发改委:探索在氢能应用规模较大的地区设立制氢基地
3月23日,国家发改委发布《氢能产业发展中长期规划(2021-2035 年)》。规划明确,氢能是未来国家能源体系的重要组成部分和用能终端实现绿色低碳转型的重要载体,氢能产业是战略性新兴产业和未来产业重点发展方向。
根据规划,到2025年,形成较为完善的氢能产业发展制度政策环境,产业创新能力显著提高,基本掌握核心技术和制造工艺,初步建立较为完整的供应链和产业体系。燃料电池车辆保有量约5万辆,部署建设一批加氢站。可再生能源制氢量达到10-20万吨/年,成为新增氢能消费的重要组成部分, 实现二氧化碳减排100-200万吨/年。
到2030年,形成较为完备的氢能产业技术创新体系、清洁能源制氢及供应体系,产业布局合理有序,可再生能源制氢广泛应用,有力支撑碳达峰目标实现。
到2035年,形成氢能产业体系,构建涵盖交通、储能、工业等领域的多元氢能应用生态。可再生能源制氢在终端能源消费中的比重明显提升,对能源绿色转型发展起到重要支撑作用。
规划提出,立足本地氢能供应能力、产业环境和市场空间等基础条件,结合道路运输行业发展特点,重点推进氢燃料电池中重型车辆应用,有序拓展氢燃料电池等新能源客、货汽车市场应用空间,逐步建立燃料电池电动汽车与锂电池纯电动汽车的互补发展模式。积极探索燃料电池在船舶、航空器等领域的应用,推动大型氢能航空器研发,不断提升交通领域氢能应用市场规模。
易车讯 3月23日,国家发展改革委、国家能源局联合印发 《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》,《规划》明确了氢的能源属性,是未来国家能源体系的组成部分,充分发挥氢能清洁低碳特点,推动交通、工业等用能终端和高耗能、高排放行业绿色低碳转型。同时,明确氢能是战略性新兴产业的重点方向,是构建绿色低碳产业体系、打造产业转型升级的新增长点。
《规划》提出了氢能产业发展各阶段目标:到2025年,基本掌握核心技术和制造工艺,燃料电池车辆保有量约5万辆,部署建设一批加氢站,可再生能源制氢量达到10-20万吨/年,实现二氧化碳减排100-200万吨/年。到2030年,形成较为完备的氢能产业技术创新体系、清洁能源制氢及供应体系,有力支撑碳达峰目标实现。到2035年,形成氢能多元应用生态,可再生能源制氢在终端能源消费中的比例明显提升。
《规划》部署了推动氢能产业高质量发展的重要举措:一是系统构建氢能产业创新体系。聚焦重点领域和关键环节,着力打造产业创新支撑平台,持续提升核心技术能力,推动专业人才队伍建设。二是统筹建设氢能基础设施。因地制宜布局制氢设施,稳步构建储运体系和加氢网络。三是有序推进氢能多元化应用,包括交通、工业等领域,探索形成商业化发展路径。四是建立健全氢能政策和制度保障体系,完善氢能产业标准,加强全链条安全监管。
广州作为我国华南地区重要的中心城市和国家重要的综合交通枢纽,是全国最大的氢能和燃料电池汽车生产基地,拥有“全国氢能第一城”称号。近日,广州市国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要正式发布。纲要明确,广州将深入实施创新驱动发展战略,加快构建现代产业体系和创新发展新体制,到2025年,力争氢能经济产业规模超过5000亿元,建成一批具有国际影响力的氢能及燃料电池整车制造基地和示范应用标杆城市。
纲要提出,到2025年,广州加快培育壮大氢能、新能源、智能网联汽车等新兴产业,着力建设国家重要能源供应和先进电力装备制造基地、广州东部科技创新中心、全球新能源新材料先进制造中心。从发展路径上来看,从广州构建新能源汽车及智能网联车发展格局来看,纲要提出了广州大力发展新能源汽车产业的路径。具体而言,广州将按照绿色低碳可持续发展理念,围绕氢能源的“高品质”开发、高效利用、智能应用等重点方向开展科学研究工作,打造具有国际竞争力的氢能经济产业聚集区。
“十四五”时期,广州要构建“一体两翼”的氢能及燃料电池汽车产业发展格局。其中,“一体”即打造以新能源汽车、智能网联汽车为重点产业发展情况总体保持全国前列的氢能产业集群;“两翼”即推进氢燃料电池汽车示范应用和氢燃料电池发动机产业化。
纲要指出,为了加快氢能产业发展,充分发挥广州在发展能源与交通领域优势,到2025年,实现氢能量利用规模达到45万吨/年、燃料电池汽车累计推广量超过3万辆,形成较为完善的产业链,培育壮大若干个千亿级产业集群和百亿级企业群。
氢能更重要的是作为一种清洁能源和良好的能源载体,具有清洁高效、可储能、可运输、应用场景丰富等特点。
氢是二次能源,通过多种方式制取,资源制约小,利用燃料电池,氢能通过电化学反应直接转化成电能和水,不排放污染物,相比汽柴油、天然气等化石燃料,其转化效率不受卡诺循环限制,发电效率超过 50%,是零污染的高效能源。
