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顶层设计呼之欲出,中国氢能产业能否由乱而治

作者:徐沛宇 李斯洋 来源:财经十一人 发布时间:2020-09-18 浏览:
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本文转载自公众号:财经十一人

作者:徐沛宇 李斯洋

*注:作者为《财经》记者;原载2020年9月14日《财经》杂志

欧美日韩正以空前力度推动氢能发展,中国政府的氢能发展整体规划也呼之欲出,但中欧的氢能发展路径将迥异。

《财经》记者从多个信源获悉,中国政府已把氢定位为新的能源品种,将大力推动氢能发展,由多个部委参与的中国氢能发展整体规划正在制定之中。

“中国氢能产业顶层设计呼之欲出。”国际氢能协会副主席、清华大学教授毛宗强对《财经》记者说,由于既有利益格局较为复杂,船大难掉头,所以氢能的整体规划制定一定要谨慎,步伐不宜太快。

氢能被视为21世纪的终极能源,欧美日韩正以空前力度推动氢能发展,中国作为全球最大的制氢国,如何举措全球瞩目。

全球以及中国的氢能发展规划均着眼于提高氢能消费量,并逐步将制氢渠道由化石能源为主转变为以可再生能源为主。中国2018年氢气产量约2100万吨,占全球总产量的比例超过30%。目前全球氢气产量里,90%以上来源于煤炭、天然气等化石能源制氢。

欧盟的氢能发展规划提出要大力发展可再生能源制氢(绿氢),在2030年-2050年实现可再生能源制氢的大规模商业化。多位氢能权威人士认为,中国将走与欧盟不同的路径,可再生能源制氢是长远发展方向,中期内中国仍将以化石能源制氢为主,并配以碳捕集相关设施。

在中国氢能产业发展规划发布之前,已有30多个省市级的氢能发展规划出台。多位接受《财经》记者采访的业内人士认为,地方氢能发展规划势头过热,要警惕重复浪费,避免低效发展。

哈佛大学肯尼迪学院今年7月发布的研报《中国的氢经济来了吗?改变游戏规则的机会》认为,如果中国能够将其制造业和政策力量投入到氢能事业中,这将真正改变游戏规则,在全世界产生连锁效应。

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中国侧重化石能源制氢

氢气曾长期被视为一种工业气体,近两年氢气才开始被更多地看成能源产品,中国政府也从2019年开始提高了对氢能的重视。2019年,氢燃料电池首次被纳入《政府工作报告》;2020年,氢能被纳入《能源法》征求意见稿。但氢能产业发展的顶层规划至今未出台。

多个发达国家以及欧盟均已发布了氢能发展顶层设计。新冠疫情暴发以来,德国等国将氢能视为振兴经济的重要手段,刺激中国加快出台氢能产业顶层设计。

据《财经》记者了解,中国政府早在新冠疫情暴发之前,就着手制定氢能发展顶层设计,由多部委参与。

不愿具名的业内人士对《财经》记者说,中国氢能发展的整体战略规划预计将覆盖氢能全产业链,对制、储、运、用各个环节作出规划。“但即使发布顶层设计,中国氢能发展也不可能一蹴而就。针对下游市场的补贴政策对支持氢能发展更实际。”

氢能顶层设计的意义更多在于将全产业链、全国的资源形成合力。氢能产业链包括上游制氢、中游储运氢,以及下游的氢燃料电池车和加氢站等。中国氢能产业链多个环节与国际先进水平存在技术差距,例如,国产车载储氢罐目前还不能完全工程化,相关设备需要进口;技术难度相对较低的加氢机,目前也主要依赖进口。

中国工程院院士、中国工程院原副院长干勇7月24日在中石化集团举办的氢能发展战略研讨会上表示,全球氢能竞争中中国还没有占据优势,核心材料、零部件、装备重大工程等方面存在不少问题。如果粤港澳、长三角、京津冀等形成全国一盘棋,就可以达到效率高、成本低的效果,否则氢能产业很难成气候。

