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05-17

氢气的输运情况与经济性分析

当前氢能产业已经进入快速发展阶段。2021年,全球氢气产量约为每年7000万吨。中国是世界上最大的氢气生产国,每年产量2200万吨,约占世界产量的三分之一。但由于氢气体积能量密度极低且液化困难,其运输成本远远超过石油及天然气等传统燃料,达到交货成本的6%左右。而且随着规模经济与技术进步导致的制氢成本下降,运输成本的比重还会不断增加。 氢气的输运包括工业钢瓶、集装格、长管拖车、气体管道、液态氢气、有机液体、储氢合金等方法。单个工业氢气钢瓶的容积为40L,压力为15MPa,储氢为0.5kg。集装格由9~20个氢气钢瓶组成,储氢3~10kg,主要是实验室规模的氢气输运。100kg以上的氢气输运方法主要是长管拖车、气体管道、液态氢气。几种氢气运输方式对比如下图所示。 在陆地上进行大量氢气输送时, 气体管道输送很有效。一般的氢气集装格和长管拖车中都有连接钢瓶的气体管道, 在陆地上能够铺设大规模、长距离而且高压的氢气管道进行氢气输送。管道运输是具有发展潜力的低成本运氢方式。低压管道适合大规模、长距离的运氢。由于氢气在低压状态(工作压力1~4MPa)下运输, 因此相比高压钢瓶输氢能耗更低, 但管道建设的初始投资较大。 有机液体以及氨气输运氢气也是正在开发的氢气储运方法,尤其是在长距离、大规模的氢气输送方面具有一定优势,但是杂质气体含量高,高纯氢气使用时需要重新纯化。固态合金输氢纯度高、安全性好, 但是输运能耗高、成本高,适合人口密集的区域以及短距离的氢气输运。长管拖车输运氢气成本随距离的增加显著, 适合300km以内的输氢, 距离超过300km时, 液氢和管道输氢更合适, 输氢量越大, 这种趋势越明显。三种主要输氢方式价格与距离的变化如下图所示。 目前我国氢气的输运几乎都依赖长管拖车, 满足不了大规模氢气使用和氢能源产业的发展,管道输氢和液态输氢技术亟待提高。 氢气的管道输运 欧洲和美洲是世界上最早发展氢气管网的地区, 已有70年历史, 在管道输氢方面已经有了很大规模, 如美国Praxair公司的分公司林德管道公司在得克萨斯州蒙特贝尔维尤至阿瑟港和奥兰治之间铺设了113km的氢气输送管道, 耗资3000万美金。林德管道公司每天能够输送283万Nm3以上的氢气, 氢气纯度为99.99%。管道埋设深度最浅处不小于1.22m, 管道设计强度和水压试验强度分别为管道最大运行压力的2和1.9倍。美国加州托兰斯(Torrance)的加氢站也在同区域内铺设氢气管道, 直接给用户供氢。 法国Air Liquid公司在法国、比利时、荷兰的国界附近铺设了830km的氢气管道, 德国在北莱茵-威斯特法伦州铺设了240km的氢气管道,压力为5MPa, 给用户供氢。这些氢气管道主要为工业所用,也有直接与加氢站相连的氢气管道。德国Frankfurt加氢站与氯碱电解工厂的副产品氢气源相邻, 两者之间铺设了1.7km的氢气管道, 氢气压力为90MPa, 可以免去压缩机直接供氢。 根据美国太平洋西北国家实验室(Pacific Northwest National Laboratory,PNNL)在2016年的统计数据,全球共有4542km的氢气管道,其中美国有2608km的输氢管道,欧洲有1598km的输氢管道。 我国氢气管网发展不足,输氢管道主要分布在环渤海湾、长江三角洲等地,氢气管网布局有较大的提升空间。 管道氢气运输的成本主要包括管道建设费用折旧与摊销、直接运行维护费用(材料费、维修费、输气损耗、职工薪酬等)、管理费及氢气压缩成本等。如果对管道输氢的成本做一笔运算,以“济源-洛阳”项目为例,“济源-洛阳”项目输气管道全长25km,设计压力4.0Mpa,管道规格DN500mm,输气能力为10.04万吨/年,配套建设2座站场,项目总投资1.5429亿元。