国、荷兰等国做法类似);把氢能作为新兴产业制高点的日本模式(韩国做法类似);把氢能作为中长期战略技术储备的美国模式( 加拿大做法类似) 以及把氢能作为资源出口创汇新增长点的澳大利亚模式( 新西兰、俄罗斯等国做法类似)。
德国模式:推动深度脱碳,促进能源转型
德国能源转型近年来暴露出越来越多的问题。首先,随着可再生能源装机容量和发电量的稳步提升,维护电力系统稳定性成为其头等挑战。2019年德国部分地区出现了电力供应中断事故,暴露出其储能和调度能力不足的短板。其次,为提升电力系统供应能力,德国增加了天然气发电,但由此需要从俄罗斯等国家进口更多天然气,导致能源对外依存度提升。最后, 能源转型使带来能源价格走高,能源转型面临越来越多的争议。与能源转型陷入困境一脉相承的问题是碳减排进展不如预期。德国政府已经提出了2030年比1990年减排55%的中期目标和2050年实现碳中和的长期目标,然而自2015年以来碳排放量不降反升,2018年在暖冬的帮助下才实现了“转跌”。传统减排路径边际效益递减,急需开辟新途径,挖掘更多减碳潜力。
发展氢能可助力大规模消纳可再生能源,并实现“难以减排领域”的深度脱碳。电解水制氢技术发展迅速,规模提高、响应能力增强、成本下降,使其有望成为大规模消纳可再生能源的重要手段。在区域电力冗余时,通过电解水制氢将多余电力转化为氢气并储存起来,从而减少“弃风能”“弃光能”“弃水能”等现象,降低可再生能源波动性对于电力系统的冲击。与此同时,氢能具有高能量密度(质量密度)、电化学活性和还原剂属性, 能够在各种应用领域扮演“万金油”角色,对“难以减排领域”的化石能源进行规模化替代,实现深度脱碳目标。
围绕深度脱碳和促进能源转型,德国创新提出了电力多元化转换(Power-to-X)理念,致力于 探索 氢能的综合应用。具体而言,在氢气生产端,利用可再生电力能源电解水制取低碳氢燃料,从而构建规模化绿色氢气供应体系。在氢气应用端,将绿色氢气用于天然气掺氢、分布式燃料电池发电或供热、氢能炼钢、化工、氢燃料电池 汽车 等多个领域。现阶段,德国政府与荷兰等国正在开展深度合作,重点推广天然气管道掺氢,构建氢气天然气混合燃气(HCNG) 供应网络。其中,依托西门子等公司在燃气轮机方面的技术优势, 已开展了若干天然气掺氢发电、供热等示范项目。截至2019年年底,德国已有在建和运行的“P to G”(可再生能源制氢 天然气管道掺氢)示范项目50个,总装机容量超过55MW。此外,蒂森克虏伯集团已开展氢能炼钢示范项目,预计到2022年进入大规模应用阶段。
日本模式:保障能源安全,巩固产业基础
日本能源安全形势严峻,急需优化能源进口格局和渠道。日本的能源结构高度倚重石油和天然气,二者占能源消费比重高达2/3,因为国内能源资源比较匮乏,95%以上的石油和天然气都需要进口。能源地缘政治局势日趋复杂,断供风险犹如“达摩克利斯之剑”,再加上国际能源市场价格的大起大落,都会给日本能源安全甚至经济安全带来冲击。2011年福岛核事故之后,日本核电发展遇到越来越多的阻力,如果实现本土“弃核”,意味着能源对外依赖程度还要提升。因此,日本迫切需要在当前能源消费格局中开辟新的“阵地”,寻找能源安全的缓冲区和减压阀,摆脱其对于石油和天然气的依赖。
发展氢能可提升能源安全水平、分化能源供应中断及价格波动风险。日本未来消费的氢能虽然仍需要从海外进口, 但主要来自澳大利亚、新西兰、东南亚等国家和地区, 与中东、北非等传统油气来源地区形成了空间分离,进而分化了地缘政治风险。同时,石油和天然气在价格上有较高的关联度,两者仍然属于“一个篮子里的鸡蛋”。而氢能来源广泛,价格与油气的关联度不高,增加氢能进口和消费,能够在一定程度上分化油气价格同向波动对本国经济的影响。此外,氢能还能够提升本国的能源安全水平。日本是地震、海啸、台风等自然灾害多发的地区,能源供应中断情况经常发生。氢燃料电池 汽车 、家用氢燃料电池热电联产组件等设备在充满氢气或其他燃料的情况下,可维持一个家庭1 2天的正常能源供应。氢能终端设备的普及,还可以为日本减灾工作作出贡献。