氢能是实现电力、热力、液体燃料等各种能源品种之间转化的媒介,是在可预见的未来实现跨能源网络协同优化的唯一途径。当前能源体系主要由电网、热网、油气管网共同构成,凭借燃料电池技术,氢能可以在不同能源网络之间进行转化,可以同时将可再生能源与化石燃料转化成电力和热力,也可通过逆反应产生氢燃料替代化石燃料或进行能源存储,从而实现不同能源网络之间的协同优化。
随着可再生能源渗透率不断提高,季节性乃至年度调峰需求也将与日俱增,储能在未来能源系统中的作用不断显现,但是电化学储能及储热难以满足长周期、大容量储能需求。氢能可以更经济地实现电能或热能的长周期、大规模存储,可成为解决弃风、弃光、弃水问题的重要途径,保障未来高比例可再生能源体系的安全稳定运行。
氢能应用模式丰富,能够帮助工业、建筑、交通等主要终端应用领域实现低碳化,包括作为燃料电池 汽车 应用于交通运输领域,作为储能介质支持大规模可再生能源的整合和发电,应用于分布式发电或热电联产为建筑提供电和热,为工业领域直接提供清洁的能源或原料等。
日本、韩国、美国、德国和法国等国都从国家层面制定了氢能产业发展战略规划与线路,如日本的《氢能基本战略》、美国的《氢能经济路线图》、欧盟的《欧洲绿色协议》中的“绿氢战略”、韩国的《氢经济发展线路图》等,持续支持氢燃料电池的研发、推进氢燃料电池试点示范以及多领域应用,已在产业链构建、氢燃料电池 汽车 研发方面取得优势。根据国际氢能联合会发布的《氢能源未来发展趋势调研报告》预测,至2050年,氢燃料电池 汽车 将占全球机动车的20 25%,创造2.5万亿美元的市值,承担全球约18%的能源需求。
《中国制造2025》、《能源技术革命创新行动计划(2016-2030)》、《国家创新驱动发展战略纲要》、《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》、《“十三五”国家 科技 创新规划》等都将氢能与燃料电池列为重要任务,作为引领产业变革的颠覆性技术和战略性新兴产业,提出系统推进氢能 汽车 的研发、产业化和商业化。
今年以来,国家政策倾斜力度加大。6月22日,国家能源局发布了《2020年能源工作指导意见》,从改革创新和推动新技术产业化的角度推动氢能产业发展。文件指出,制定实施氢能产业发展规划,组织开展关键技术装备攻关,积极推动应用示范。
中国首部《能源法》再次征求意见。其中,氢能被列为能源范畴,是中国第一次从法律上确认了氢能属于能源。
目前,全国有20多个省份发布了氢能产业发展规划,在长三角、珠三角、京津冀等地区,氢能已形成一些小规模的示范应用。在一些地方形成了制备、储运、加注燃料电池和下游应用的完整产业链。
其中,山东省国内首个省级氢能中长期规划,山东3677战略打造氢经济带。省政府办公厅印发的《山东省氢能产业中长期发展规划(2020-2030年)》,以2019年为基准年,规划期限为2020-2030年,内容主要包括发展环境、总体要求、发展路径与空间布局、重点发展任务、保障措施和环境影响评价等6个部分。3月26日印发《济青烟国际招商产业园建设行动方案(2020-2025年)》,新能源 汽车 、氢能等字眼出现频率很高,也和山东省省级氢能规划相呼应。济南“中国氢谷”、青岛“东方氢岛”两大高地随着《方案》要拔地而起。潍坊市人民政府办公室印发了《潍坊市促进加氢站建设及运营扶持办法》。本办法适用于对在本市进行加氢站建设、加氢站加氢的企业给予补贴,即按日加氢能力和建成年限分别给予50~600万元补贴。
2019年,中国石油对外依存度首次突破70%的关口,而天然气对外依存度也高达45%。自2018年中美贸易战爆发以来,高度依赖海外油气进口所带来的能源安全隐患越来越让决策层与 社会 各界侧目。新冠疫情又进一步暴露了在紧急状态下产业链全球化的隐患和风险,致使原本已有抬头之势的逆全球化趋势进一步加深,将能源安全的地位上升到新的政治高度。
全球气候变化是21世纪人类面临的最复杂的挑战之一,减缓气候变化的措施之一是减少温室气体的人为排放。中国是仅次于美国的第二大碳排放国家,已承诺力争2030年前二氧化碳排放达到峰值2060年前实现碳中和。在碳中和的道路上,氢能是一个不可或缺的二次能源形式
尽管氢能发展前景广阔,但当前也面临着产业基础薄弱、装备和燃料成本偏高以及存在安全性争议等方面的问题。目前我国制氢技术相对成熟且具备一定产业化基础,全国化石能源制氢和工业副产氢已具相当规模,碱性电解水制氢技术成熟。但在氢气储运技术、燃料电池终端应用技术方面与国际先进水平相比仍有较大的差距。
譬如在储运方面,实现氢能规模化、低成本的储运仍然是我国乃至全球共同面临的难题。高压气氢作为目前国内外主流的氢能储运模式,还存在储氢密度仍然不够高、储运成本太高等问题。
氢气是二次能源,需要通过一定的方法利用其它能源制取,目前主要包括以下方法:
天然气中的烷烃在适当的压力和温度下,在转化炉中发生一系列化学反应生成包含一氧化碳和氢气的转化气,转化气再经过换热、冷凝等过程,使气体在自动化的控制下通过装有多种吸附剂的PSA装置后,一氧化碳、二氧化碳等杂质被吸附塔吸附,从而得到氢气。