采用φ508mm管道,建设成本为616万/km,管道使用寿命20年。运行期间维护成本及管理费用按建设成本的8%计算。据统计氢气管道在满载输送过程中损耗为1252kg/km年。成本计算数据如下表所示 管道输送的年运输能力取决于设计能力,而与运输距离基本无关。按照φ502mm的管道计算,年输送能力为10.04万吨。假设输送距离为Xkm,则满负荷运行下年总输送成本为:TC=(308000+24640)*X+10.04*10000000*0.42+13897*X元。单位运输成本测算如下: 可以发现,管道运输的吨公里成本受运能利用率的显著影响,随着运能利用率的下降单位运输成本大幅度提升,在利用率提升到40%以上之后运输成本的变化幅度减缓。 随着氢能产业的快速发展,日益增加的氢气需求量将推动我国氢气管网建设。国内氢气管网建设正在提速,根据《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书(2016)》所制定的氢能产业基础设施发展路线,2030年,我国燃料电池汽车将达200万辆,同时将建成3000km以上的氢气长输管道。该目标将有效推进我国氢气管道建设。 利用现有成熟的天然气管网、CNG(compressednatural gas)和天然气加气站等设施, 可新建或在现有站址基础上改扩建制氢加氢一体化站。通过站内制氢加氢,减少了氢气运输环节, 降低了氢气制储运的成本。该技术可将氢气枪出口处的价格降低,氢燃料汽车的用氢成本与汽柴油车的用车成本相当, 且更环保,符合未来能源的趋势。 液氢储运 液态氢气是一种深冷的氢气储存技术。将氢气经过压缩后,深冷到21K以下变为液氢,然后储存到特制的绝热真空容器中。常温、常压下,液氢的密度为气态氢的845倍,液氢的体积能量密度比压缩贮存高好几倍,这样,同一体积的储氢容器,其储氢质量大幅度提高。但是,由于氢具有质轻的特点,在作为燃料使用时,相同体积的液氢与汽油相比,含能量少。这意味着将来若以液氢完全替代汽油,则在行驶相同里程时,液氢储罐的体积要比现有油箱大得多(约3倍)。 理想状态下,氢气液化耗能为3.92kWh/kg。目前的氢气液化主要是通过液氮冷却和压缩氢气膨胀实现, 耗能为13~15kWh/kg, 几乎是氢气燃烧所产生低热值 (产物为水蒸气时的燃烧热值,33.3kWh/kg)的一半,而氮气的液化耗能仅为0.207kWh/kg,因此降低氢气液化耗能至关重要。不同氢液化方法的能耗如上图所示。 美洲是全球最大、最成熟的液氢生产和应用地域, 美国本土已有15座以上的液氢工厂,液氢产能占全球80%以上,达到375t/d,加拿大80t/d的液氢产能也为美国所用。美国的液氢工厂全部是5t/d以上的中大规模,并以10~30t/d以上占据主流。 近年,美国普莱克斯公司、美国空气化工产品有限公司、法国液化空气集团在美国相继新建的液氢工厂规模都在30t/d及以上,预计2021年美国液氢产能将突破500t/d。因此,其生产液氢的能耗和成本都比较低。欧洲4座液氢工厂的液氢产能为24 t/d;亚洲有16座液氢工厂,总产能为38.3t/d,其中日本占了2/3。 中国起步较晚, 与国外存在较大的差距。中国液氢工厂有陕西兴平、海南文昌、中国航天科技集团有限公司第六研究院第101研究所和西昌卫星发射中心等,主要服务于航天发射,总产能仅有4t/d, 最大的海南文昌液氢工厂产能也仅2t/d。目前,中国民用液氢市场基本空白。根据科技部2020年“可再生能源与氢能技术”国家重点研发计划项目申报指南, 中国亟须研制液化能力≥5t/d且氢气液化能耗≤13kWh/(kg LH2)的单套装备, 指标与国外主流大型氢液化装置性能基本一致,以期尽快缩短我国产品成本、质量和制造水平与世界发达国家的差距。 目前,高昂的成本是氢气液态储运的主要障碍,除了低温液态储运外,液氨储氢或有机液态储氢也是潜在的方案,部分液化氢储运的成本预测如上图所示,到2030年,合成液氨氢储运终端总成本为4.4美元/kg,低温液化氢储运终端总成本为3.9美元/kg。通过液氨、烯烃、炔烃或芳香烃等储氢剂和氢气产生可逆反应实现加氢和脱氢,能耗相对较低,但工艺与装置较为复杂,目前基本没有实现产业化应用。