日本氢能基本战略聚焦于车用和家用领域的应用,是产业和技术发展的必然延伸。日本在技术、材料、设备等方面拥有非常明显的优势, 尤其是已基本打通氢燃料电池产业链。经过多年耕耘,日本已在氢能领域打造出一批“隐形冠军”,如东丽公司的碳纤维、川崎重工的液氢储运技术和装备等。据统计,日本在氢能和燃料电池领域拥有的优先权专利占全球的50%以上,并在多个关键技术方面处于绝对领先地位。专利技术既是日本的“保护网”,也是其他国家的“天花板”。推广氢燃料电池 汽车 和家用燃料电池设备,一方面,可将过往的投入在市场上变现、获取现金流,另一方面,还能及时获取信息反馈,完善技术和设备,由此形成了“技术促产业、产业促市场、市场促技术”的良性循环和正向反馈。
美国模式:储备战略技术,缓推实际应用
美国氢能发展经历“ 两起两落”,但将氢能视为重要战略技术储备的工作思路一直没有改变。早在20世纪70年代,美国政府就将氢能视为实现能源独立的重要技术路线,密集开展了若干行动和项目, 但热度随着石油危机影响的消退而降温。2000年前后氢能迎来了第二个发展浪潮。2002年美国能源部(DOE)发布了《国家氢能路线图》,构建了氢能中长期愿景,启动了一批大型科研和示范项目,但后因页岩气革命和金融危机的冲击,路线图被搁置,不过联邦政府对氢能相关的研发支持延续至今。
在过去的10年中,美国能源部每年为氢能和燃料电池提供的支持资金从约1亿美元到2.8亿美元不等,根据2019年年底参议院、众议院通过的财政拨款法案,2020年支持资金为1.5 亿美元。总体来看,在近50年的时间里,尽管有起伏,但联邦政府将氢能视为重要战略技术储备的工作思路一直没有改变,持续鼓励 科技 研发使得美国能够保持在全球氢能技术的第一梯队。
页岩气革命是美国氢能发展战略被搁置的最主要原因。凭借具有经济、清洁、低碳优势的页岩气,美国已逐步实现能源独立和转型,而页岩气和氢能在应用端存在较多重合,对氢能形成了巨大的挤出效应。加州燃料电池合作伙伴组织(CaFCP)的数据显示,美国的氢燃料电池 汽车 市场已陷入停滞状态,在2019年甚至出现了12%的下滑,发展势头已被日韩、中国赶超。
澳大利亚模式:拓宽出口渠道,推动氢气贸易
澳大利亚一直是全球最主要的资源出口国,同时资源出口也是其最重要的经济增长引擎。根据澳大利亚联邦矿产资源部发布的数据,2019年资源出口直接贡献了该国GDP增长的1/3 以上。但传统的“三大件”(煤炭、液化天然气、铁矿石)出口已现颓势。在煤炭方面,长期以来澳大利亚在全球煤炭贸易中占比超过1/3, 主要目标市场集中在东北亚地区,然而近几年中、日、韩相继开展减煤控煤行动,煤炭出口前景暗淡。在铁矿石方面,中国买走了60%以上的澳大利亚出口铁矿石,而中国钢铁产量进入峰值平台、电炉钢比重提升,这都将拉低其对铁矿石的需求;在液化天然气(LNG)方面,尽管市场需求增长潜力仍然可观,但由于国际油价暴跌,LNG出口创汇能力也被大幅削弱。据世界天然气网站分析, 未来五年内澳大利亚LNG出口收入将持续收缩。
出于经济可持续发展考虑,澳大利亚政府急需找准新兴市场需求,拓宽出口渠道。2019年11月,澳大利亚政府发布了《国家氢能战略》,确定了15大发展目标、57项联合行动,力争到2030年成为全球氢能产业的主要参与者。打造全球氢气供应基地是澳大利亚发展氢能的重要战略目标。澳大利亚正积极推动与日、韩等国的氢气贸易,签订氢气供应协议,同时与相关企业开展联合技术创新,完善氢能供应链,扩大供应能力、降低成本。
