氫能源將是實(shí)現(xiàn)碳中和的重要途徑 氫能源發(fā)展可減排約7億噸二氧化碳

• 2021年3月27日 HuangJiang來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng) 1279 83
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當(dāng)前能源體系主要由電網(wǎng)、熱網(wǎng)、油氣管網(wǎng)共同構(gòu)成，憑借燃料電池技術(shù)，氫能可以在不同能源網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)化，可同時(shí)將可再生能源與化石燃料轉(zhuǎn)化成電力和熱力，也可通過(guò)逆反應(yīng)產(chǎn)生氫燃料替代化石燃料或進(jìn)行能源存儲(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)不同能源網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)同優(yōu)化。

中國(guó)未來(lái)將實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”“碳中和”

中國(guó)目標(biāo)爭(zhēng)取在2030年前實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”，2060年前實(shí)現(xiàn)“碳中和”。“碳達(dá)峰”和“碳中和”里的碳是指二氧化碳。過(guò)去的200年里，人類向大氣層排放了數(shù)萬(wàn)億噸二氧化碳，如同給地球穿了個(gè)“棉襖”，讓地球無(wú)法散熱，溫度持續(xù)升高。

不少科學(xué)家認(rèn)為，碳排放導(dǎo)致全球變暖，極端天氣事件增加，對(duì)生命系統(tǒng)形成威脅。在這一背景下，世界各國(guó)以全球協(xié)議的方式減排溫室氣體，我國(guó)由此提出“碳達(dá)峰”和“碳中和”目標(biāo)。“碳達(dá)峰”是指在某一個(gè)時(shí)點(diǎn)，二氧化碳的排放不再增長(zhǎng)，達(dá)到峰值，之后逐步回落;“碳中和”是指在一定時(shí)間內(nèi)，通過(guò)植樹(shù)造林、節(jié)能減排等途徑，抵消自身所產(chǎn)生的二氧化碳排放量，實(shí)現(xiàn)二氧化碳“零排放”。

全球二氧化碳排放量在2018年達(dá)到了335億噸，其中96%由化石能源的使用產(chǎn)生。2018年全球碳排放的第一大來(lái)源是火力發(fā)電，占比42%，其次是交通行業(yè)，占比25%，工業(yè)占比23%，主要在冶煉、煉化等領(lǐng)域產(chǎn)生。由于煤炭資源豐富，火力發(fā)電是我國(guó)主要的發(fā)電方式，長(zhǎng)期占據(jù)全國(guó)總發(fā)電量七成左右比例。要減少碳排放，首先要考慮如何減少火力發(fā)電的碳排放。因此清潔能源是唯一實(shí)現(xiàn)碳中和的途徑。

氫能發(fā)展助力碳中和實(shí)現(xiàn)

氫能被視為21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?，人類?duì)氫能的應(yīng)用自200年前就產(chǎn)生了興趣，到20世紀(jì)70年代以來(lái)，世界上許多國(guó)家和地區(qū)就廣泛開(kāi)展了氫能源研究。

發(fā)展氫能源，是優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、保障國(guó)家能源安全的戰(zhàn)略選擇。氫能源被認(rèn)為是最有前途的零污染能源。氫氣是一種良好的能源載體和化工原料，可通過(guò)燃料電池把化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，具有來(lái)源豐富、零污染、熱值高、能量密度高的特點(diǎn)，能有效滿足汽車、航空航天等輕量化發(fā)展需求，減少石油資源依賴。在常見(jiàn)燃料中，氫的熱值(142KJ/g)約是汽油的3倍，乙醇的5倍。在儲(chǔ)能材料中，氫的質(zhì)量能量密度約是鋰電池的100倍，LNG的3倍。

根據(jù)中研普華出版的《2021-2025年中國(guó)氫能源行業(yè)深度發(fā)展研究與“十四五”企業(yè)投資規(guī)劃報(bào)告》顯示：

氫能源是傳統(tǒng)能源和新能源的互聯(lián)媒介，有望成為未來(lái)能源消費(fèi)的主體。氫能源是支撐未來(lái)能源清潔轉(zhuǎn)型的二次能源，也是實(shí)現(xiàn)電力、熱力、液體燃料等各種能源品種之間轉(zhuǎn)化的媒介。當(dāng)前能源體系主要由電網(wǎng)、熱網(wǎng)、油氣管網(wǎng)共同構(gòu)成，憑借燃料電池技術(shù)，氫能可以在不同能源網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)化，可同時(shí)將可再生能源與化石燃料轉(zhuǎn)化成電力和熱力，也可通過(guò)逆反應(yīng)產(chǎn)生氫燃料替代化石燃料或進(jìn)行能源存儲(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)不同能源網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)同優(yōu)化。

