氫能發(fā)展階段:未來3-5年單個企業(yè)的規(guī)劃超過全行業(yè),是進入爆發(fā)期?
2020年,全球加氫站553座,中石化計劃到2025年建成1000座;2021年全國電解槽產(chǎn)能1GW,隆基股份計劃未來五年建成5-10GW;我國氫氣產(chǎn)量約3300萬噸,其中綠電制綠氫約14.5萬噸,可再生能源直接制氫對全球來說是示范項目,寶豐能源和中石化光伏制氫單個項目分別達到2.14萬噸和2萬噸……
(3)燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈趨于完善。燃料電池是一個非常復雜的系統(tǒng),涉及多種基礎(chǔ)科學,核心零部件制造難度非常高,經(jīng)過20年的產(chǎn)業(yè)化探索,在燃料電池系統(tǒng)的基礎(chǔ)上培育和構(gòu)建了從質(zhì)子交換膜、催化劑、膜電極、雙極板、電堆、空壓機、氫泵、DCDC、氫氣瓶等核心零部件國內(nèi)供應商,目前,國家“以獎代補”涉及的八大核心零部件除碳紙還處于測試階段以外,其他零部件基本上都已經(jīng)實現(xiàn)了國產(chǎn)化。
(4)燃料電池核心技術(shù)指標不斷優(yōu)化,比肩歐美、追趕日韓。目前世界燃料電池發(fā)展主要集中在亞洲、歐、美,中國基礎(chǔ)相對比較薄弱,但經(jīng)過過去20年的產(chǎn)業(yè)化探索,核心技術(shù)指標不斷優(yōu)化,單堆功率從40kW到100kW,目前已經(jīng)超過200kW,功率密度達到4.2-5.1kW/L,電池壽命達到1.5-3萬小時,可在零下30℃啟動,這些指標都已經(jīng)達到前衛(wèi)水平,相關(guān)續(xù)航里程和運行成本主要受制于國內(nèi)儲氫瓶和加氫站等標準還達不到國外的水平。技術(shù)上我國燃料電池與日韓先進水平比較還有一些差距,但基本上可以與歐美媲美。
目前燃料電池汽車技術(shù)指標由日本豐田保持,第二代豐田Mirai燃料電池堆峰值功率為128 kW,體積功率密度高達5.4 kW/L(不包括端板),一次加氫5kg以上,續(xù)航里程達到650公里。今年10月28日,上海捷氫科技發(fā)布M4技術(shù)指標:“基于全新M4電堆平臺所打造的燃料電池產(chǎn)品,功率范圍將全面覆蓋30kW-230kW,擁有超過15,000hrs的超長壽命,額定功率密度達4.2kW/L,峰值功率密度達5.1kW/L。”
(4)加氫站,產(chǎn)業(yè)生態(tài)基本實現(xiàn)閉環(huán)。今年行業(yè)內(nèi)有一件非常重要的事情就是重塑股份IPO被暫停,主要原因是關(guān)聯(lián)交易,但不得不說,在燃料電池企業(yè)發(fā)展初期,不是一個市場化的生態(tài)模式,而是燃料電池企業(yè)去“創(chuàng)造”的“市場”,為了讓燃料電池能夠裝車運行,燃料電池企業(yè)不得不自建生態(tài)模式,“關(guān)聯(lián)交易”實際上是這個行業(yè)自求發(fā)展的一個必經(jīng)過程,是燃料電池技術(shù)指標和性能自我驗證的過程。所以,早期很多的加氫站都是燃料電池企業(yè)在自己的生產(chǎn)園區(qū)建起來的配套設(shè)施。
直到2018年,才逐步有了第三方的加氫站,目前,中石化已經(jīng)成為國內(nèi)加氫站的主力,據(jù)統(tǒng)計截至2021年9月底,國內(nèi)累計建成加氫站190座,其中147座已經(jīng)投入運營。
表2 國內(nèi)加氫站建成情況
