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巴黎奥运会引发的氢能源“绿色”之争

   2024-08-02 中国战略新兴产业92500
核心提示:7月8日,120位科学家、工程师和学者联名撰写一封公开信,抨击了巴黎奥运会组织者允许丰田将其500辆Mirai氢动力汽车用作奥运会的官方车辆,并得到了包括美国有线电视皇家线上官网(中国)有限公司网在内的媒体的转载。信中指出,氢燃料汽车并不是真正的气候解决方案,“它们需要的可再生电力是纯电动汽车(BEV)的三倍,因此运行成本至少是BEV的三倍。”其使用会“损害奥林匹克运动的声誉。”

巴黎奥运会的筹备过程中,氢动力汽车的使用引发了一场激烈的讨论。

7月8日,120位科学家、工程师和学者联名撰写一封公开信,抨击了巴黎奥运会组织者允许丰田将其500辆Mirai氢动力汽车用作奥运会的官方车辆,并得到了包括美国有线电视皇家线上官网(中国)有限公司网在内的媒体的转载。信中指出,氢燃料汽车并不是真正的气候解决方案,“它们需要的可再生电力是纯电动汽车(BEV)的三倍,因此运行成本至少是BEV的三倍。”其使用会“损害奥林匹克运动的声誉。”

特斯拉首席执行官埃隆·马斯克也在社交媒体上表达了对这一观点的支持。

巴黎奥运会引发的氢能源“绿色”之争

法国氢气和燃料电池行业组织France Hydrogène对公开信进行了反驳。反驳回应了原信中关于所需可再生能源增加三倍的言论:“当用户面临车辆糟糕的用户体验时,他会关注效率问题吗?不,主要问题在于技术是否能够满足使用要求。”氢动力汽车在某些特定场景下是纯电动汽车无法替代的解决方案,对自主性的需求、密集使用(如法国著名的氢燃料出租车)或重载运输等运营限制,“氢动力汽车是唯一可以提供令人满意的零排放解决方案。”

France Hydrogène补充说,原始信件中暗示的绿色氢动力汽车的往返效率没有考虑到“氢气生产过程中,对产生的热量和氧气的回收”,也没有考虑到电解槽能够通过消耗可变和间歇性可再生能源的电力,在电网灵活性方面发挥重要作用的事实。

那么,氢能源汽车究竟能否成为一种真正意义上的“新能源解决方案”?关于氢能源的争论到底孰对孰错,相关产业又是否值得继续深耕?

氢能源,够便宜吗?

2022年,全球氢气总生产量约9500万吨,其中中国产量占比30%,目前传统化石燃料制灰氢仍为主要方式。大部分氢气通过传统化石燃料生产,其中天然气制氢是最主要的制氢方法,占产氢总量的62%,其次为煤炭制氢占21%,主要在我国,工业副产制氢占16%。

目前灰氢生产成本最低,仍然为供氢主体,未来向绿氢和蓝氢生产方式转变主要取决于经济成本的降低。我国灰氢成本,煤制氢7-10元/kg、工业副产制氢10-16元/kg,但碳排放量较高,而绿氢的生产成本较高,市电生产成本在30-40元/kg。

可以说,公开信中对于“制氢成本高”的指责,不无道理。

现行技术条件下,电解水制氢成本包括电费成本,设备折旧成本、人工费用等。根据 IEA,2021年全球生产氢气的平均成本为:天然气制氢成本 1.0-2.5美元 /kg;采用 CCUS 技术的蓝氢成本1.5-3.0美元/kg;使用可再生电力电解生产氢气的绿氢成本为4.0-9.0美元/kg。到2030年光伏耦合的绿氢成本有望降低至1.5美元/kg,到2050年在光伏资源较好的地区有望降低至1美元/kg(利用小时数达2600小时),其中电力成本占比约 55%。

而从经济性和现有市场规模看,比起氢能源汽车,化工园区才是绿氢最主要的利用途径。

从制取来说,绿氢制取大部分还是在化工园区进行。之前,由于氢气还是作为危险化工品被监管,各地政府对于制氢与加氢站建设都持谨慎态度,但是2022年中央顶层设计发布之后,部分地区政府开始出台相关政策逐步放松对制氢和加氢站建设的要求,允许在非化工园区制氢、建制氢加氢一体站,比如广东。而将制取的氢气直接提供给园区化工企业使用,减少了运输成本,经济性可以最大化。