以煤为原料制取含氢气体的方法主要有两种:一是煤的焦化,二是煤的气化。焦化是指煤在隔绝空气条件下,在90-1000 制取焦碳,副产品为焦炉煤气。焦炉煤气组成中含氢气55-60%左右。煤的气化是指煤在高温常压或加压下,与气化剂反应转化成气体产物,组成主要是氢及一氧化碳,经转化后可制得纯氢。
通常不直接用石油制氢,而用石油初步裂解后的产品,如石脑油、重油、石油焦以及炼厂干气制氢。石脑油制氢主要工艺过程有石脑油脱硫转化、CO变换、PSA,其工艺流程与天然气制氢极为相似;重油制氢是在一定压力下与水蒸气及氧气反应制得含氢气体产物;石油焦制氢与煤制氢非常相似,是在煤制氢的基础上发展起来的;炼厂干气制氢主要是轻烃水蒸气重整加上变压吸附分离法,与天然气制氢非常相似。
氯碱工业采用电解盐水的方式生产氯气和烧碱,在电解槽阳极生成氯气,阴极生成氢气,阴极附近生成烧碱,氢气进入脱氧塔脱除其中氧气,然后经过变压吸附脱除其中N2、H2、CO2、H2O等杂质,可获得高纯度氢气。
甲醇蒸汽重整制氢由于氢收率高,能量利用合理,过程控制简单,便于工业操作而更多地被采用。甲醇与水蒸气在一定的温度、压力条件下在催化剂的作用下,发生甲醇裂解反应和一氧化碳的变换反应,生成氢和二氧化碳,重整反应生成的H2和CO2,再经过变压吸附法(PSA)将H2和CO2分离,得到高纯氢气。
电解水制氢是一种较为方便的制取氢气的方法。在充满电解液的碱性电解槽(ALK)中通入直流电,水分子在电极上发生电化学反应,分解成氢气和氧气。也可使用PEM电解槽直接电解纯水产生氢气。此方式可利用光电、风电以及水电等清洁能源进行电解水制取氢气。
(1)风力发电机组的原理及特点:风力发电机组通过控制风轮转速,达成在低风速下最优能量捕捉;在高风速时,保持风轮转速和功率稳定。因此,在额定风速前(大部分工作状态),风力发电机组发岀的有功功率一直在随着风的改变而波动,表现在秒级上的发电功率波动性。另外,风力发电机组是一个电流源,也就是说风电机组每时每刻在跟随电网的50Hz交流电频率,把能量通过电流的方式输岀给电网。如果没有电网的电压维持,目前的风电机组很难独立发电。
(2)光伏发电:光伏电池将太阳能转化为电能,光伏逆变器一方面通过控制,追踪光伏电池的最佳功率点,一方面作为电流源,跟踪电网50Hz交流电频率,把能量通过电流方式输岀到电网。由于阳光在分钟级上变化不大,相对于风电,波动性较小。但是光伏发电表现出昼夜的间歇性。
光伏发电制氢主要利用光伏发电系统所发直流电直接供应制氢站制氢用电。主要有3种技术路线。
碱性电解槽制氢。 该种电解槽的结构简单,适合大规模制氢,价格较便宜,效率偏低约70%~80%,主要设备包括电源、阴阳极、横膈膜、电解液和电解槽箱体组成,电解液通常为氢氧化钠溶液,电解槽主要包括单极式和双极式。
质子交换膜电解槽(PEM Electrolyzer)制氢。 效率较碱性电解槽效率更高,主要使用了离子交换技术。电解槽主要由聚合物薄膜、阴阳两电极组成,由于较高的质子传导性,电解槽工作电流可大大提高,从而提升电解效率。
固体氧化物电解槽(Solid Oxide Electrolyzer)制氢。 可在高温下工作,部分电能可由热能替代,效率高、成本低,固体氧化物电解槽是三种电解槽中效率最高的设备,反应后的废热可与汽轮机、制冷系统进行联合循环利用,提升效率,可达到90%。
电解水制氢技术路线成熟,目前未大规模推广关键因素为电价问题,以目前工业用电用来制氢成本过高,市场竞争力较差。
甲醇制氢投资较低,适合2500Nm3以下制氢规模,按照1Nm3氢气消耗0.72千克甲醇,甲醇价格按2319元 / 吨计算,制氢成本如下表:甲醇制氢成本表
天然气制氢单位投资成本低,在1000Nm3以上经济性较好,按照1Nm3氢气消耗0.6Nm3天然气,天然气价格按1.82元/Nm3计算,制氢成本下表:
天然气制氢成本表
以1000Nm3/h 水电解制氢为例,总投资约1400万元,按照1Nm3氢气消耗5kWh 电能计算,不同电价测算制氢成本分析如下表:
光伏发电制氢成本表
由此分析,光伏发电制氢电价控制在0.3元 / 千瓦时以下时,制氢成本才具有竞争力。按照目前市场价格进行测算,以100MW光伏发电直流系统造价如下表:
光伏发电直流系统造价
以一类资源区域为例,首年光伏利用小时数为1700小 时 计 算,其他参数为 :装机容量100MW,建设期1年,资本金投资比例20%,流动资金10元 /kW,借款期限10年,还本付息方式为等额本息,长期贷款利率4.90%,折旧年限20年,残值率5%,维修费率0.5%,人员数量5,人工年平均工资7万元,福利费及其他70%,保险费率0.23%,材料费3元 /kW,其他费用10元 /kW。按照全部投资内部收益率满足8% 反算电价,并分别分析计算造价为2.3亿、2亿、1.8亿、1.6亿元时的电价。通过计算,在满足全部投资内部收益率为 8% 时,不同造价下的电价如下表:
不同造价反算电价