制氢路径是各国氢能顶层设计里首要考虑的因素。欧盟激进反对化石能源制氢,目标是大幅降低可再生能源制氢成本,到2030年以后实现绿氢大规模商业化应用。中国则谨慎对待可再生能源制氢,化石能源制氢在中短期内仍将是主流路径。

万联证券研究所2020年1月发布的报告显示,中国的氢能源结构里,煤制氢占比62%,天然气制氢占19%,可再生能源电解水制氢仅占1%。

中国工程院院士、中国矿业大学教授彭苏萍认为,2025年之前,化石能源制氢将是中国最主要的制氢路径。2050年以后,随着可再生能源的发展,化石能源制氢就将退居次席。也就是说,化石能源制氢+CCUS(碳捕获、利用与封存技术)是中国氢能产业近20年里首要考虑的路径,有的地方可以因地制宜,比如海南。

国际咨询公司埃信华迈(IHS Markit)天然气研究与分析高级总监杨珍妮对《财经》记者表示,欧洲具有大力发展绿氢的条件,德国是全球电解制氢领域的领导者,其电解水制氢装机容量占全球的45%,欧洲其他地区则拥有另外的28%。而且欧盟拥有密集的电力和天然气基础设施等有利条件,这使其他国家无法直接复制欧盟的制氢路线。

在中国的国家中长期科技规划里,氢能战略于2003年首次出现。当时争议较大,业界认为氢能不具有现实意义,“十二五”和“十三五”期间,氢燃料电池获得重点支持。

中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高在上述氢能发展战略研讨会上表示,氢能产业在过去20年都很受重视,现在正在酝酿“十四五”氢能支持政策,燃料电池仍是氢能发展重点,有可能还会单独出一项氢燃料电池的支持政策。

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各地掀起氢能热潮

在中国氢能产业顶层设计发布之前,地方政府已经对氢能产业热情高涨,氢能扶持政策纷纷出台。

据《财经》记者不完全统计,自2018年1月武汉市出台首例《氢能产业发展规划方案》以来,苏州、佛山、长治、六安、白城、潍坊、张家口等近40个城市先后出台氢能产业发展规划与支持政策,规划的氢燃料电池电堆总产能超过3000兆瓦,燃料电池汽车产能总计超过10万辆。

“地方政府的积极性非常高。有的是没有赶上动力电池的发展红利,想在新领域获得突破。有的是取得了动力电池发展成果,也想在氢能领域有所收获。”一位氢燃料电池企业负责人向《财经》记者表示。

氢能产业的资本投资也呈现升温趋势。氢云链数据显示,2020年1月-7月,中国氢能产业名义总投资超过1300亿元,同比增长超30%,其中有5个项目投资达到百亿级别,2019年同期仅有两起。

目前,中国已形成以北上广为中心的京津冀、长三角、珠三角三大氢能产业集群,并逐步向周围地区辐射。

“受制于核心技术,很多地方大规模搞氢能产业园并不合适。”清华大学汽车工程系副研究员邱斌告诉《财经》记者,在现有的技术条件下,做一些小规模或适中规模的示范项目更为可行。

氢能产业受地理区位的限制很大,既要临近氢源地降低物流储运成本,又要有相当规模的市场使其具有匹敌其他能源的性价比。

在众多地方氢能试点项目中,京津冀地区依托地理区位,走在全国前列。借助被确定为全国第一个再生能源示范区和“2022年冬奥会”举办的东风,张家口全面布局氢能产业,打造包括可再生能源制氢、氢燃料电池生产、氢燃料电池汽车应用于一体的全国首个全产业链氢能源生产应用基地。张家口计划到2021年,实现氢能及相关产业累计产值60亿元,到2035年达到1700亿元。

北京市经信局也在9月8日发布《北京市氢燃料电池汽车产业发展规划(2020-2025年)》,提出2025年前,培育5家-10家具有国际影响力的氢燃料电池汽车产业链龙头企业,力争实现氢燃料电池汽车累计推广量突破1万辆,氢燃料电池汽车全产业链累计产值突破240亿元。同日,大兴国际氢能示范区揭牌。