根據(jù)中國(guó)氫能聯(lián)盟的預(yù)計(jì)，到2030年，中國(guó)氫氣需求量將達(dá)到3500萬(wàn)噸，在終端能源體系中占比5%。到2050年氫能將在中國(guó)終端能源體系中占比至少達(dá)到10%，氫氣需求量接近6000萬(wàn)噸，可減排約7億噸二氧化碳，產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值約12萬(wàn)億元。

山西氫能產(chǎn)業(yè)基金設(shè)立

山西省首支由政府引導(dǎo)基金發(fā)起設(shè)立的氫能產(chǎn)業(yè)基金近日在中國(guó)證券投資基金業(yè)協(xié)會(huì)完成備案。這支總規(guī)模10100萬(wàn)元的基金將投向氫氣的制取、提純、運(yùn)輸和存儲(chǔ)等氫能源全產(chǎn)業(yè)鏈。

作為一支專門(mén)針對(duì)氫能源及燃料電池相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基金，該基金的運(yùn)作將大力推廣燃料電池重型貨車車輛應(yīng)用，并結(jié)合長(zhǎng)治市現(xiàn)有制氫產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和裝備制造優(yōu)勢(shì)，建立健全氫能源產(chǎn)業(yè)鏈，帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整。

中國(guó)氫能源市場(chǎng)情況分析

1、中國(guó)氫能源產(chǎn)品市場(chǎng)發(fā)展分析

氫能在能源市場(chǎng)的多種應(yīng)用場(chǎng)景將降低氫能的整體使用成本

目前市場(chǎng)對(duì)氫能使用存在一個(gè)明顯的誤區(qū)，即將氫能的應(yīng)用范圍局限于傳統(tǒng)化工生產(chǎn)領(lǐng)域這一單一應(yīng)用場(chǎng)景，由此而擔(dān)憂氫能基礎(chǔ)設(shè)施投入開(kāi)銷巨大，且使用成本高昂。

事實(shí)上，氫能作為儲(chǔ)能介質(zhì)能夠橫跨電力、供熱和燃料三個(gè)領(lǐng)域，促使能源供應(yīng)端融合，提升能源使用效率，其應(yīng)用模式可以抽象為以下三個(gè)方面：

1、電能到電能的轉(zhuǎn)換

電解制氫實(shí)現(xiàn)電能向氫能的轉(zhuǎn)化，必要時(shí)氫能可通過(guò)燃料電池再次轉(zhuǎn)化為電能。

2、電能到燃?xì)獾霓D(zhuǎn)換

電解制氫后，將氫氣直接混入天然氣管道，或者合成甲烷后混入天然氣管道;混合天然氣在終端作為燃料提供熱能。

3、電能到燃料的轉(zhuǎn)換

電解制氫后，氫氣作為燃料電池車的燃料，為汽車提供動(dòng)力。

而氫能作為能源載體的具體應(yīng)用模式涉及新能源制氫補(bǔ)充發(fā)電、燃料電池汽車、分布式發(fā)電等領(lǐng)域。

所以氫能的應(yīng)用場(chǎng)景具有很強(qiáng)的多樣性，如未來(lái)能夠形成電力、供熱和燃料相互交叉的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，將大幅降低其使用成本。

圖表：氫能作為儲(chǔ)能介質(zhì)能夠橫跨電力、供熱和燃料三個(gè)領(lǐng)域

資料來(lái)源：中研普華

應(yīng)用一：傳統(tǒng)石油化工生產(chǎn)的原材料

中國(guó)目前年產(chǎn)氫氣中50%用于石油和煤化工領(lǐng)域，45%用于合成氨。所以中國(guó)對(duì)于氫氣的應(yīng)用主要集中在石化生產(chǎn)領(lǐng)域，即氫氣的傳統(tǒng)使用領(lǐng)域。

在這些生產(chǎn)過(guò)程中，氫氣是直接參與反應(yīng)的原材料。相對(duì)于傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域，氫能在新能源方面的應(yīng)用份額很低，說(shuō)明中國(guó)氫能經(jīng)濟(jì)的發(fā)展還處于萌芽階段。