光伏发电制氢在资源一类区域已具备经济可行性,较天然气制氢、甲醇制氢成本较低,随着光伏发电成本的持续下降,光伏发电制氢竞争力将进一步增强。本文未考虑氢气运输成本,光伏发电直供电制氢应与需求方靠近,资源一类区域主要集中在西北区域,该区域氢气用户主要为炼化、化工企业,用气量较大,对制氢站规模要求较大。
光伏组件价格下降较快,随着价格进一步降低,部分二类资源区光伏发电制氢也将具有竞争力,该类区域相对靠近负荷中心,经济发达,氢气需求量较大。光伏发电制氢工艺简单、运维难度低,制氢规模可根据场地和需求进行模块化组合,随着燃料电池技术的进步,分布式可再生能源制氢供应燃料电池也将是未来重要发展趋势。
氢气的运输方式可根据氢气状态不同分为气态氢气(GH2)输送、液态氢气(LH2)输送和固态氢气(SH2)输送。选择何种运输方式,需基于以下四点综合考虑:运输过程的能量效率、氢的运输量、运输过程氢的损耗和运输里程。
在用量小、用户分散的情况下,气氢通常通过储氢容器装在车、船等运输工具上进行输送,用量大时一般采用管道输送。液氢运输多用车船等运输工具。
虽然氢气运输方式众多,但从发展趋势来看,我国主要以气氢拖车运输(tube trailer)、气氢管道运输(pipeline)和液氢罐车运输(liquid truck)三种运氢方式为主。
长管拖车是国内最普遍的运氢方式。这种方法在技术上已经相当成熟。但由于氢气密度很小,而储氢容器自重大,所运输氢气的重量只占总运输重量的1~2%。因此长管拖车运氢只适用于运输距离较近(运输半径200公里)和输送量较低的场景。
其工作流程如下:将净化后的产品氢气经过压缩机压缩至20MPa,通过装气柱装入长管拖车,运输至目的地后,装有氢气的管束与车头分离,经由卸气柱和调压站,将管束内的氢气卸入加氢站的高压、中压、低压储氢罐中分级储存。
该方法的运输效率较低。国内标准规定长管拖车气瓶公称工作压力为10-30MPa,运输氢气的气瓶多为20MPa。
以上海南亮公司生产的TT11-2140-H2-20-I型集装管束箱为例,其工作压力为20MPa,每次可充装体积为4164Nm3、质量为347kg的氢气,装载后总质量33168kg,运输效率1.05%。国内生产长管拖车的主要厂商有中集安瑞科、鲁西化工、上海南亮、浦江气体、山东滨华氢能源等。
长管拖车运氢成本测算
为测算长管拖车运氢的成本,我们的基本假设如下:
(1)加氢站规模为500kg/天,距离氢源点100km;
(2)长管拖车满载氢气质量350kg,管束中氢气残余率20%,每日工作时间15h;
(3)拖车平均时速50km/h,百公里耗油量25升,柴油价格7元/升;
(4)动力车头价格40万元/台,以10年进行折旧;管束价格120万元/台,以20年进行折旧,折旧方式均为直线法;
(5)拖车充卸氢气时长5h;
(6)氢气压缩过程耗电1kwh/kg,电价0.6元/kwh;
(7)每台拖车配备两名司机,灌装、卸气各配备一名操作人员,工资10万元/人·年;
(8)车辆保险费用1万元/年,保养费用0.3元/km,过路费0.6元/km;根据以上假设,可测算出规模为500kg/d、距离氢源点100km的加氢站,运氢成本为8.66元/kg。
测算过程如下表:
运输成本随距离增加大幅上升。当运输距离为50km时,氢气的运输成本5.43元/kg,随着运输距离的增加,长管拖车运输成本逐渐上升。
距离500km时运输成本达到20.18元/kg。
考虑到经济性问题,长管拖车运氢一般适用于200km内的短距离运输。
提高管束工作压力可降低运氢成本
由于国内标准约束,长管拖车的最高工作压力限制在20MPa,而国际上已经推出50MPa的氢气长管拖车。
若国内放宽对储运压力的标准,相同容积的管束可以容纳更多氢气,从而降低运输成本。
当运输距离为100km时,工作压力分别为20MPa、50MPa的长管拖车运输成本为8.66元/kg、5.60元/kg,后者约为前者的64.67%。
具有发展潜力的低成本运氢方式,但我国氢气管网发展不足,建设需提速。
低压管道运氢适合大规模、长距离的运氢方式。由于氢气需在低压状态(工作压力1~4MPa)下运输,因此相比高压运氢能耗更低,但管道建设的初始投资较大。
我国布局氢气管网布局有较大提升空间。美国和欧洲是世界上最早发展氢气管网的地区,已有70年 历史 。
根据PNNL在2016年的统计数据,全球共有4542公里的氢气管道,其中美国有2608公里的输氢管道,欧洲有1598公里的输氢管道,而中国仅有100公里。
随着氢能产业的快速发展,日益增加的氢气需求量将推动我国氢气管网建设。
氢气管道造价高、投资大,天然气管道运氢可降低成本
天然气管道是世界上规模最大的管道,占世界管道总长度的一半以上,相比之下氢气管道数量很少。据IEA报告,目前世界上有300万公里的天然气管道,氢气管道仅有5000公里,现有的氢气管道均由制氢企业运营,用于向化工和炼油设备运送成品氢气。
由于管材易发生氢脆现象(即金属与氢气反应而引起韧性下降),从而造成氢气逃逸,因此需选用含炭量低的材料作为运氢管道。美国氢气管道的造价为31~94万美元/km,而天然气管道的造价仅为12.5~50万美元/km,氢气管道的造价是天然气管道造价的两倍以上。