“氢能是一个非常考验地方财政实力的产业,一旦开始补贴,就要做好长期打算,充分考量风险。”中国国际经济交流中心信息部副部长景春梅提醒说, “发展氢能不能像之前一样运动式地一哄而上,然后造成产能过剩和产业趋同,最后留下一堆烂尾工程。”

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氢能补贴争议

市场需求是推动氢能产业快速发展最有效的手段。各国对氢能下游市场均给予补贴,中国也不例外,但如何进行补贴,业界存在争议。

毛宗强表示,从现有的产业格局和未来的技术发展来看,氢能的终端利用应该在三个领域平分产量,即交通、化学工业和储能发电。各领域的发展不可能同时前进,交通领域的氢燃料电池应该是现阶段的补贴重点。

燃料电池是指通过化学反应将富氢燃料转化为电能,可作为汽车内燃机的替代品。氢燃料电池目前主要有两种类型:质子交换膜电池和固体氧化物燃料电池。

质子交换膜电池启动较快,工作温度一般在100摄氏度以下,是中国目前使用最广的车载氢燃料电池。固体氧化物电池工作温度一般在700摄氏度左右,转化效率相对较高,一般由重型卡车使用。

在财政部以及各地方政府出台的氢能发展补贴政策里,主要针对氢燃料电池车、加氢站等对象给予补贴,例如,佛山对加氢站建设补贴力度最高达到800万元,并对每消费一公斤氢气补贴20元。这推动了中国氢燃料电池车辆和加氢站数量的快速增长。

目前,中国已有6000多辆氢燃料电池商用车在运行,主要是大巴和各种特种车。加氢站数量在2016年以后快速增加。截至今年7月,中国累计建成加氢站76座,投入运营的有52座。其中广东省拥有量最大,有15座运营,17座在建。

毛宗强认为,氢燃料电池车辆数量增多,并不代表氢燃料电池技术在提高。2008年北京奥运会、2010年上海世博会等活动期间使用的氢燃料电池车辆,会后即闲置。地方政府现在都在积极推广氢燃料电池车辆,毛宗强担心很多车辆最后又会烂尾,他建议各地加强对氢燃料电池技术本身的支持,而不是追求氢燃料电池车的数量。

中电丰业技术开发公司总经理王德军对《财经》记者说,欧美对氢燃料电池的扶持政策往往是直接给予项目补贴,而中国目前只是对用在车辆上的氢燃料电池给予补贴。虽然这跟国情有关,目的是为了鼓励技术的进步和突破,但弊端也显而易见,容易像电动车一样出现造车骗补的现象。

中国氢能联盟发布的《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》指出,预计2020年至2025年间,中国氢能产业产值将达到1万亿元,氢能源车数量达到5万辆,加氢站数量200座;2026年至2035年产值达到5万亿元,加氢站数量1500座,实现燃料电池车1500万辆。

在增长前景看好的预期下,中国氢燃料电池产能激增。专注氢能源的第一元素网总编辑王高峰认为,氢燃料电池行业已经严重过剩。目前全国的需求仅为3000多块/年,而国鸿氢能一家企业的产能就有2万块,各大厂家的总产能已高达15万块。尽管生产企业目前基本都没有赚钱,但产能扩张仍在继续。

景春梅表示,像电动车一样大水漫灌式的补贴不会再在氢燃料汽车产业出现。目前的政策方向是让市场自然发展,优胜劣汰。

欧盟为了实现2050年碳中和的目标,计划将氢能更多地使用在化学工业、发电,以及建筑供暖等诸多领域,对燃料电池车的直接补贴不多。王德军表示,氢气在非交通能源领域的应用是未来的最大市场,比如可再生能源储能热电联供、天然气掺氢、冶炼低碳钢等。如果生产和储运氢的成本不能大幅下降,交通领域的氢使用量很难快速提高。欧洲人认为,降低可再生能源制氢成本是首要任务,因此欧盟的补贴相当一部分给了绿氢项目。

毛宗强则认为,欧盟不把氢燃料电池车作为最重要的发展领域,主要还是因为目前欧盟的氢燃料电池车成本太高。氢燃料电池车的快速推广,除了需要降低车辆本身的成本,还需要更大的投资建设加氢站、储运管道等基础设施。德国从1993年就开始研制氢燃料车,但汽柴油车辆的替代成本一直高企,欧盟不得不逐渐降低对这一领域的关注。