05-13

氢能:构建现代能源体系新密码

氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源,能帮助可再生能源大规模消纳,实现电网大规模调峰和跨季节、跨地域储能,加速推进工业、建筑、交通等领域的低碳化。我国具有良好的制氢基础与大规模的应用市场,发展氢能优势显著。加快氢能产业发展是助力我国实现碳达峰碳中和目标的重要路径。今年3月,国家发展改革委、国家能源局联合印发了《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》。氢能的开发与利用正在引发一场深刻的能源革命,氢能成为破解能源危机,构建清洁低碳、安全高效现代能源体系的新密码。 能源危机开启了氢能开发和利用的探索之路 氢能作为一种替代能源进入人们的视野还要追溯到20世纪70年代。其时,中东战争引发了全球的石油危机,美国为了摆脱对进口石油的依赖,首次提出“氢经济”概念,认为未来氢气能够取代石油成为支撑全球交通的主要能源。1960年至2000年,作为氢能利用重要工具的燃料电池获得飞速发展,在航天航空、发电以及交通领域的应用实践充分证明了氢能作为二次能源的可行性。氢能产业在2010年前后进入低潮期。但2014年丰田公司“未来”燃料电池汽车的发布引发了又一次氢能热潮。随后,多国先后发布了氢能发展战略路线,主要围绕发电及交通领域推动氢能及燃料电池产业发展;欧盟于2020年发布了《欧盟氢能战略》,旨在推动氢能在工业、交通、发电等全领域应用;2020年美国发布《氢能计划发展规划》,制定多项关键技术经济指标,期望成为氢能产业链中的市场领导者。至此,占全球经济总量75%的国家均已推出氢能发展政策,积极推动氢能发展。 我国氢能产业和发达国家相比仍处于发展初级阶段。近年来,我国对氢能行业的重视不断提高。2019年3月,氢能首次被写入《政府工作报告》,在公共领域加快充电、加氢等设施建设;2020年4月,《中华人民共和国能源法(征求意见稿)》拟将氢能列入能源范畴;2020年9月,财政部、工业和信息化部等五部门联合开展燃料电池汽车示范应用,对符合条件的城市群开展燃料电池汽车关键核心技术产业化攻关和示范应用给予奖励;2021年10月,中共中央、国务院印发《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》,统筹推进氢能“制—储—输—用”全链条发展;2022年3月,国家发展和改革委员会发布《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》,氢能被确定为未来国家能源体系的重要组成部分和用能终端实现绿色低碳转型的重要载体,氢能产业被确定为战略性新兴产业和未来产业重点发展方向。 近年来,我国氢能产业发展迅速,基本涵盖了氢气制—储—输—用全链条。 氢能产业链的上游为制氢,我国是世界第一产氢大国,氢气产能约3300万吨。根据制取过程的碳排放强度,氢被分为“灰氢”“蓝氢”和“绿氢”。灰氢是指通过化石燃料燃烧产生的氢气,在生产过程中会有大量二氧化碳排放;蓝氢是在灰氢的基础上,应用碳捕集和封存技术,实现低碳制氢;绿氢是通过太阳能、风力等可再生能源发电进行电解水制氢,在制氢过程中没有碳排放。目前,我国氢气制取以煤制氢方式为主,占比约80%。未来,随着可再生能源发电成本持续降低,绿氢占比将逐年上升,预计2050年将达到70%。 氢能产业链的中游是氢储运,高压气态储运技术已商业化,是最为广泛的氢能储运方式。