在2019年11月份印制的《能源統(tǒng)計報表制度》里,國家統(tǒng)計局要求,氫氣和煤炭、天然氣、原油、電力、生物燃料等一起,納入2020年能源統(tǒng)計,一些敏感的人注意到了這一具有歷史意義的變化,這可以看做是我國氫氣作為能源的一個起點。
(2)能源企業(yè)大舉投資綠氫
我國是全球的產(chǎn)氫大國,目前全球氫氣產(chǎn)量約7000萬噸,我國目前氫氣產(chǎn)能大概有4100萬噸,產(chǎn)量有3300多萬噸。其中石化能源是主要的制氫途徑。工業(yè)副產(chǎn)氫氣有708萬噸。電解水制氫很少,只有50萬噸,大概占1.52%左右。按照我國2020年的電力結(jié)構(gòu)(火電占71%,風電、水電、核電、光伏合計29%),綠電制綠氫的產(chǎn)量大約14.5萬噸。
氫氣被納入能源體系的同時,“碳達峰,碳中和”目標使得大型能源企業(yè)和工業(yè)企業(yè)面臨現(xiàn)實的排放壓力,相關(guān)能源企業(yè)紛紛布局氫能,今年7月16日,國資委秘書長彭華崗曾經(jīng)表示,超過三分之一的中央企業(yè)已經(jīng)布局氫能。目前,國家能源集團、華能集團、國電投集團、三峽集團、國家電網(wǎng)、中廣核、大唐、中石化、中石油、能建集團等能源企業(yè)都在氫能上做了大量的研發(fā)投入,并進入大規(guī)模項目的示范階段。
中石化2025年要建成1000座加氫站,今年就要建成100座,預計今年全年全國加氫站數(shù)量超過200座。
事實上,不僅是傳統(tǒng)能源企業(yè)轉(zhuǎn)型升級,可再生能源的發(fā)展也需要氫來作為大規(guī)模儲氫平抑波動,隆基股份、協(xié)鑫集團、陽光電源等可再生能源企業(yè)也大舉投資于綠氫產(chǎn)業(yè)。
(3)大型項目陸續(xù)啟動
2021年3月9日,四川公司與彭州市政府簽訂《華能彭州水電解制氫科技創(chuàng)新示范項目投資協(xié)議書》,彭州水電解制氫科技創(chuàng)新示范項目將建設(shè)2600標準立方米每小時水電解制氫站、高密度儲氫設(shè)備和充氫站、華能四川綠氫技術(shù)創(chuàng)新研究院、氫能產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)綜合示范基地,1300Nm3/h堿水電解槽由競立與華能聯(lián)合開發(fā),計劃于2021年建成。
2021年11月30日,中國石化宣布我國萬噸級光伏綠氫示范項目——中國石化新疆庫車綠氫示范項目正式啟動建設(shè)。公司稱,這是全球在建的光伏綠氫生產(chǎn)項目,投產(chǎn)后年產(chǎn)綠氫可達2萬噸。項目總投資近30億元,主要包括光伏發(fā)電、輸變電、電解水制氫、儲氫、輸氫五大部分。項目將新建裝機容量300兆瓦、年均發(fā)電量6.18億千瓦時的光伏電站,年產(chǎn)能2萬噸的電解水制氫廠,儲氫規(guī)模約21萬標立方的儲氫球罐,輸氫能力每小時2.8萬標立方的輸氫管線及配套輸變電等設(shè)施。項目預計2023年6月建成投產(chǎn)。
表3 部分能源企業(yè)氫能布局
(4)電解水產(chǎn)能大幅擴張
因為堿性電解槽是一個相對比較成熟的產(chǎn)業(yè),產(chǎn)能擴張的門檻不高,而規(guī)模擴張一方面是為未來幾年的需求做準備,另一方面,企業(yè)的規(guī)模也一定程度上顯示了企業(yè)的行業(yè)地位,所以,如果隆基到1.5GW、競立大和中電豐業(yè)到1GW,大陸和718的規(guī)模也不會低于1GW,除了這些傳統(tǒng)電解槽企業(yè),我們還看到深圳還有凱豪達、瑞麟也在布局堿性電解槽,預計2022年還會有新的進入者。