从需求来说,化工用氢需求大,商业模式稳定。传统上部分化工生产路线生产需要加氢,之前都是化石能源制取的氢气作为氢源,替换成绿氢既可以帮助化工生产过程减碳,又不需要额外的转换工艺,因此有稳定的市场需求。

相比较而言,氢在其他领域如新能源汽车等方面的应用,还在探索阶段。

有业内人士预测,到2030年,碱性电解制氢行业平均的用电成本可以降至0.25元/kwh,PEM电解制氢成本也有望到20元/kg内,届时,才能基本实现与化石能源制氢成本的平价。

绿氢昂贵、灰氢便宜,就地消化多于流通,这使得氢能源暂时还无法成为真正的“便宜又清洁”的新能源。可以说,氢能路径是一条长期的产业发展路线,需要更多的耐心,也需要更多的前瞻性布局。

政策支持下,产业能否腾飞

驱动氢能产业发展的主要因素,是政策支持。我国氢能技术和产业发展就得益于政策环境的驱动。

7月31日,国家能源局举行皇家线上官网(中国)有限公司发布会,会上,发展规划司副司长表示要积极推动氢能在交通、工业等领域的多元化应用。氢能投资继续快速增长,内蒙古在建绿氢制备项目投资加快释放,河南一批加氢设施项目持续形成实物工作量。

最近几年,我国在氢能领域的政策支持力度不断加大。

据统计,2001年11月到2022年12月期间,我国发布的氢能相关政策文件,包括国家级政策文件共123份、省级政策文件共247份、市级政策文件共200份、县(区)级政策文件共51份,并且政策的重点逐步从“技术”“示范”“建设”向“产业”“建设”。

今年的政府工作报告提出:“加快前沿新兴氢能、新材料、创新药等产业发展,积极打造生物制造、商业航天、低空经济等新增长引擎。”这是中央在全国年度经济发展规划方面首次指出要加快氢能产业的发展。

2022年3月,国家发展改革委与国家能源局联合发布了《氢能产业发展中长期规划(2021-2035)》,氢能发展正式纳入国家发展规划。明确了氢能在中国能源体系中的定位,提出了到2025年和2035年的阶段性发展目标。氢能是中国绿色低碳能源体系的组成部分和“双碳”目标实现的重要途径。强调了“构建清洁化、低碳化、低成本的多元制氢体系重点发展可再生能源制氢,严格控制化石能源制氢”的发展基调,同时针对绿氢制定了分阶段的发展目标。

2024年3月1日,工信部、国家发展改革委等七部门印发《关于加快推动制造业绿色化发展的指导意见》,谋划布局氢能、储能产业发展;提高氢能技术经济性和产业链完备性。围绕石化化工、钢铁、交通、储能、发电等领域用氢需求,构建氢能制、储、输、用等全产业链技术装备体系。

2024年3月21日,我国首列氢能源市域列车在长春的中车长客试验线上成功完成了时速160公里的满载运行试验。这款由中车长客股份公司研制的列车,内置氢能动力系统,采用了自主开发的氢电混动能量控制系统。试验结果显示,列车在160公里/小时的速度下运行,每公里的实际能耗为5千瓦时,最高续航里程可达1000公里以上。这次试验不仅验证了氢能列车在极端环境温度下的性能,而且其性能指标达到了国际领先水平,标志着氢能在轨道交通领域的应用取得了新的突破。

在地方层面,多个省市也相继出台了氢能产业发展规划,各地方政府对氢能产业发展的响应存在较大差异,我国氢能政策发布区域集中,政策引导形成了跨地域、跨省份的示范城市群,显示出氢能产业集中区域带动周边临近区域协同发展的特征。

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6月26日,广东省发布《广东省广湛氢能高速示范项目实施方案》,根据方案,广东省计划在未来18个月内,在广州至湛江的435公里高速和国道上,至少新建7座加氢站,并投放超过2000辆氢能源汽车。此外,方案还提出了将氢气价格降至35元/公斤的目标,以打造氢能源汽车产业的示范项目,并助力实现2027年全省氢能源产业3000亿规模的目标。

从氢能相关企业发展情况来看,广东在氢能产业发展中是当仁不让的佼佼者。从氢能基础设施和氢能终端应用这两大关键因素来看,广东佛山在综合实力方面也是“氢能第一城”的最有力竞争者。