长管拖车运输灵活性高,适用于短距离、小体量输氢;液氢存储和固态储氢无需压力容器,运输便捷,是未来实现大规模氢能储运的方向。 氢能产业链下游为氢的综合应用,氢气作为一种工业原料可广泛应用于石油、化工、冶金、电子、医疗等领域,此外,氢气还可通过氢燃料电池或氢内燃机转化为电能和热能,可覆盖社会生产生活的方方面面。到2060年,我国氢能需求预计达1.3亿吨,其中工业需求占主导地位,占比约60%,交通运输领域将逐年扩大规模达到31%。 氢能的开发与利用正在引发一场深刻的能源革命 氢能在交通、工业、建筑和电力等诸多领域均有广阔应用前景。 在交通领域,公路长途运输、铁路、航空及航运将氢能视为减少碳排放的重要燃料之一。现阶段我国主要以氢燃料电池客车和重卡为主,数量超过6000辆。在相应配套基础设施方面,我国已累计建成加氢站超过250座,约占全球数量的40%,居世界第一。根据北京冬奥组委公布的数据,本届冬奥会示范运行超1000辆氢燃料电池汽车,并配备30余个加氢站,是全球最大规模的一次燃料电池汽车示范应用。 目前我国氢能应用占比最大的领域是工业领域。氢能除了具有能源燃料属性外,还是重要的工业原料。氢气可代替焦炭和天然气作为还原剂,可以消除炼铁和炼钢过程中的绝大部分碳排放。利用可再生能源电力电解水制氢,然后合成氨、甲醇等化工产品,有利于化工领域大幅度降碳减排。 氢能与建筑融合,是近年兴起的一种绿色建筑新理念。建筑领域需要消耗大量的电能和热能,已与交通领域、工业领域并列为我国三大“耗能大户”。利用氢燃料电池纯发电效率仅约为50%,而通过热电联产方式的综合效率可达85%——氢燃料电池在为建筑发电的同时,余热可回收用于供暖和热水。在氢气运输至建筑终端方面,可借助较为完善的家庭天然气管网,以小于20%的比例将氢气掺入天然气,并运输至千家万户。据估计,2050年全球10%的建筑供热和8%的建筑供能将由氢气提供,每年可减排7亿吨二氧化碳。 在电力领域,因可再生能源具有不稳定性,通过电—氢—电的转化方式,氢能可成为一种新型的储能形式。在用电低谷期,利用富余的可再生能源电力电解水制取氢气,并以高压气态、低温液态、有机液态或固态材料等形式储存下来;在用电高峰期,再将储存的氢通过燃料电池或氢气透平装置进行发电,并入公共电网。而氢储能的存储规模更大,可达百万千瓦级,存储时间更长,可根据太阳能、风能、水资源等产出差异实现季节性存储。2019年8月,我国首个兆瓦级氢储能项目在安徽六安落地,并于2022年成功实现并网发电。 同时,电氢耦合,也将在我国构建现代能源体系中发挥重要作用。 从清洁低碳角度看,大规模电气化是我国多个领域实现降碳的有力抓手,例如交通领域的电动汽车替代燃油汽车,建筑领域的电采暖取代传统锅炉采暖等。然而,仍有部分行业是难以通过直接电气化实现降碳的,最为困难的行业包括钢铁、化工、公路运输、航运和航空等。氢能具有能源燃料和工业原料双重属性,可以在上述难以深度脱碳的领域发挥重要作用。 从安全高效角度看,首先,氢能可以促进更高份额的可再生能源发展,有效减少我国对油气的进口依存度;其次,氢能可以进行化学储能和运输,实现能源的时空转移,促进我国能源供应和消费的区域平衡;此外,随着可再生能源电力成本的降低,绿色电能和绿色氢能的经济性将得到提升,被大众广泛接纳和使用;氢能与电能作为能源枢纽,更容易耦合热能、冷能、燃料等多种能源,共同建立互联互通的现代能源网络,形成极具韧性的能源供应体系,提高能源供应体系的效率、经济性和安全性。 我国氢能产业发展依然面临挑战 低成本低排放绿氢制取是氢能产业面临的重要挑战之一。在不新增碳排放的前提下,解决氢的来源问题是氢能产业发展的前提。化石能源制氢和工业副产制氢工艺成熟、成本较低,短期仍将是主要氢源。但化石能源储量有限,且制氢过程仍存在碳排放问题;工业副产制氢产量有限且供应辐射路程短。 