如澳大利亚政府与氢能供应链技术研究协会(HySTRA,由川崎、岩谷、电力开发有限公司和壳牌石油日本分公司组成)合作组成联合技术研究组,开展褐煤制氢、氢气长距离输送、液氢储运等一系列试点项目。2019年年底川崎重工首艘液氢运输船下水,补齐了澳大利亚和日本氢气供应链最后一块拼图。这种“贸易 技术创新”一体化模式调动了各参与方的积极性,澳方可实现本国氢气资源的规模化开发,川崎等企业能够获得成本更低的氢气,技术研发团队获得了宝贵的试验田。
值得一提的是, 澳大利亚提出的低碳氢能,既包括可再生能源电解水制氢,也包括化石能源(尤其是煤炭) 制氢( 碳捕捉) 与储运技术。虽然化石能源制氢备受争议,但正是在煤炭出口增长乏力背景下的现实选择。
对我国的启示:明确氢能“协同互补”定位,构建多元化应用场景
每个国家发展氢能产业都有其“初心”和“使命”。德国模式将氢能视为手段,即发展氢能是为了破解能源转型和深度脱碳过程中出现的诸多问题;日本模式将氢能视为目的, 即发展氢能是关乎国家能源安全和新兴产业竞争力的战略选择,是迎合技术在市场变现中的强烈诉求;美国模式将氢能视为备选,即氢能只是众多能源解决方案中的一种,氢能发展与否,取决于其技术进步、成本下降等因素;澳大利亚模式将氢能视为产品,即乘着全球刮起的“氢风”,积极扩展出口产品结构,获取更多收益。
从上述对全球氢能发展四种典型模式的分析中可以看到,各国发展氢能产业均有其出发点和立足点,均考虑了各自的资源禀赋、产业基础、现实需要等多方面因素,大多遵循了战略上积极、战术上稳健,坚守发展初衷、不盲从、不冒进的推进策略。当前,我国有关部门正在研究制定国家层面的氢能产业发展战略规划,首先应该明确的是我国发展氢能产业的“初心”与“使命”、目标与路径等问题。参考借鉴国际经验,结合我国实际国情,本文提出我国氢能产业战略定位及发展导向等方面的三点建议。
一是明确产业定位,发挥氢能在现代能源系统中的载体和媒介作用。 国家《能源统计报表制度》已将氢气纳入能源统计,明确了氢能的能源属性,氢能即将成为能源系统的新成员,其发展必须服从和服务于能源革命的总体要求。需要认清的是,我国拥有多个与氢能存在替代关系的能源解决方案,因此氢能并非我国的必选项,而是备选项和优选项。因此,应从我国能源系统的核心问题出发,找准切入点,选择融入能源系统的合适路径。应利用氢能的特点和优势,发挥其在可再生能源消纳、增强能源系统灵活性与智能性等方面的作用,更好地与既有的各种能源品种互动,最终促进能源革命战略的深入实施。
二是提升认识视角,逐步构建绿色低碳的多元化应用场景。 2018年以来出现的各地区扎堆造车情况,既源于对氢燃料电池 汽车 发展前景认知过于乐观,又源于对氢能认识的局限。事实上,我国的氢能技术储备不足、产业根基不牢固,地区间差异非常明显,绝大多数地区都不具备将技术装备推向市场变现的能力和条件。而在深入推进生态文明建设和积极应对气候变化的格局之下,我国已经提出2030年前碳达峰和2060年碳中和的目标愿景,“难以减排领域”的深度脱碳将成为未来我国需要面对的重大问题。因此,应统筹经济效益、节能减碳和产业发展等因素,利用氢能具有的“高效清洁的二次能源、灵活智慧的能源载体、绿色低碳的工业原料”三重特点,逐步构建在交通、储能、工业、建筑等领域的多元化应用场景。
三是加强统筹协调,推动技术与市场、供应与需求“齐步走”。 氢能和燃料电池集尖端材料、先进工艺、精密制造于一身,兼具高附加值和高门槛属性。须清醒地看到,我国氢能产业与发达国家差距明显,远未达到大规模商业化的临界点,对价值创造功能不可预期过高。再加上目前产业利润集中在国外企业的事实,我国更应保持战略定力,坚持以“安全至上、技术自主、协调推进”为原则,不盲目追求市场扩张,避免强行通过补贴手段刺激下游需求,进而把大量补贴资金输送至国外公司。各地在谋划氢能产业发展过程中,应遵循“需求导向”原则,“自下而上”布局生产、储运及相关基础设施建设,推动氢能供应链各环节协同发展,避免某环节“单兵突进”。
甘肃2025年氢能产值将达百亿!风光发电+氢储能为主!