虽然氢气在管道中的流速是天然气的2.8倍,但由于氢气的体积能量密度小,同体积氢气的能量密度仅为天然气的三分之一,因此用同一管道输送相同能量的氢气和天然气,用于押送氢气的泵站压缩机功率高于压送天然气的压缩机功率,导致氢气的输送成本偏高。
氢气输运网络基础设施建设需要巨大的资本投入和较长的建设周期,管道的建设还涉及占地拆建问题,这些因素都阻碍了氢气管道的建设。
研究表明,含20%体积比氢气的天然气-氢气混合燃料可以直接使用目前的天然气输运管道,无需任何改造。
在天然气管网中掺混不超过20%的氢气,运输结束后对混合气体进行氢气提纯,这样既可以充分利用现有管道设施,出于经济性考虑,也能降低氢气的运送成本。
目前国外已有部分国家采用了这种方法。
为测算管道运氢的成本,我们参考济源-洛阳氢气管道的基本参数,做出如下假设:
(1)管道长度25km,总投资额1.46亿元,则单位长度投资额584万元/km;(10)年输氢能力为10.04万吨,运输过程中氢气损耗率8%;
(2)管线配气站的直接与间接维护费用以投资额的15%计算;
(3)氢气压缩过程耗电1kwh/kg,电价0.6元/kwh;
(4)管道寿命20年,以直线法进行折旧。
根据以上假设,可测算出长度25m、年输送能力10.04万吨的氢气管道,运氢价格为0.86元/kg。
当输送距离为100km时,运氢成本为1.20元/kg,仅为同等距离下气氢拖车成本的1/5,通过管道运输氢气是一种降低成本的可靠方法。
适合长距离运输,国内外应用差距明显,但液氢运输相比气氢效率更高,国内应用程度有限。
液氢罐车运输系统由动力车头、整车拖盘和液氢储罐3部分组成。
由于液氢的运输温度需保持在-253 以下,与外部环境温差较大,为保证液氢储存的密封和隔热性能,对液氢储罐的材料和工艺有很高的要求,使其初始投资成本较高。
液氢罐车运输是将将氢气深度冷冻至21K液化,再将液氢装在压力通常为0.6兆帕的圆筒形专用低温绝热槽罐内进行运输的方法。
由于液氢的体积能量密度达到8.5MJ/L,液氢槽罐车的容量大约为65m3,每次可净运输约4000kg氢气,是气氢拖车单车运量的10倍多,大大提高了运输效率,适合大批量、远距离运输。
但缺点是制取液氢的能耗较大(液化相同热值的氢气耗电量是压缩氢气的11倍以上),并且液氢储存、输送过程均有一定的蒸发损耗。
在国外尤其是欧、美、日等国家,液氢技术发展已经相对较为成熟,液氢在储运等环节已进入规模化应用阶段,某些地区液氢槽车运输超过了气氢运输规模。
而国内目前仅用于航天及军事领域,这是由于液氢生产、运输、储存装置等标准均为军用标准,无民用标准,极大地限制了液氢罐车在民用领域的应用。
国内相关企业已着手研发相应的液氢储罐、液氢槽车,如中集圣达因、富瑞氢能等公司已开发出国产液氢储运产品。
2019年6月26日,全国氢能标准化技术委员会发布关于对《氢能 汽车 用燃料液氢》、《液氢生产系统技术规范》和《液氢贮存和运输安全技术要求》三项国家标准征求意见的函。
液氢相关标准和政策规范形成后,储氢密度和传输效率都更高的低温液态储氢将是未来重要的发展方向。
为测算液氢槽车运输的成本,我们的基本假设如下:
(1)加氢站规模为500kg/天,距离氢源点100km;
(2)槽车装载量为15000加仑(约68m3,即4000kg),每日工作时间15h;
(3)槽车平均时速50km/h,百公里耗油量25升,柴油价格7元/升;
(4)液氢槽车价格约为50万美元/辆,以10年进行折旧,折旧方式为直线法;
(5)槽车充卸液氢时长6.5h;
(6)氢气压缩过程耗电11kwh/kg,电价0.6元/kwh;
(7)每台拖车配备两名司机,灌装、卸载各配备一名操作人员,工资10万元/人·年;
(8)车辆保险费用1万元/年,保养费用0.3元/km,过路费0.6元/km。根据以上假设,可测算出规模为500kg/d、距离氢源点100km的加氢站,运氢成本为13.57元/kg。
测算过程如下表:
液氢罐车成本变动对距离不敏感。当加氢站距离氢源点50~500km时,液氢槽车的运输价格在13.51~14.01元/kg范围内小幅提升。虽然运输成本随着距离增加而提高,但提高的幅度并不大。这是因为成本中占比最大的一项——液化过程中消耗的电费(约占60%左右)仅与载氢量有关,与距离无关。而与距离呈正相关的油费、路费等占比并不大,液氢罐车在长距离运输下更具成本优势。
第四章 加氢站建设
1.投资估算
加氢站投资主要包含设备投资、土建工程投资以及设计、监理、审批等费用。
项目投资估算表如下:
序号 名 称 费用(万元) 备注
1 工艺设备 222.00
1.1 增压系统 160.00
1.2 加注系统 56.00
1.3 卸车系统 6.00
2 现场管道、仪表电缆等 12.00
3 PLC柜、火焰探头、氢气泄漏探头、视频监控等 28.00
4 设备安装及调试 40.00 含辅材
5 土建工程 80.00
6 设计、监理、审批等费用 45.00
7 合计 424.00