长远来看,电解水制氢易与可再生能源结合,规模潜力更大,更加清洁可持续,是最有潜力的绿氢供应方式。目前我国碱性电解技术已与国际水平相接近,是目前商用电解领域的主流技术,但未来降本空间有限。质子交换膜电解水制氢目前成本较高,关键装置的国产化程度正在逐年提升。固体氧化物电解在国际接近商业化,但国内仍处于追赶阶段。 我国氢能产业链供应体系尚不完备,距离大规模商业化应用还有差距。我国已建成加氢站200余座,且以35MPa气态加氢站为主,储氢量更大的70MPa高压气态加氢站占比小。液氢加氢站、制氢加氢一体站的建设和运营经验不足。现阶段氢的运输主要以高压气态长管拖车运输为主,管道运输仍为短板弱项。目前共有氢气管道里程约400公里,在用管道仅100公里左右。管道运输还面临管材易发生氢脆现象造成氢气逃逸,未来仍需进一步提升管道材料的化学性能和力学性能。液态储氢技术和金属氢化物储氢技术等取得了较大进步,但储氢密度、安全性和成本之间的平衡关系尚未解决,离大规模商业化应用还有一定差距。 专门政策体系和多部门多领域协调合作机制尚不完善。《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》是首个国家层面的氢能发展规划,但专项规划以及政策体系仍需完善,未来需要进一步明确产业发展方向、目标和重点。氢能产业链涉及多种技术和行业领域,目前还存在跨领域协作不足,跨部门协调机制不够完善等问题。比如,加氢站建设需要资金、技术、基建以及危化品管制等多部门协作,目前存在主管部门不明确,审批难度较大,氢气属性仍仅为危化品等问题,对产业发展形成较大制约。 我们认为,技术、平台和人才是支持我国氢能产业发展的生长点。首先,要持续提升关键核心技术水平。技术创新是氢能产业发展的核心。未来,我国将持续推进绿色低碳氢能制取、储存、运输和应用等各环节关键核心技术研发。加快推进质子交换膜燃料电池技术创新,开发关键材料,提高主要性能指标和批量化生产能力,持续提升燃料电池可靠性、稳定性、耐久性。着力推进核心零部件以及关键装备研发制造。加快提高可再生能源制氢转化效率和单台装置制氢规模,突破氢能基础设施环节关键核心技术。持续开展氢能安全基础规律研究。持续推动氢能先进技术、关键设备、重大产品示范应用和产业化发展,构建氢能产业高质量发展技术体系。 其次,要着力打造产业创新支撑平台。氢能产业的发展需聚焦重点领域和关键环节,构建多层次、多元化创新平台。支持高校、科研院所、企业加快建设重点实验室、前沿交叉研究平台,开展氢能应用基础研究和前沿技术研究。2022年年初,国家发展和改革委员会、教育部发布了《关于华北电力大学国家储能技术产教融合创新平台项目可行性研究报告的批复》,华北电力大学国家储能技术产教融合创新平台项目正式获批,成为首批“挂帅”高校。随后,华北电力大学氢能技术创新中心正式成立。创新平台和创新中心重点围绕电化学储能、氢能及其在电网中的应用技术等领域开展技术攻关,积极推动国家氢能产业的发展。 再次,要推动建设氢能专业人才队伍。氢能产业技术水平及规模不断取得突破,然而氢能产业正面临人才队伍的较大缺口,特别是高层次创新性人才严重缺乏。日前,华北电力大学申报的“氢能科学与工程”专业被正式列入普通高等学校本科专业目录,“氢能科学与工程”学科被列入新型交叉学科。该学科将以动力工程及工程热物理、化学工程等学科为牵引,有机融合制氢、氢储运、氢安全、氢动力等多个氢能模块课程,开展全方位跨学科基础及应用研究,将为实现我国能源结构安全转型,以及我国氢能行业和能源事业的发展提供有利的人才支撑。
05-09

我国氢能产业发展步入快车道 加氢站数量位居世界第一