2023-01-05 17:08 来源:氢能汇 点击:10
2023年1月3日,甘肃省人民政府办公厅发布关于氢能产业发展的指导意见,提出到2025年,氢能产业创新能力显著提高,基础设施加快建设,实现多元化应用场景示范,初步形成有规模有效益的氢能产业发展格局,建成可再生能源制氢能力达到20万吨/年左右的制氢、储氢基地,建成一批氢气充装站及加氢站,开展短距离气态配送体系、长距离液氢输送和管道输氢综合互补的输氢网络体系建设。引进培育氢能企业20家以上,年产值达到100亿元。
在产业布局上,建设“一个走廊,两个示范区,两个基地”:
一个氢能走廊:沿“一带一路”通道节点城市布局可再生能源制氢及就近消纳体系,打造甘肃氢能走廊。
两个示范区:基于河西地区可再生能源优势,依托酒泉、张掖先行先试,建设绿氢生产及综合利用先行示范区。在陇东地区,以庆阳为核心,基于多种能源富集的优势,布局氢能—多能互补综合能源示范区。
两个基地:借助建设“兰白两区”契机,发挥高校、科研院所聚集和人才优势,打造氢能产业创新基地。依托兰州、定西及周边地区制造业优势,布局氢能装备制造业基地,重点发展氢能基础材料和氢能装备制造产业。
甘肃省将依托资源合理布局制氢基地,在可再生能源富集的河西地区,开展可再生能源电解水制氢试点示范,逐步扩大制氢规模,建成具有一定规模的绿氢生产基地。在工业副产氢较多的兰州及陇东地区,根据市场需求,利用工业副产氢提纯制氢。
在氢能运输领域,推进短距离高压管束车运输和长距离低温液态运输,开展天然气管道掺氢、纯氢管道输氢等应用试点。
以需求为导向统筹布局加氢站。支持在现有加油加气站基础上改扩建加氢站,探索四合一(加油、加气、加氢、充电)等综合站和站内制储加(制氢、储氢、加氢)一体化加氢站建设新模式。支持在高速公路服务区内布局建设“分布式光伏+制氢、储氢、加氢”一体化示范应用。
在应用场景拓展上,鼓励冶金行业探索绿氢冶金技术研发应用。探索液氢在航天领域的应用。在天然气短缺的市州,探索天然气掺氢及以氢作为高品质热源的应用。
发挥氢能储能容量大、调节周期长、建设周期短的优势,重点在河西地区布局大规模可再生能源制氢储氢一体化示范工程,培育“风光发电+氢储能”一体化应用模式,探索氢储能与波动性可再生能源发电协同运行的商业化运营模式,对比研究氢储能与电池储能、熔盐储能等其他储能方式单独或混合储能的技术特点和经济性。
探索布局发电领域示范应用。结合增量配电改革和综合能源服务试点,因地制宜开展氢电融合的微电网示范和氢能热电联供应用示范。在可再生能源基地,开展氢燃料电池、氢内燃机等发电技术应用示范。鼓励在偏远地区开展氢燃料电池分布式发电示范应用。结合我省大数据产业发展,鼓励开展氢燃料电池备用电源示范应用。
导语: “双碳”目标下,发展清洁能源是保障我国能源安全的根本之道。氢能是全球公认的低碳、零排放能源。随着《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》的出台,各地正积极谋划氢能产业的布局。本文对氢能产业链进行梳理分析,为各地政府的氢能产业招商和布局,以及有意向布局氢能业务的企业提供参考。
氢能产业的发展概况
