近年来,随着国家发展改革委发布《氢能产业发展中长期规划 ( 2021-2035 年 ) 》,明确鼓励产业投资基金、创业投资基金等按照市场化原则支持氢能创新型企业,促进科技成果转移转化 ; 支持符合条件的氢能企业在科创板、创业板等注册上市融资。氢能源相关业态,正式迎来前所未有的爆发式增长期。
一、2022中国氢能产业发展规划及未来发展前景
氢能是一种二次能源,它是通过一定的方法利用其它能源制取的,而不像煤、石油、天然气可以直接开采,今下几乎完全依靠化石燃料制取得到,如果能回收利用工程废氢,每年大约可以回收到大约1亿立方米,这个数字相当可观。氢能是公认的清洁能源,作为低碳和零碳能源正在脱颖而出。
氢能是公认的清洁能源,作为低碳和零碳能源正在脱颖而出。21世纪,我国和美国、日本、加拿大、欧盟等都制定了氢能发展规划,并且目前我国已在氢能领域取得了多方面的进展,在不久的将来有望成为氢能技术和应用领先的国家之一,也被国际公认为最有可能率先实现氢燃料电池和氢能汽车产业化的国家。后期系统完成集成后可供应氢能源汽车厂商,无人机,或者需求独立发电客户等。预计整体市场规模达到30万亿左右。
根据中研普华研究院《2022-2027年中国氢能源行业市场深度调研及投资策略预测报告》显示:
我国是世界上最大的制氢国,年制氢产量约3300万吨,其中,达到工业氢气质量标准的约1200万吨。我国可再生能源装机量全球第一,在清洁低碳的氢能供给上具有巨大潜力。国内氢能产业呈现积极发展态势,已初步掌握氢能制备、储运、加氢、燃料电池和系统集成等主要技术和生产工艺,在部分区域实现燃料电池汽车小规模示范应用。
目前,我国氢能产业已初步形成 “东、西、南、北、中”五大发展区域。全产业链规模以上工业企业超过300家,集中分布在长三角、粤港澳大湾区、京津冀等区域。此外,氢燃料电池汽车已成为各地政府布局汽车产业的又一 “大招”。国内氢燃料电池汽车已形成区域产业集聚效应,北京、上海、广东、江苏、山东、河北六省市产业链相关企业合计占全部规模以上企业总数的51%。
加氢站作为氢能产业重要的基础设施,在全球范围内掀起一场建设热潮。据不完全统计,截至2021年底,全球共有659座加氢站投入运营,分布在33个国家或地区。其中,东亚地区 (中国、日本和韩国)、欧洲和北美在营加氢站分别达到420座、173座和54座。2022年,全球范围内预计将新增252座加氢站。
二、氢能源产业的优势
孙悦认为,发展氢能源产业之所以受到欧美及中国的高度重视,主要得益于以下几方面:
1、氢能本身的特质。
( 1 ) 氢能不含碳,是真正的零污染二次能源。
( 2 ) 其次,氢能分布广泛,严格来说只要有水的地方,就有潜在的氢能,比如通过电解水方式就能制造氢能。
( 3 ) 氢能的能量密度高,是汽油的 3 倍,焦炭的 4.5 倍,锂电池的 130 倍。液氢已经成功应用到航天发射器,相信未来在民用航天以及船舶运输等领域氢能也会替代传统燃油实现零排放。
2、氢能可以弥补锂电的缺陷。
锂电现已被广泛应用于汽车、储能领域,但是目前锂电在这两个领域的应用中也暴露了一些缺点。
例如,在乘用车领域,锂电存在功率小、续航短、受环境影响大,以及充电时间较长等问题。而以氢能为代表的燃料电池技术,则最有望能弥补锂电的这些缺点。在储能领域,氢能电池亦可与现有资源实现优势互补。
3、氢能领域的技术已基本成熟,尤其是在海外。
迄今为止,氢能源在制氢、储氢、运输以及相关应用领域的一些初步技术,已较为稳定。当下势在必行的是,必须逐步推动氢能的商业化和市场化应用,促进整个行业走向成熟。要达到这一目标,需先行通过对已有技术的广泛应用,来实现相关行业的降本增效 ; 从而再进一步推动创新技术的发展与完善。这可能也是现阶段国家如此重视氢能产业发展的重要原因。
三、氢能产业链涵盖氢能端及燃料电池端。