不久前,我国首个氢能产业中长期发展规划——《氢能产业发展中长期规划(2021~2035年)》发布,进一步明确了氢能产业是战略性新兴产业和未来产业重点发展方向。 国家能源局相关负责人近日表示,我国在氢能加注方面获得新突破,加氢站数量位居世界第一。 今年以来,各省市加快推进氢能项目的落地,全国20多个省份已发布氢能规划和指导意见共计200余份。目前在建和筹建的风光制氢项目超过了40个。 国家发展和改革委员会创新和高技术发展司副司长 王翔:中国是世界上最大的制氢国,2021年氢能产量超过了3300万吨,据有关市场机构统计,中国氢能相关企业的数量超过了2000家,近5年新增企业注册数量快速增长。 目前,除了传统化工、钢铁等工业领域,氢能已在交通、能源、建筑等其他领域稳步推进试点应用。在交通领域,我国现阶段以客车和重卡为主,正在运营的以氢燃料电池为动力的车辆数量超过6000辆,约占全球运营总量的12%,已成为全球最大的氢燃料电池商用车生产和应用市场。 国家能源局能源节约和科技装备司副司长 刘亚芳:在氢能加注方面,累计建成加氢站超过250座,约占全球总数的40%,加氢站数量居于世界第一,35兆帕智能快速加氢机和70兆帕一体式移动加氢站技术获得突破。 新闻链接:氢能是什么? 提起氢能,您最先想到的是什么,是小时候玩的氢气球?还是燃料电池呢?接下来,我们就通过一个短片,来了解一下氢能。 氢和氧反应产生的化学能就是氢能。氢在地球上主要以化合态的形式出现,是宇宙中分布最广泛的物质,由于氢气必须从水、化石燃料等含氢物质中制得,因此是二次能源。 根据氢能的形成过程,我们一般将氢能分为灰氢、蓝氢与绿氢。灰氢主要是通过煤炭、天然气等化石燃料燃烧产生的氢气,在生产过程中会有二氧化碳等排放。目前,市面上绝大多数氢气是灰氢,约占当今全球氢气产量的95%。蓝氢,是指采用了碳捕集措施的化石能源制得的氢气,碳排放强度大幅度降低。绿氢,则是指利用可再生能源分解水得到的氢气。 电力规划设计总院院长助理 刘世宇:(氢能)具备天然的与风电光伏新能源发展进行耦合的这样天生的优势,把氢的产业链健全起来,使它的经济性、技术性达到工程应用、商业化应用的阶段,无疑就为我国新能源的发展创造了巨大的空间。 我国加速氢能产业布局 获多个突破性进展 考虑到氢能源的独特优势,近年来,我国加速发展氢能产业。在氢能制备、储运、基础设施建设等方面已取得多个突破性进展。 目前,长三角、粤港澳大湾区、环渤海三大区域氢能产业呈现集群化发展态势。在氢能的技术创新、在电解水制氢装置,储运设备和燃料电池方面,我国已掌握了一批先进技术,高端装备在逐步推向市场。在氢能制备方面,可再生能源制氢项目在华北和西北等地积极推进,电解水制氢成本稳中有降。 中国国际经济交流中心能源政策研究部负责人 景春梅:我们在可再生能源制氢功能绿氢的供应上在全球有比较突出的优势,基本具备了氢能产业链的健全的产业链,我们在应用方面有全球最大的潜在的市场,那么如果技术成熟以后,可以在市场上进行布局利用,很快能够降低节能应用的成本。 正是看到氢能产业未来的发展前景,目前,超过三分之一的中央企业已经在布局包括制氢、储氢、加氢、用氢等全产业链,加速突破氢能全产业链关键材料及核心技术设备瓶颈。 中国海油近日发布消息,位于广东惠州的我国首套采用E-Gas技术煤制氢联合装置,已连续平稳运行超260天,累计生产氢气超5万吨。 中海炼化惠州石化煤制氢部副经理 周建欣:目前全球仅有两套在运行的E-Gas煤制氢联合装置,与传统天然气制氢工艺相比,可以降低成本20%~25%。 记者在国家电投氢燃料电池生产线看到,我国自主研发的质子交换膜、膜电极组件等核心部件都用到了大功率氢燃料电池电堆中。随着国内首条全自主可控质子交换膜生产线的投产,打破国外产品长期垄断的同时大幅降低国内的制氢成本。   国家电投集团氢能科技发展有限公司总经理 张银广:质子交换膜,我们2017年那时候买的时候最贵的时候1万块钱1平方米。我们质子交换膜30万平方米产线的投产,国外进口的价格也大幅下降。现在基本上1000块钱左右,自主技术的突破对整个产业链的成本下降也是帮助很大的。 