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行業(yè)新聞

氫能產(chǎn)業(yè)規?;l(fā)展仍需突破瓶頸

發(fā)布時(shí)間:2023-09-13 08:32:38  
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國際氫燃料展獲悉,近年來(lái),氫能在全球能源轉型中發(fā)揮著(zhù)越來(lái)越重要的作用。我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展積累了豐富的供給經(jīng)驗和產(chǎn)業(yè)基礎,但氫能產(chǎn)業(yè)仍處于發(fā)展初期,支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎性制度不夠完善,產(chǎn)業(yè)發(fā)展有待進(jìn)一步提升。

制備:降低工藝成本邁向“清潔化”

在能源綠色低碳轉型的大背景下,推動(dòng)制氫流程從化石能源制氫、工業(yè)副產(chǎn)氫向電解水制氫轉變,將是行業(yè)發(fā)展必然。如何降低電解水制氫工藝的生產(chǎn)成本,使其價(jià)格具有市場(chǎng)競爭力,成為綠氫規?;M(jìn)程提速的關(guān)鍵。

從工藝本身來(lái)看,電解水制氫的成本水平主要取決于固定資產(chǎn)投資、電費和固定生產(chǎn)、運維四個(gè)方面。其中,電費占到總成本的60%~70%。如果想要電解水制氫在開(kāi)放市場(chǎng)與化石能源制氫競爭,其上游電價(jià)每千瓦時(shí)至少需降到0.05元,短期內還很難實(shí)現。在此情況下,提升電解水技術(shù)水平成為降低生產(chǎn)成本的唯一路徑。

我國電解水制氫系統由電解槽、電力轉換模塊、水循環(huán)系統、氫氣處理系統等部分組成。電解槽是電解水制氫工藝的核心設備,其成本占到總成本的四到五成。

我國堿性電解水制氫技術(shù)路線(xiàn)已相對成熟,設備基本實(shí)現國產(chǎn)化,得到大規模應用。如能通過(guò)增加電流密度、降低隔膜厚度等方式延長(cháng)設備使用壽命,還可進(jìn)一步降低成本。質(zhì)子交換膜電解槽技術(shù)正處于技術(shù)攻堅階段,雖已在小范圍內投入使用,但由于質(zhì)子交換膜、鉑電極催化劑等關(guān)鍵組件尚未實(shí)現國產(chǎn)化,質(zhì)子交換膜電解槽的制造成本為相同規模堿性電解槽的3~5倍,還需通過(guò)技術(shù)研發(fā)及更多的項目驗證來(lái)推動(dòng)成本加速下行。據統計,在地區相關(guān)政策的支持下,近年來(lái),新建綠氫項目中選擇質(zhì)子交換膜電解槽技術(shù)路線(xiàn)的項目占比正在持續提升。

儲運:關(guān)鍵設備國產(chǎn)化率待提升

氫氣的儲存、運輸,是整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈難度最大的環(huán)節。如何提升氫能儲運的安全性及效率,并持續降低成本,是當前我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展亟待突破的技術(shù)瓶頸。

氫能儲存主要分為高壓氣態(tài)、低溫液態(tài)、固態(tài)和有機氫化物四種方式。當前階段,我國儲存氫能以高壓氣態(tài)和低溫液態(tài)為主,后兩種方式尚處于研發(fā)試驗階段。

高壓氣態(tài)儲氫主要通過(guò)壓縮機將高壓氫氣儲存在儲氫瓶或儲氫罐中,容器結構簡(jiǎn)單、充放氫速度快,是最為常見(jiàn)、技術(shù)成熟度最高的儲氫方式。得益于持續的技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品更新迭代,我國用于制造高壓儲氫瓶的關(guān)鍵原材料——碳纖維,進(jìn)口占比已從2015年的超過(guò)80%下降到2020年的60%左右。伴隨碳纖維生產(chǎn)工藝的進(jìn)一步完善以及規模效應的逐漸顯現,碳纖維國產(chǎn)化進(jìn)程有望持續加快,帶動(dòng)高壓氣態(tài)儲氫成本進(jìn)一步下降。

目前,全球車(chē)載儲氫瓶主要可分為35兆帕和70兆帕兩個(gè)等級。我國自主生產(chǎn)的高壓儲氣瓶主要集中在35兆帕及以下壓強等級,僅有少數企業(yè)具備質(zhì)量更輕、工作壓力更大、儲量更大的70兆帕儲氫罐的生產(chǎn)能力,而海外部分地區已能夠實(shí)現70兆帕高壓儲運。與國際先進(jìn)水平相比,我國自主產(chǎn)品在儲氫密度和安全性等性能參數方面存在一定差距。