圖表：氫氣的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域

資料來(lái)源：中研普華

應(yīng)用二：氫能可實(shí)現(xiàn)再生能源補(bǔ)充發(fā)電

近幾年，以德國(guó)為首的西歐國(guó)家正嘗試探索風(fēng)電、太陽(yáng)能電解制氫，并用天然氣管道輸送氫氣或氫氣制甲烷的氫能發(fā)展模式，即電轉(zhuǎn)氣(power togas，P2G)模式。

電轉(zhuǎn)氣(P2G)模式的第一步是利用風(fēng)能和太陽(yáng)能等可再生能源產(chǎn)生的電能電解水制取氫氣。

第二步是氫氣與二氧化碳反應(yīng)制備甲烷，再通過(guò)天然氣管道與天然氣混合儲(chǔ)存運(yùn)輸;或者直接將制得的氫氣與天然氣按一定比例混合后，再通過(guò)天然氣管道進(jìn)行儲(chǔ)存運(yùn)輸。

目前中國(guó)主要城市的天然氣管道建設(shè)已經(jīng)較為完備，具有發(fā)展電轉(zhuǎn)氣(P2G)的初步基礎(chǔ)。中國(guó)發(fā)展電轉(zhuǎn)氣(P2G)具有多重重大意義。

一是通過(guò)發(fā)展電轉(zhuǎn)氣(P2G)可實(shí)現(xiàn)可再生能源補(bǔ)充發(fā)電。目前風(fēng)能和太陽(yáng)能等可再生能源發(fā)電的難點(diǎn)在于發(fā)電的波動(dòng)性。波動(dòng)的可再生能源使發(fā)電高峰和用電高峰產(chǎn)生錯(cuò)配，造成并網(wǎng)困難。

但如果波動(dòng)的可再生能源先轉(zhuǎn)化成氫能儲(chǔ)存起來(lái)，在用電高峰時(shí)，再轉(zhuǎn)化為電能，就可實(shí)現(xiàn)可再生能源補(bǔ)充發(fā)電。

二是降低氫能的儲(chǔ)運(yùn)成本。目前氫氣主要通過(guò)高壓壓縮和液化等方式儲(chǔ)存和運(yùn)輸，儲(chǔ)運(yùn)費(fèi)用占?xì)錃馐蹆r(jià)的40%至70%。儲(chǔ)運(yùn)費(fèi)用過(guò)高成為阻礙氫能推廣的一個(gè)重要原因。

如果通過(guò)現(xiàn)有天然氣管道輸送氫氣，則輸送壓力較低，且能夠連續(xù)供氣，所以氫氣的儲(chǔ)運(yùn)成本可以大幅降低。

三是電轉(zhuǎn)氣(P2G)的應(yīng)用能夠提高可再生能源在中國(guó)能源消費(fèi)中的占比，減少化石燃料的使用，有助于減少污染和碳排放。

應(yīng)用三：以氫燃料電池為核心的分布式能源網(wǎng)絡(luò)可提高能源利用率

氫能不但能夠?qū)崿F(xiàn)前文所述的并網(wǎng)發(fā)電，還因其儲(chǔ)運(yùn)的機(jī)動(dòng)性，可以依托氫燃料電池技術(shù)，建立分布式能源網(wǎng)絡(luò)，做到區(qū)域或城市電力、熱能和冷能的聯(lián)合供應(yīng)。

燃料電池自身的能源轉(zhuǎn)化效率高，且分布式能源系統(tǒng)的能源輸送距離短，以氫燃料電池為核心的能源網(wǎng)絡(luò)的能源利用率明顯高于傳統(tǒng)能源網(wǎng)絡(luò)。

日本東京天然氣公司和松下公司聯(lián)合研發(fā)的家庭分布式能源系統(tǒng)Ene-Farm已經(jīng)在日本成功推廣。

該系統(tǒng)的燃料電池以天然氣管道輸送的氫氣為燃料，發(fā)電和用電地點(diǎn)相同，且發(fā)電產(chǎn)生的熱量也被用來(lái)供熱。整個(gè)系統(tǒng)的能源利用效率高達(dá)95%，而傳統(tǒng)天然氣發(fā)電加鍋爐供熱的能源效率僅有68.7%。

根據(jù)東京天然氣公司和松下公司公布的數(shù)據(jù)，Ene-Farm可以減少37%的一次能源使用量和49%的二氧化碳排放量。

應(yīng)用四：燃料電池客車或成為中國(guó)氫燃料電池汽車發(fā)展的突破口

國(guó)外汽車生產(chǎn)廠商經(jīng)過(guò)多年技術(shù)積累，已經(jīng)為燃料電池車的商業(yè)化打下了良好基礎(chǔ)。配合靈活的銷售方案，包括美國(guó)、德國(guó)、丹麥、英國(guó)在內(nèi)的國(guó)家的燃料電池汽車，正在從概念車逐步向商業(yè)化生產(chǎn)過(guò)渡。