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除了广东,上海城市群也率先落实了2025年推广规划与补贴细则,旨在推广燃料电池汽车(FCEV)。江苏省发布《江苏省氢能产业发展中长期规划(2024-2035年)》,旨在建设成为国内氢能产业高质量发展示范区。此外,山东省也出台了中长期推广规划,部分地级市还出台了补贴政策;河南省明确了省级推广规划,推动氢能产业发展;内蒙古出台了氢能产业的中长期推广规划,在资源方面也具有天然优势。《四川省进一步推动氢能全产业链发展及推广应用行动方案(2024-2027年)》最近也向社会公开征求意见,行动方案提出了四川推动氢能全产业链的发展目标。

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>> 7月1日,在中车铁投轨道交通产业基地生产车间,一列氢能源智轨电车总装下线。该氢能源智轨电车由我国自主研制,将于今年8月在宜宾智轨T4线投入使用。新华社 庄歌尔/摄

这些省市的政策主要集中在氢能产业的推广、基础设施建设、技术研发、补贴措施以及产业集群发展等方面。

产业链共同成长

随着政策的推动,氢能产业的投资也在不断增长。根据国家能源局的数据,2022年上半年,全国能源重点项目完成投资额超过1.2万亿元,同比增长17.7%。其中,氢能投资的增长尤为显著,特别是在内蒙古的绿氢制备项目和河南的加氢设施项目上,投资加快释放,形成了实物工作量。

此外,氢能产业链的各个环节,包括制氢、储氢、运氢和应用等,都吸引了大量的资本投入。例如,中国能建、中国电建等央企在氢能项目上的投资,以及民营企业如隆基氢能、天合光能等在制氢设备和绿氢项目上的布局,都体现了产业界对氢能产业发展的信心。

中国的氢能产业链正在逐步完善。在上游制氢环节,虽然目前以化石能源制氢为主,但随着技术进步和成本下降,可再生能源制氢的比例正在逐步增加。中游的储氢和运氢技术也在不断创新,如高压气态储氢、液态储氢、固态储氢等技术的发展,为氢能的大规模应用提供了可能。

在下游应用领域,氢燃料电池汽车是当前氢能应用的主要方向。随着技术的成熟和成本的降低,氢燃料电池汽车的商业化进程正在加速。同时,氢能在工业、电力、建筑等领域的应用也在探索中,如氢能供热、氢能发电等。

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同时,氢能产品也开始逐渐放开视野“出海”,国际竞争力正在提升。随着国内氢能产业的快速发展,一些企业开始将目光投向国际市场。例如,清极能源的120kW燃料电池系统、正星氢电的加氢站设备、氢枫(中国)的加氢设备等,都成功进入了海外市场。

中国与欧盟、英国、巴西、沙特阿拉伯、阿联酋和阿尔及利亚等国家和地区也都启动氢能领域创新合作。如,中法双方规划在江苏东台共同建设“风光氢储”绿色能源协同融合的海上综合智慧能源岛示范项目;中沙(特)、中埃(及)相关企业签署氢能项目合作备忘录。电解槽、储氢容器、燃料电池为代表的氢能装备实现向30多个国家和地区出口。全球首个氢燃料电池汽车碳减排方法学和可再生能源制氢减排方法学获联合国清洁发展机制执行理事会(CDM EB)审批通过。

不过,目前我国氢能产业链的储氢、输氢产业环节仍存在技术水平不足、应用成本过高等问题,亟须通过政策支持引领,强化技术研发布局,解决氢能产业薄弱环节的技术难题。

具体来说,应聚焦我国氢能“制储输用加”产业链薄弱环节技术需求,部署国家重点研发计划等重大科技任务,加强针对氢能领域的应用基础研究,加快核心技术和共性技术的攻关工作;加强“政-产-学-研”合作,支持领军企业牵头建设创新联合体,提升氢能产业创新体系的整体效能。同时,面向世界科技前沿,国家有关部委应加强科技规划布局,提前部署氢能前沿颠覆性技术攻关工作,加快推动光解水制氢、氢氨融合等技术发展,力争实现新技术的重大突破,奠定我国氢能产业高质量发展的基础优势。

相关政策和企业战略都需要综合考虑氢能产业的发展现状、面临的挑战和未来的机遇,以实现氢能产业的健康发展和长远布局。同时,加强对氢能技术的研究和开发,推动基础设施建设,完善政策和法规体系,加强国际合作,将有助于克服成本隐忧,推动氢能产业的持续进步和广泛应用。

 
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