低溫液態(tài)儲氫是將氫氣深度冷凍至零下252.72攝氏度變?yōu)橐后w,再通過(guò)0.6兆帕的專(zhuān)用低溫絕熱槽罐進(jìn)行運輸,其密度相當于氣態(tài)氫的800多倍。當前,我國透平膨脹機、液氫泵液等液氫關(guān)鍵設備大部分還需依賴(lài)進(jìn)口,導致整體成本偏高,基本只能用于軍工及航天領(lǐng)域,無(wú)法啟動(dòng)規?;瘧?。

國際能源署數據顯示,當運輸距離達到500千米時(shí),高壓氣態(tài)運輸配送成本將上升5倍以上,接近每千克2美元;同樣距離下,液氫的配送成本每千克僅增加約0.3美元,展現了更高的經(jīng)濟性。因此,從長(cháng)期看,伴隨液氫技術(shù)研發(fā)能力進(jìn)一步提升、生產(chǎn)規模不斷擴大,在逐漸實(shí)現規?;瘧煤?,液氫儲運將更具市場(chǎng)優(yōu)勢。

氫氣儲運環(huán)節的技術(shù)研發(fā)將主要集中在兩個(gè)方面。一是在儲存容器方面,需加快關(guān)鍵材料研發(fā),不僅要盡快提升70兆瓦儲氫罐的國產(chǎn)化水平,還要進(jìn)一步研發(fā)儲氫密度更高、重量更輕的更大型儲罐,為氫能規?;l(fā)展提前打好基礎。二是持續開(kāi)展儲氫路線(xiàn)的探索,推動(dòng)液氫、固態(tài)儲氫等現有路線(xiàn)盡快實(shí)現規?;瘧?,并繼續探索能夠實(shí)現更高密度、更高放氫效率的儲氫方法。

加氫:建設布局與汽車(chē)行業(yè)發(fā)展相連

作為氫氣供應鏈的終端,加氫站是連接制氫端與用氫端的重要橋梁,其建設布局與氫燃料電池汽車(chē)行業(yè)發(fā)展緊密相連。

根據不同的氫氣來(lái)源,加氫站可分為站內制氫和外供氫兩種類(lèi)型。外供氫加氫站又可分為高壓氫氣壓縮站、外供液氫加氫站和復產(chǎn)氫源站。盡管液氫加氫站的建設成本更低、存儲量更大、占地面積更小,但建設難度也相應提升,因此目前我國加氫站仍以高壓加氫站為主。

高壓加氫站主要由壓縮、儲存、加注、控制等工序組成。其中,壓縮機、儲氫系統、加氫機是最重要的三個(gè)核心設備,其性能和參數決定了加氫站的整體加注能力和儲氫能力,當前進(jìn)口依賴(lài)度較高,也是我國技術(shù)研發(fā)的重點(diǎn)領(lǐng)域。

作為高壓加氫站的核心設備之一,壓縮機主要用于卸裝拖車(chē)內的氫氣并加壓至儲氫目標壓強,在密封性、承壓力方面具有較高要求。目前,國內壓縮機可分為隔膜式壓縮機、液驅式壓縮機兩個(gè)類(lèi)型,市場(chǎng)占比分別約為70%、30%。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展,國內企業(yè)在隔膜式壓縮機領(lǐng)域已形成規?;a(chǎn)能力,市場(chǎng)份額2022年已超過(guò)30%,技術(shù)成熟度較高,達到全球領(lǐng)先水平。

由于關(guān)鍵設備仍需依賴(lài)于海外進(jìn)口,我國高壓氫氣加氫站的造價(jià)成本偏高,一般要達到千萬(wàn)元,遠高于傳統加油站。為提升加氫站的經(jīng)濟性,并緩解地區供氫緊張及氫價(jià)過(guò)高等問(wèn)題帶來(lái)的運營(yíng)壓力,近年來(lái)油氫合建站、油氫氣電合建站等綜合能源站在我國新建站中的比例持續提升,其中油氫合建站在我國2021、2022年度新建站中的占比分別接近50%、60%。未來(lái),伴隨核心設備國產(chǎn)化率和關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)能力持續提升,以及加氫站規?;l(fā)展帶來(lái)的成本下降,國內高壓加氫站造價(jià)成本還有較大下行空間。

截至2022年底,我國已建設加氫站超300座,處于全球領(lǐng)先水平。除西藏沒(méi)有建設加氫站,我國其余省級行政區均已建設或發(fā)布加氫站建設計劃。尤其是示范應用政策發(fā)布后,市場(chǎng)情緒高漲,驅動(dòng)加氫站建設不斷加快。從地區分布看,廣東省運營(yíng)加氫站超50座,遠超其他地區。

作為氫燃料電池汽車(chē)的“加油站”,加氫站的建設布局對于氫燃料電池行業(yè)乃至我國新能源車(chē)行業(yè)的整體發(fā)展都會(huì )產(chǎn)生較大影響。目前,我國加氫站的高造價(jià)和長(cháng)投資回報周期一定程度上阻滯行業(yè)發(fā)展,需要國家相關(guān)部門(mén)在政策、財政、技術(shù)研發(fā)等方面持續給予更多支持。

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