圖1 2022年電解槽產(chǎn)能預測
一是突破了高效催化劑合成的關(guān)鍵“點”,構(gòu)建了新型鎳基多元合金催化層,有效提升了工作電流密度,降低了析氫電位。
二是突破了三相關(guān)鍵界“面”的解析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化,改變了傳統(tǒng)極板流場結(jié)構(gòu),優(yōu)化了電解小室橫縱維度空間布局,實現(xiàn)了熱量、物質(zhì)的高效傳遞。
三是突破了大型高電密電解槽的整“體”可靠組裝,提升了電解槽的高壓密封性、性能均一性和運行可靠性。
點、面、體三維突破與創(chuàng)新,成功實現(xiàn)了1300Nm3/h堿水電解槽的生產(chǎn)下線,并在多項關(guān)鍵指標上創(chuàng)造了國際、國內(nèi)前衛(wèi)和行業(yè)前衛(wèi):
1. 單槽產(chǎn)氫能力國際:在1.6MPa運行壓力下,電解槽的額定產(chǎn)氫量達到1300Nm³/h,產(chǎn)氫量可達1500Nm³/h,同時,具備20%-115%寬頻調(diào)諧制氫能力。
2. 電流密度指標前列:電解槽的電流密度達到6000A/㎡,是首套實現(xiàn)6000 A/㎡高電流密度的商業(yè)化堿性水電解槽。
3. 直流能耗前衛(wèi):電解槽的直流能耗低于4.2kWh/Nm3H2,顯著優(yōu)于國家大型電解槽一級能效標準。
4. 體積產(chǎn)能比國內(nèi)最?。号c國內(nèi)其它產(chǎn)氫量1000Nm³/h的堿性水電解制氫設(shè)備相比,1300Nm³/h電解設(shè)備的體積縮小超三分之一,體積產(chǎn)能比由0.95下降到0.73,單位產(chǎn)氫量設(shè)備投資減少25%。
5. 系統(tǒng)集成控制前衛(wèi):采用全國產(chǎn)化分散控制系統(tǒng)(DCS),集成一鍵啟動、無人值守、遠程監(jiān)控、設(shè)備互聯(lián)等智能化控制技術(shù)。
現(xiàn)階段,化工企業(yè)和冶金企業(yè)的工業(yè)副產(chǎn)氫是一個優(yōu)勢,綠氫的產(chǎn)能迅速擴張對發(fā)展燃料電池汽車來說是一個福音。
不過,供氫端與燃料電池的區(qū)別在于,燃料電池技術(shù)還沒有成熟,近年剛剛進入產(chǎn)業(yè)化階段,而電解水中的堿性電解槽基本上屬于成熟技術(shù),所以,在氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)中,盡管燃料電池早于氫能開始啟動,但兩者競爭的要點有很大的不同,對燃料電池企業(yè)來說,競爭的核心要點還是技術(shù),而對堿性電解槽來說,除了技術(shù)本身,源頭的資源也會變得非常重要,比如隆基股份等可再生能源企業(yè)可能就會利用更多離網(wǎng)光伏棄電變動的更有競爭力。
來自寶豐能源的公告稱,目前制氫成本還高于灰氫,但根據(jù)業(yè)內(nèi)多位專家預計,隨著政策的強力推動和技術(shù)的快速發(fā)展,未來有望達到0.7元/標方,與化石能源制氫相當并將優(yōu)于化石能源制氫;深圳凱豪達則稱,他們探索谷電和站內(nèi)制氫,以谷電價格0.211元/度,耗電量4.2度電/標方,公司可以將制氫成本降到9.925元/kg。
文章來源:產(chǎn)業(yè)觀察者--公眾號 侵刪
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