氢能是指氢在物理与化学变化过程中释放的能量,可用于储能、发电、各种交通工具用燃料、家用燃料等。我国是世界上最大的制氢国,年制氢产量约 3300万吨,其中,达到工业氢气质量标准的约 1200 万吨。可再生能源装机量全球第一,在清洁低碳的氢能供给上具有巨大潜力。目前,国内氢能产业呈现积极发展态势,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,在部分区域实现燃料电池 汽车 小规模示范应用。
从全国各地布局看,长三角、珠三角、环渤海和川渝鄂四个氢能产业集聚区正在形成。据不完全统计,全国有超过25个氢能主题园区。其中北京、上海、武汉、佛山四个城市具备较雄厚的产业基础。
氢能产业链的基本构成
氢能产业链条长,技术密集。其整体可以分为氢能制取、氢能储运、氢能应用三大环节。包括上游氢能制造,中游氢能储存运输,下游交通领域、储能领域、工业领域应用。其中,制氢技术和基础设施是氢能产业发展的基础与核心(如:加氢站建设、燃料电池研发与制造等)。
制氢技术方面: 我国现阶段氢能生产有化石能源、工业副产氢、可再生能源电解制氢等。其中,化石能源制氢以煤、天然气为原材料,其技术成熟、成本相对低,但制氢气过程存在碳排放问题,且存在有硫、磷等危害性杂质;工业副产氢以焦炉煤气、氯碱尾气等工业副产提纯制氢,目前无法作为大规模集中化的氢能供应来源;可再生能源电解制氢的电解水制氢,因成本较高,尚未实现规模化应用。除此之外,生物质制氢、太阳能光催化分解水制氢、核能制氢等技术处于试验和开发阶段。
氢能储运分为储氢技术、加氢站两个方面: 储氢技术从纵向看分为气态储氢、液态储氢、固态储氢三种。从横向看分为物理储氢、化学储氢、吸附储氢。气态储氢技术成熟,是较长时间内的主流储氢方式,其中高压气态储氢最为成熟。液态储氢分为低温液态储氢、有机液态储氢,目前只在航天领域应用。固态储氢是利用固体对氢气的物理吸附或化学反应作用,将氢气储存于固体材料中。在国内,固态储氢已在分布式发电中得到示范应用;加氢站主要包括站内制氢技术和外供氢技术,三大核心设备有压缩机、储氢瓶、加氢机。
氢能应用方面: 主要包括氢燃料电池、交通领域、工业及能源领域、建筑领域。氢燃料电池与锂电池不同,其本质是一种电化学反应发电装置,拥有较高的经济效应,且无有害气体排放与噪声污染;交通领域方面,氢燃料车分为氢内燃机 汽车 、氢燃料电池车两种。目前我国遵循“氢燃料电池商用车先发展、氢燃料电池车乘用车后发展”的特点。2020年销售的氢燃料电池 汽车 公交客车、公路客车等客车占比达90.3%,物流车、牵引车等货车占比9.7%;工业及能源领域,主要包括氢能冶金、天然气掺氢、固定式电源/电站等;建筑领域主要为微型热电连供。
重点上市企业概况及布局动向
据不完全统计,氢能全产业链规模以上工业企业超过 300 家。国内主要从事制氢的上市公司有华东能源、华昌化工、宝丰能源等。从事储氢、加氢站的上市包括厚普股份、中材 科技 等。
此外,在燃料电池系统装机市场处于寡头竞争格局。亿华通、潍柴动力、爱德曼、国鸿重塑、 探索 汽车 为国内燃料电池系统装机市场的TOP 5,市占率综合接近7成。
氢能产业部分上市企业概况
氢能产业部分上市企业布局动向
附:氢能发展规划政策
关于合作
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