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冷思考:中国氢能能热多久?

发布时间:2021-01-30 13:26:19

国际油价“打骨折”、闪崩、雪崩式下跌,自由落体式下跌、史诗级暴跌……自3月初OPEC组织与俄罗斯关于减产保价协议谈崩后,沙特采取了极端报复性举动使国际油价上周上演了这场戏剧化暴跌。价格战叠加全球肺炎疫情暴发减缓对石油的需求。根据多家国际机构预测,国际油价有可能跌到每桶20美元左右,甚至会跌到每桶10美元左右……这种可能性真的存在么?对我国这样的消费大国又会有何影响呢?一起听听专家的分析。


近年来,氢能在全球开始升温,美国、日本、欧盟等国家和地区相继制定了氢能发展战略,其中2016年以来的中国氢能热尤为引人关注。尽管受到新冠肺炎疫情影响发展放缓,但截至2020年10月底,中国各级政府当年发布的氢能产业政策仍达62个。


中国的氢能热受到电动汽车快速发展以及可再生电力成本快速下降的鼓舞,主要由应用侧推动和地方政府推动,被视作寻找新经济增长点的突破口,热潮之中有需要冷静思考和解决的若干问题。只有系统、客观地认识氢能热以及氢能本身的角色和价值,才能回答好氢能产业应如何发展的问题。


全球氢能发展热回顾


事实上,氢能热在历史上已经不是第一次了。20世纪70年代,石油危机以及对空气污染的关注引发了第一轮氢能热。第二轮氢能热发生在20世纪90年代初,主要源自对气候变化问题的关注,以日本和欧洲为代表。第三轮氢能热发生在21世纪初,2002年美国能源部(DOE)发布《国家氢能发展路线图》;2003年美国召集“国际氢能与燃料电池合作伙伴组织”(IPHE)。在第二轮和第三轮氢能热的发展中,随着油价回落、应对气候变化政策的不确定性以及基础设施建设等问题,使得氢能热并没有转化成持续的投资,且未形成大的产业规模。但持续的研发投入与积累已经为产业发展奠定了基础。


2018年以来,第四轮氢能热的焦点在中国。主要有4方面驱动因素:(1)中国市场电动汽车的快速发展给人们带来了信心,由于氢燃料电池汽车的重载、长距离运输优势与电动汽车的短距离城市代步功能存在互补性,人们很快瞄准了氢燃料电池汽车,希望再开发一个新的市场。(2)从氢气来源上看,中国副产氢气丰富,每年弃风、弃光、弃水、弃核等“四弃”发电制氢的潜在产能为340万吨/年左右,氢气来源有着较为充足的保障 。此外,太阳能、风能等成本快速下降,也使得长期来看氢气的绿色制取成为可能。据国际能源署(IEA)统计,从2010-2018年,全球光伏发电成本平均下降82%,有些地区可再生电力已实现平价上网。(3)氢燃料电池技术进步以及规模化带来的成本下降,目前典型的燃料电池商业成本约为230美元 / kW,通过将工厂的生产规模从每年1000台增加到每年10万台,可使成本降至50美元 / 千瓦 。(4)中国地方政府在寻找新的经济增长点,能源企业面对能源转型的压力,在探索能源多元化、清洁化与低碳化路径;传统汽车企业面对行业颓势,在努力寻求突破点。


中国氢能产业发展现状


短期内不能直接助力保障国家能源安全和碳减排。氢能对能源系统而言不是增量,而是现有能源系统的一种新型利用方式。氢能在其全生命周期中的能量和环境效益取决于一次能源的供给机构及其经济性和安全性。在目前的能源和工业基础上,氢的来源主要是化石燃料制取和工业副产氢。


近年来,中国工业副产氢约有800万吨/年,大部分被直接排放或燃烧处置,未得到有效利用;电网无法消纳的100 吉瓦时/年可再生能源“弃电”,约相当于200万吨/年的制氢产能。可再生能源制氢2030年后实现产业化已成为全球氢能研究机构的基本共识。因此,2030年之前,在不新增化石燃料制氢产能的前提下,理论供氢能力不超过1000万吨/年。


短期内,氢能并不能助力保障国家能源安全;对于化石能源,如果二氧化碳捕集、利用和封存的技术无法规模化应用,氢能也无法从根本上解决碳减排的问题,对其他污染物减排也只能是局部改善。


 

在交通领域的大规模应用初期面临较大困难。以丰田、亿华通为代表的氢燃料电池汽车整车厂商及零部件制造企业是推动中国氢能热的重要力量。拥有充氢时间短、载重大、运行距离远等优势的氢燃料电池汽车似乎能参照电动车的发展道路,打通一条氢燃料电池汽车产业链。


但事实上,相比纯电动汽车,现阶段燃料电池系统和储氢系统约占整车成本的 65%,远高于锂离子纯电动汽车的电池成本占比;而辅助系统中的空压机、控制器、氢循环泵等同样成本高昂。


此外,中国在气体储运管理、加氢站核心装备等环节同样面临缺少核心技术的问题。据测算,不论是天然气来源还是可再生电力来源,与能源的其他交通利用方式相比,氢燃料电池路线并没有显著的能效优势。


产业化需统筹考虑综合利用路径。氢能的终端消费利用可分为交通利用和固定式利用,均通过燃料电池技术实现。交通利用包括氢能驱动的汽车、船舶、轨道列车等;固定式利用有储能系统、热电联供系统等。按照两种利用途径,氢能产业化路线可分为燃料路径及储能和综合利用。


对中国氢能产业发展的建议


中国氢能产业要实现健康良性发展,需要遵循3个原则:


(1)环保初心。发展氢能是为了提升能源系统的整体效率,促进环境保护。因此,在CCS技术不成熟的情况下,不建议开展大规模的化石能源制氢,可以进行小规模一体化示范。

 

(2)提升技术能力。美国、日本、德国等国家虽经历起伏,但氢能技术创新从未停止,特别是在氢燃料电池电堆设计与制造上具有技术优势,氢能长距离储运与加注的核心技术主要掌握在空气产品公司、法国液化空气集团等少数几家企业手中,而当前中国很多企业热衷于组装,对技术能力重视不足,这将为今后产业发展留下“卡脖子”隐患。因此,关键技术的国产化尤为重要。

 

(3)前期政府支持,市场竞争有序。任何一种能源最终被社会接受都离不开“资源可获取、价格可承受、环境可持续”的制约。从液化天然气汽车在中国的发展历程可以看出,市场会自行选择使用成本较低的能源。氢燃料电池汽车作为一种新能源汽车,只有具有独特的优势,且在购买和使用过程中具有价格竞争力时,才会被市场所接受。