2.运营成本估算
加氢站建成后,运营成本包括土地租金、设备折旧、运营维护成本、人员工资等。
项目总投资为424万元,固定资产采用直线法综合折旧,不计残值,按照10年折旧摊销,每年42.4万元。
每年运维成本包括设备维护费、管理费及人工成本费、电费和水费等,其中设备维护费用约55万元,管理费及人工(4名工人)成本费15万元,电费及水费30万元,每年运维成本费用为100万元。
本项目单站占地面积约2亩,参照目前服务区征地费用,土地租金暂按每年每亩10万元计取,单站每年土地租金为20万元。
3.效益测算
加氢站对外销售价格为35元/kg,进销价差一般为20元/kg。
本次加氢站项目设计日加氢能力:500kg/d,加注压力:35MPa;按照其70%加注负荷计算,日加注350kg,年可实现加注量120000kg。
按照价差收入,年毛利润额估算为252万元。
经济效益情况分析:
序号 名称 单位 金额(万元) 备注
1 价差收入(毛利润) 万元 240.00
2 土地租金 万元 20.00
3 年运行成本 万元 100.00
4 折旧及摊销 万元 42.4 按10年折旧
5 年税前利润 万元 97.6
5 税金及附加 万元 24.4
6 年利润 万元 73.2
静态投资回收期为:424万元/73.2万元 5.79年。
但是当前投运氢燃料车辆较少,但氢能源在政策利好下不断发展中,当前预测存在较大的困难和不可预见性,测算中取设计负荷的70%进行的估算。
山东省下发国内首个省级氢能中长期规划,山东3677战略打造鲁氢经济带,济南“中国氢谷”、青岛“东方氢岛”两大高地随着《方案》要拔地而起,具有广阔的发展前景和潜力,在当前国家碳达峰、碳中和战略背景下,氢能必将迎来大发展阶段。
《方案》要求,到2025年,新型储能由商业化初期步入规模化发展阶段,具备大规模商业化应用条件。新型储能技术创新能力显著提高,核心技术装备自主可控水平大幅提升,标准体系基本完善,产业体系日趋完备,市场环境和商业模式基本成熟。其中,电化学储能技术性能进一步提升,系统成本降低30%以上;火电与核电机组抽汽蓄能等依托常规电源的新型储能技术、百兆瓦级压缩空气储能技术实现工程化应用;兆瓦级飞轮储能等机械储能技术逐步成熟;氢储能、热(冷)储能等长时间尺度储能技术取得突破。到2030年,新型储能全面市场化发展。新型储能核心技术装备自主可控,技术创新和产业水平稳居全球前列,市场机制、商业模式、标准体系成熟健全,与电力系统各环节深度融合发展,基本满足构建新型电力系统需求,全面支撑能源领域碳达峰目标如期实现。
《方案》提出,加大力度发展电源侧新型储能。推动系统友好型新能源电站建设。在新能源资源富集地区,如内蒙古、新疆、甘肃、青海等,以及其他新能源高渗透率地区,重点布局一批配置合理新型储能的系统友好型新能源电站,推动高精度长时间尺度功率预测、智能调度控制等创新技术应用,保障新能源高效消纳利用,提升新能源并网友好性和容量支撑能力。支撑高比例可再生能源基地外送。依托存量和“十四五”新增跨省跨区输电通道,在东北、华北、西北、西南等地区充分发挥大规模新型储能作用,通过“风光水火储一体化”多能互补模式,促进大规模新能源跨省区外送消纳,提升通道利用率和可再生能源电量占比。促进沙漠戈壁荒漠大型风电光伏基地开发消纳。配合沙漠、戈壁、荒漠等地区大型风电光伏基地开发,研究新型储能的配置技术、合理规模和运行方式,探索利用可再生能源制氢,支撑大规模新能源外送。促进大规模海上风电开发消纳。结合广东、福建、江苏、浙江、山东等地区大规模海上风电基地开发,开展海上风电配置新型储能研究,降低海上风电汇集输电通道的容量需求,提升海上风电消纳利用水平和容量支撑能力。提升常规电源调节能力。推动煤电合理配置新型储能,开展抽汽蓄能示范,提升运行特性和整体效益。探索开展新型储能配合核电调峰调频及多场景应用。探索利用退役火电机组既有厂址和输变电设施建设新型储能或风光储设施。
《方案》还提出,探索推广共享储能模式。鼓励新能源电站以自建、租用或购买等形式配置储能,发挥储能“一站多用”的共享作用。积极支持各类主体开展共享储能、云储能等创新商业模式的应用示范,试点建设共享储能交易平台和运营监控系统。
《方案》明确,开展钠离子电池、新型锂离子电池、铅炭电池、液流电池、压缩空气、氢(氨)储能、热(冷)储能等关键核心技术、装备和集成优化设计研究。拓展氢(氨)储能、热(冷)储能等应用领域,开展依托可再生能源制氢(氨)的氢(氨)储能、利用废弃矿坑储能等试点示范。针对新能源消纳和系统调峰问题,推动大容量、中长时间尺度储能技术示范。重点试点示范压缩空气、液流电池、高效储热等日到周、周到季时间尺度储能技术,以及可再生能源制氢、制氨等更长周期储能技术,满足多时间尺度应用需求。
易车讯 在2021“全国两会”期间,全国人大代表、上汽集团党委书记、董事长陈虹瞄准智能网联自主创新,提出《关于提高车规级芯片国产化率,增强国内汽车供应链自主可控能力的建议》,以及《关于加强数字生态环境下汽车数据安全和隐私保护的建议》;着眼绿色低碳转型发展,提出《关于加快氢燃料电池汽车产业政策配套,助力汽车行业绿色低碳发展的建议》,以及《关于完善新能源汽车“车电分离”商业模式政策体系的建议》。