1.氢能端
(1)制氢
目前制氢技术路线按原料来源主要分为化石原料制氢、化工原料制氢、工业尾气制氢和电解水制氢几种。
常规的制氢技术路线中以传统化石能源制氢为主,全球范围内主要是使用天然气制氢,我国由于煤炭资源比较丰富,因此主要使用煤制氢技术路线,占全国制氢技术的60%以上。
制氢路线上将由化石能源制氢逐步过渡至可再生能源制氢。大规模低成本氢气是关键,路线由“灰氢”向"绿氢"发展。未来"可再生能源+水电解制氢"有望成为大规模制氢发展趋势。
(2)储氢
氢能储存(氢气储能)本质是储氢,即将易燃、易爆的氢气以稳定形式储存。在确保安全前提下,提高储氢容量(效率)、降低成本、提高易取用性是储氢技术的发展重点。储氢技术可分为物理储氢和化学储氢两大类。物理储氢主要有高压气态储氢、低温液态储氢、活性炭吸附储氢、碳纤维和碳纳米管储氢以及地下储氢等;化学储氢主要有金属氢化物储氢、液态有机氢载体储氢、无机物储氢、液氨储氢等。
氢气的可大规模存储和运输是其区别于化学电池储能的重要特性。在资源总量不受约束,制备成本中远期可控的前提下,氢气的储存性能和运输效率是氢能网络建设的瓶颈问题。运氢加氢站网络化分布是氢燃料电池技术大规模商用化的基本保障,而解决加氢站网络化分布的关键是解决氢气运输问题。
氢气在常温常压下为气态,密度仅为 0.0899 千克/立方米。作为易燃气体,它属于1类危险品(非燃料),与空气混合能形成爆炸性混合物,遇热即发生爆炸,因此对运输安全要求较高。我国氢能示范应用主要围绕工业副产氢和可再生能源制氢地附近(小于200公里)布局,氢能储运以高压气态方式为主。
(3)加氢站
产业发展基础设施先行,加氢站和氢气作为燃料电池车产业重要的原料及基础设施,是氢能源产业上游制氢和下游用户的联系枢纽,其布局和建设是燃料电池汽车商业化发展的突破口。加氢站的建设数量和普及程度,在很大程度上决定了氢燃料电池汽车的产业化进程,而低价制氢和运输也是氢燃料电池汽车进一步普及推广的关键环节,决定了行驶成本的经济性与否。
自从1999年5月全球第一座加氢站在德国慕尼黑机场建成以来,各国相继推动加氢站建设。根据 H2Stations 的统计,截至2020年底, 全球范围内在运的加氢站数量已达到553个。我国加氢站建设进度逐步加快,截止2020年底,加氢站建成128座。同时,中石油、中石化、国家能源集团等二十余家大型央企纷纷跨界发展氢能产业。
四、氢能源下游:氢燃料电池和氢能源车
根据工信部发布的《节能与新能源汽车产业技术路线图》,到2025年我国氢燃料电池汽车保有量推广规模将达到5万辆,其中商用车1万辆、乘用车4万辆,加氢站超过300座。2030年,将实现大规模商业化推广累计100万辆。
“氢燃料电池”并不是直接燃烧氢气和氧气,而是将氢气和氧气在催化剂的作用下不断地转换为电能,所以“燃料电池”和“锂电池”都被称为电池,实际上是一种“发电设备”而不是“储能设备”,氢燃料才是真正的能量提供源。
大中城市公共交通高速扩张,公务用车电动化进程加速,都利好氢能源客运车辆。因为客运车路线固定,方便规划加氢站。氢能源公交车辆的需求主要来源于地方政府的规划,市场化程度较小,价格敏感度低,因此燃料电池客车的占比持续提升,2020年氢能源汽车销售量结构中约九成为客车。
五、示范工程行之有效
正是看到氢能产业未来发展潜力和良好前景,目前超过三分之一的中央企业已经在加快布局氢能产业。
这些国有大型中央企业已经开始涉足氢能产业链的各个环节,包括制氢、储氢、加氢、用氢等全产业链的各个链条或环节,尤其是正在加速突破制约中国氢能全产业链健全和发展的关键材料、核心技术和核心设备等技术“瓶颈”。
按照国家总体部署,中央企业往往走在产业发展的最前沿,也就是由国有企业先行先试,实施具有引导性的示范工程,一旦示范成功,便可以在区域或全国进行推广。