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绿氢在中国的前景

人类能源利用史是一个逐渐减碳的过程,从木材、煤炭、石油、天然气到氢能。只有零碳排放的可再生能源电解水制氢,被认为是21世纪的终极能源,化石能源制氢将逐渐退出历史舞台。

电解水制氢是指在电解质水溶液中通入电流后产生氢气,其技术路线主要分三种:碱性水电解槽制氢、质子交换膜水电解槽制氢和固体氧化物水电解槽制氢。其中,成本最低、技术最成熟的是碱性水电解槽制氢;质子交换膜水电解槽制氢性能更好,但成本偏高;其他的则仍处于实验室研发状态。

中国实现绿氢的大规模商业化开发需要具备两个因素:可再生能源发电成本的下降,以及电解水制氢设备的技术进步。

以目前的技术和电价水平计算,50度电生产1公斤氢气,电价占整个电解水制氢成本的比重超过85%。不过,可再生能源发电的成本正在快速下降,中国光伏发电和风力发电即将进入平价时代,预计到2030年前,光伏和风电的成本还将下降一半。有的地区比如四川、广东还出台了对可再生能源制氢的电价支持政策,最高电价限制在其他工业用电价格的50%以下。

在部分地区可再生能源发电不能并网的情况下,业内认为,利用弃风弃光弃水制氢是个突破口。据欧阳明高测算,10%的弃电可以满足2025年燃料电池车用氢需求,50%的弃电可以满足2035年燃料电池汽车的全部用氢需求。

另据国家能源集团科技委常务副主任顾大钊介绍,该集团旗下大渡河水电近几年每年弃水量达到100亿度以上,因此目前在研究是在水电站就地制氢,然后把氢输出去,还是把电输到成都,再在成都建氢能城市。

在电解水制氢设备方面,核心是电解槽。目前技术比较成熟、成本较低的是碱性水电解槽,国内外都有生产商。但性能更好的质子交换膜水电解槽和固体氧化物水电解槽目前成本仍较高,应用较少。

欧盟计划提高电解槽的市场规模,从而降低其成本。欧盟氢能战略的计划是:2020年-2024年安装600万千瓦的可再生能源生产氢的电解槽,生产100万吨的氢。2025年-2030年,电解槽容量提升到4000万千瓦,生产氢1000万吨。

中国企业虽具有电解槽的生产能力,但是以碱性水电解槽为主,性能更好的质子交换膜水电解槽鲜有涉足,其核心的膜等关键材料则被国际企业垄断。如果不能改变主要依靠进口材料的局面,电解槽市场规模提高之后也难以降低其成本。故加强关键材料的研发是当务之急。

除了设备成本和电价成本,发展绿氢的另一个限制条件是淡水资源。上述哈佛大学肯尼迪学院发布的报告认为,淡水资源是中国生产绿氢一个关键变量。中国西南地区有丰富的水电和淡水资源,是中国最合适发展绿氢的地区。但该地区远离中国的经济中心地带,还需要大量的基础设施投资去连接供应和需求地区。如果能解决缺水的问题,中国就可能成为绿氢的“出口冠军”,否则进口绿氢具有更大的吸引力。

绿氢如果能在中国以及全球大规模商业化应用,那么其将接替石油天然气成为全球能源贸易的焦点。

欧洲最大的石油公司壳牌布局氢能领域已有十年,近期其开始大力发展绿氢。今年3月初,壳牌与荷兰两家公司合作实施欧洲最大的绿色氢能项目——NortH2项目,到2030年之前建成海上风电场用于氢气生产。在中国,壳牌与华能集团于去年达成合作,将进行一项小规模的风电制氢的技术试点项目。

壳牌中国相关负责人对《财经》记者表示,燃料电池汽车所需要的氢气不同于一般工业用氢,对纯度和杂质含量要求很高。可再生能源电解水生产出的氢气,具有纯度高、杂质含量低的特点,更符合燃料电池汽车的用氢需求。

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