关于提高车规级芯片国产化率,增强国内汽车供应链自主可控能力的建议
中国已经成为全球最大的汽车市场,电动化、智能化的趋势推动汽车芯片数量的大幅度提升,车规级芯片国产化已拥有规模基础。然而,目前国产车规级芯片仍然存在整车应用规模小、车规认证周期长、技术附加价值低、上游产业依赖度高等问题。结合我国消费电子行业发展和日韩车规级芯片产业链建设经验,未来通过产业扶持政策聚焦解决上述问题,是提高车规级芯片国产化率,增强汽车产业链、供应链自主可控能力的有力途径之一。单靠市场一股力量很难推动车规级芯片国产化,需要形成政府牵头,整车企业联合,针对头部芯片企业开展重点扶持的策略。
陈虹代表建议,在消费级芯片企业的扶持政策基础上,加大对车规级芯片行业的扶持力度,使整车和零部件企业“愿意用、敢于用、主动用”。出台聚焦车规级芯片的扶持政策,包括各级研发和产线投资补贴、首台套应用补贴等,降低企业投入和产品价格;并拉动保险企业设计产品责任险,对国产芯片在整车上的应用进行保障,降低整车、系统和芯片企业的应用风险。
建议制定车规级芯片“两步走”的顶层设计路线,实现车规级芯片企业从外部到内部的动力转换。第一步由主机厂和系统供应商共同推动,扶持重点芯片企业,帮助芯片企业首先解决技术门槛较低的车规级芯片国产化问题,提升其车规级国产化体系能力;第二步主要由芯片供应商推动,形成芯片供应商内生动力机制,解决技术门槛高的车规级芯片国产化问题。
建议针对具体高技术门槛芯片,推动设立整车、系统、芯片的重大联合攻关专项项目,由政府、企业分摊研发资金,共享专利,占领未来行业制高点。成立重大联合攻关专项项目,集中力量支持技术路线明确但技术储备薄弱、应用前景广泛但前期投入巨大的项目,由政府或头部企业牵头需求端和供给端,分摊研发资金、共享专利,构建需求驱动的协同创新链。
关于加强数字生态环境下汽车数据安全和隐私保护的建议
2020年中国汽车的总销量达到了2532万辆,其中具备一定自动辅助驾驶功能的智能网联汽车的占比快速提升。据相关研究机构估算,一辆自动驾驶测试车辆每天产生的数据量最高可达10TB,数据类型包括车辆行驶数据、车身数据、操控数据、视频数据、图像数据、坐标数据等数十类。智能网联汽车的数据主要来源于车外数据采集、车内数据采集以及远程数据传输交换等,具有“数量大、种类多”的特点。
在数据获取和使用过程中,存在数据的采集和存储方面责任和规范要求不明确,数据的商业用途约束要求不清晰,对于数据泄漏的防范不足,对于数据违法的处罚力度不够等问题。因此,应当立足产业实际,着力构建智能网联汽车数据安全体系,推进数据安全和个人隐私保护相关法律法规的研究制定,加大保护力度。
陈虹代表建议,建立准入制度,智能网联汽车数据(包括高精地图数据)的采集、存储和商业用途需经国家相关部门备案管理。只有满足数据安全和隐私保护要求的智能网联汽车产品才能进入汽车公告目录。
建议加强数据隐私保护,智能网联汽车企业对于可能存在的隐私风险具有告知义务,并且在收集、使用、转移、删除数据时给予用户自由选择权。同时,企业也需要提升软件的安全性,在分析处理数据时要进行数据和个人身份的分离,并将数据匿名化,以确保数据的安全。对于个人数据能否被使用以及具体使用目的,用户应拥有选择权和知情权。
建议制定过程审查制度,应当要求智能网联汽车的制造和销售企业建立完备的数据安全管理和软件升级流程。同时借鉴互联网信息管理制度,智能网联汽车提供的数字服务内容也需要接受政府部门的监管和审查,并对所涉及的敏感数据及个人隐私数据出境问题做出明确的规定。
建议严惩违法违规行为,严格执行数据安全和个人信息保护法律法规。对于危害或滥用涉及国家安全以及用户隐私数据的行为,应制定惩罚性措施和群体赔偿机制。
关于加快氢燃料电池汽车产业政策配套,助力汽车行业绿色低碳发展的建议
我国提出的2030年碳达峰、2060年碳中和的时间表,是统筹国内国际两个发展大局,贯彻新发展理念、构建新发展格局的战略决策。当前碳排放主要由化石能源贡献,氢能源普遍被认为是脱碳和未来清洁能源的重要解决方案。作为氢能源重要的使用场景、交通运输的终极绿色产品——氢燃料电池汽车,经过多年的自主创新发展,主要关键技术都已接近国际主流水平,已进入商业化应用初期,一旦大规模商业化推广运用,将为交通运输行业碳达峰进程做出巨大贡献。
但是,氢能产业的发展面临当前法规政策的“铁壁合围”,制氢、储氢、运氢、加氢等各个环节发展受制于当前法规政策的种种限制。相比交通燃油、天然气等能源管理的法规政策,目前对氢能的管理主要还是“一刀切”,笼统地把氢能源参照危险化学品进行管理,由此为氢能商业化应用增加了不少障碍与成本,导致氢能从制造端到使用端的成本急剧增加,不利于新兴战略产业的快速成长。
为此,陈虹代表建议,从国家层面尽快形成统一的中国氢能战略规划。从国家层面制定我国的氢能战略发展路线图,明确阶段性目标和分步实施的重点;其次要建立健全管理体制机制,明确牵头主管部门,建立有力的跨部门协调机制,统筹氢能战略落地实施。