目前豐田Mirai、現(xiàn)代iX35以及本田Clarity燃料電池汽車已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)。

而燃料電池的研發(fā)和技術(shù)進(jìn)步速度也在加快，預(yù)計(jì)未來(lái)2-3年內(nèi)，會(huì)有多輛概念車型步入商業(yè)化。

而燃料電池客車因技術(shù)門(mén)檻相對(duì)較低、具有良好的宣傳推廣效應(yīng)、以及加氫站布局存在優(yōu)勢(shì)的原因，有可能成為中國(guó)燃料電池汽車發(fā)展的突破口。

2、氫能研發(fā)情況分析

我國(guó)在氫能領(lǐng)域取得較大成績(jī)。意識(shí)形成了一支專業(yè)研究人隊(duì)伍，目前，包括中科院、高等院校在內(nèi)的幾十個(gè)科研機(jī)構(gòu)在氫能領(lǐng)域開(kāi)展研究工作;而是在氫能領(lǐng)域形成了一大批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)、新材料和新工藝;三是多家單位聯(lián)合開(kāi)發(fā)成功了燃料電池、公交車和燃料電池轎車。并進(jìn)入演示階段。以上海神力、中科院大連化物所以及武漢理工大學(xué)為代表的研究團(tuán)隊(duì)提出初步建立了車用燃料電池自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系，積累了燃料電池在車用經(jīng)驗(yàn)。

盡管如今國(guó)際社會(huì)對(duì)氫能特別是氫燃料電池車的研究持更加冷靜和務(wù)實(shí)的態(tài)度，但在氫能及燃料電池技術(shù)研發(fā)與示范方面的努力一刻也沒(méi)有停止。發(fā)達(dá)國(guó)家依然投入大量的人力物力開(kāi)展研究，開(kāi)發(fā)各種高效率、高可靠和低成本的新一代氫能利用新技術(shù)，以推動(dòng)氫能及燃料電池的科技進(jìn)步，促進(jìn)其商業(yè)化進(jìn)程。

3、氫能投資情況分析

2019年以來(lái)，氫能行業(yè)內(nèi)投資事件呈現(xiàn)持續(xù)井噴的狀態(tài)。僅上半年，單個(gè)項(xiàng)目最大投資額度達(dá)到100億元級(jí)別，氫能產(chǎn)業(yè)總金額超過(guò)1000億元。對(duì)比2018年，2019年氫能產(chǎn)業(yè)投資金額和項(xiàng)目數(shù)量均有大幅提高。其中，廣東地區(qū)投資項(xiàng)目數(shù)量最多;浙江投資金額最大;國(guó)內(nèi)五大氫能產(chǎn)業(yè)集群中，長(zhǎng)三角與珠三角在投資項(xiàng)目數(shù)量與項(xiàng)目金額上保持了領(lǐng)先的態(tài)勢(shì)。

從全局來(lái)看，目前出臺(tái)的政策對(duì)于氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展還是十分有利的，未來(lái)投資重點(diǎn)主要在制氫和加氫站兩塊。比如，一些氫氣產(chǎn)能需要提純，才能達(dá)到燃料電池的使用要求。同時(shí)，加氫站的數(shù)量還不是很多，也需要推廣。此外，電堆等核心部件廠家也會(huì)成為投資對(duì)象。

國(guó)家發(fā)展改革委積極推進(jìn)風(fēng)電、光伏發(fā)電轉(zhuǎn)型發(fā)展，支持各類主體按照市場(chǎng)化原則投資建設(shè)儲(chǔ)能系統(tǒng)，統(tǒng)籌規(guī)劃氫能開(kāi)發(fā)布局。目前，吉林、內(nèi)蒙古、青海、四川、寧夏等省區(qū)也已計(jì)劃利用風(fēng)電等可再生能源制氫。為氫能的投資奠定了基礎(chǔ)，促進(jìn)我國(guó)的氫能行業(yè)發(fā)展。

欲了解更詳實(shí)的中國(guó)氫能源行業(yè)發(fā)展前景分析請(qǐng)點(diǎn)擊《2021-2025年中國(guó)氫能源行業(yè)深度發(fā)展研究與“十四五”企業(yè)投資規(guī)劃報(bào)告》

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