建议在氢能管理政策法规层面有所突破。如对氢能的上中下全产业链,单独形成专项的法规政策,在审批、监管流程上与燃料汽柴油尽量趋同。
建议扩大全国碳排放权交易市场配额管理的减排项目范围和碳交易的试点范围,将工业副产氢提纯、可再生能源制氢及加氢站项目纳入减排项目范围,以进入国家碳排放权交易市场,提高绿色制氢项目受益范围,引导社会对于绿色制氢项目的投资积极性。
陈虹代表还建议,在氢燃料电池汽车示范城市群对使用绿氢(可再生能源产生的氢能)进行一定时期的专项补贴。
关于完善新能源汽车“车电分离”商业模式政策体系的建议
新能源汽车“车电分离”商业模式是国家鼓励探索的方向,主要包括快换式、非快换式等操作模式。快换技术比较适用于出租车等营运车辆,主要解决续驶里程问题。“非快换式车电分离模式”的主要特点是换电频度低,一般2-3年换电一次,基于现有4S店售后检修设备即可实现电池更换,无需巨额投资,且具备兼容快换模式的可行性,市场前景将更为广阔。
陈虹代表建议,国家同时鼓励非快换式和快换式“车电分离”模式的推广应用,促进新能源汽车发展;国家相关部门协同研究,针对“车电分离”模式全面梳理和出台完善的管理政策。“车电分离”模式的顺利实施涉及产品公告、车辆登记注册、税务、保险等多个环节,建议国家相关部委针对不同“车电分离”模式推广过程中出现的难点,完善相应政策与流程,加快推动“车电分离”应用落地。
易车讯 日前,河南省印发了《河南省氢能产业发展中长期规划(2022—2035年)》和《郑汴洛濮氢走廊规划建设工作方案》。《规划》明确了发展目标,到2025年河南省氢能产业关键技术和设备制造领域取得突破,产业链相关企业达到100家以上,氢能产业总产值突破1000亿元。推广示范各类氢燃料电池汽车力争突破5000辆,氢气终端售价降至30元/公斤以下,建成3-5个绿氢示范项目。郑汴洛濮氢走廊基本建成,郑州燃料电池汽车城市群示范应用取得明显成效,初步建成氢能国家级先进制造业集群。
方案提出,到2025年,突破氢能产业链关键零部件及系统集成核心技术,引进和培育产业链相关企业超过100家,打造国内领先的氢燃料电池整车及核心零部件生产企业2—3家,氢能产业年产值突破1000亿元。低碳低成本氢气供应体系初步建立,建成3—5个绿氢示范项目,适度超前布局建设一批加氢基础设施,氢气终端售价降至30元/公斤以下。
具体来看,河南将重点打造“一轴带、五节点、三基地”的“郑汴洛濮氢走廊”。“一轴带”即郑汴洛濮氢能应用示范轴带,重点建设郑汴洛文化旅游城际客运氢能示范项目、郑汴濮陆港联运物流集散货运氢能示范项目、郑汴洛濮绿色低碳市政交通氢能示范项目;
“五节点”即郑州、开封、洛阳、新乡、濮阳五大产业支撑节点,形成国内领先的氢能装备产业集群;
“三基地”即豫北、豫西北、豫中南三大氢能供给保障基地,发挥工业副产氢资源丰富的优势,建设豫北、豫西北、豫中南3个氢能供给基地,探索绿氢生产供应方式,拓展绿氢供给渠道。
河南鼓励有能力、有需求的地方出台政策,适度超前布局加氢基础设施。优先在骨干高速公路、国道沿线建设加氢站,鼓励现有加油(气)站、充电站增加加氢功能;搭建氢能智慧供应平台,建立氢气运输联动机制,实现多氢源、多运输方式、多加氢站间灵活调度。
结合濮阳、安阳、焦作、济源、许昌、平顶山等地焦化、氯碱企业的副产氢资源,进一步优化提升工业副产氢品质,为燃料电池应用提供低成本、稳定供应的氢源保障。同时,鼓励风光资源较好的豫北、豫西等区域,探索建设风电制氢、光伏制氢等可再生能源制氢示范项目,不断降低绿电及绿氢制取成本。
河南将提升氢能制、储、运、加全链条装备制造能力,重点发展水电解制、储、加一体化和撬装式加氢、移动高压加氢等技术设备以及加氢站控制集成系统,加速压缩机、储氢罐等关键部件产品国产化,降低加氢站建设和运营成本。
发展氢燃料电池及燃料电池整车核心产业,建设国内先进的燃料电池汽车产业示范集群。据了解,预计到2025年,河南氢能产业关键技术和设备制造领域取得突破,产业链相关企业达到100家以上,搭建产业合资合作平台,深化与产业链上下游骨干企业合作,争取优势企业在豫布局相关装备研发、产品设计和制造基地,实现本地规模化生产。
支持高校、科研院所、企业加快建设重点实验室、前沿交叉研究平台,开展氢能应用基础研究和前沿技术研究。布局建设省级技术创新中心、工程(技术)研究中心等创新平台,争创国家级创新平台,支持行业关键技术开发和工程化应用。
积极引进高层次氢能领域创新型团队。加强与国内外知名高校、科研机构合作,协同推进氢能产业关键技术联合研发,为氢能产业发展提供智力支撑。
此外,河南将强化各职能部门在氢气制、储、运、加、用等环节的监管责任,指导企业研究制定氢能突发事件处置预案、处置技战术和作业规程,开展专项演练,及时有效应对各类氢能安全风险。
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