此外,全球在建的最大光伏绿氢生产项目——中国石化新疆库车绿氢示范项目已启动建设,投产后年产绿氢可达2万吨。国家管网集团积极探索氢气储运业务,已开展在役天然气管道掺氢输送试点示范项目。 加强顶层设计 推动氢能产业有序发展 新出台的《氢能产业发展中长期规划(2021~2035年)》强调,要积极发挥规划引导和政策激励作用,推动地方结合自身基础条件理性布局氢能产业,实现产业健康有序和集聚发展。 电力规划设计总院院长助理 刘世宇:对氢能不能局限于一窝蜂式造车,近年来国内对氢能发展的注意力几乎都集中在交通领域,新能源汽车领域,氢能在农业、工业和第三产业都有非常广泛的应用前景,我国需要用更宽的视野,更全面地挖掘它的潜力和价值。 专家表示,我国不同区域资源能源禀赋、产业基础等差异大,各地区应从各自资源禀赋、产业基础、市场空间及地方财力等多方面系统谋划,理性布局,避免跟风盲从。 中国石油大学(北京)教授 王震:它现在还是初级阶段,应该说成本还是比较高的。所以还是要发挥各个区域的优势,发挥各个企业的优势。它会适当有一些重复,但是防止大规模重复。 目前氢能产业链上部分核心关键技术、关键材料和装备制造等尚未实现自主可控,应通过产业发展联盟、国家级创新平台等机制,依托产业链龙头企业打造攻关联合体,全面提升基础研究、前沿技术和原始创新能力,尽快突破关键核心技术,加快国产化进程。 国家能源局能源节约和科技装备司副司长 刘亚芳:积极引导氢能产业健康有序发展,在能源法征求意见稿中,提出将氢能纳入能源体系管理,以法的名义明确氢的能源属性,为社会参与氢能发展建立稳定预期。 国家发展和改革委员会创新和高技术发展司副司长 王翔:围绕氢能的规范管理,氢能基础设施建设运营管理,关键核心技术装备创新,氢能产业多元应用试点示范还有国家标准体系建设,来制订和完善相关的政策和规定。
05-07

英国:新型铁基催化剂或让氢燃料电池成本大降

帝国理工学院(Imperial College London)的研究人员已经开发出一种新的氢燃料电池,使用铁代替稀有而昂贵的铂,使这项技术得到更大的应用。 氢燃料电池将氢转化为电力,而副产品只有水蒸气,这使它们成为一种吸引人的绿色便携电力替代品,尤其是汽车。然而,主要组件之一的成本高昂阻碍了它的广泛采用。这种燃料电池依靠一种由铂制成的催化剂,这种催化剂既昂贵又稀有,它可以帮助产生能量反应。 现在,一个由伦敦帝国理工学院的研究人员领导的欧洲团队只使用铁、碳和氮(这些廉价且容易获得的材料)创造了一种催化剂,并表明它可以用于在高功率下运行燃料电池。他们的研究结果已于近期发表在了《自然催化》(Nature Catalysis)杂志上。 帝国理工学院化学系首席研究员Anthony Kucernak教授说,“目前,用于催化剂的铂约占单个燃料电池成本的60%。为了让燃料电池成为化石燃料驱动汽车的真正可行替代品,我们需要降低成本。” “我们更便宜的催化剂设计应该会让这成为现实,并允许部署更多使用氢作为燃料的可再生能源系统,最终减少温室气体排放,让世界走上净零排放的道路。”他补充说。 该团队的创新是生产一种催化剂,其中所有的铁都以单个原子的形式分散在一个导电的碳基体中。单原子铁的化学性质与大块铁不同,大块铁的所有原子都聚集在一起,单原子铁更容易产生反应。 这些特性意味着铁可以促进燃料电池所需的反应,成为铂的良好替代品。在实验室测试中,该团队表明,单原子铁催化剂的性能接近于真正的燃料电池系统中的铂基催化剂。 除了为燃料电池生产一种更便宜的催化剂外,该团队开发创造的方法还可以适用于其他工艺的催化剂,如使用大气中的氧气作为反应物而不是昂贵的化学氧化剂进行化学反应,以及应用于利用空气去除有害污染物的废水处理中。 论文第一作者、帝国理工化学系的Asad Mehmood博士说,“我们已经开发了一种新的方法来制造一系列‘单原子’催化剂,这为一系列新的化学和电化学过程提供了机会。具体来说,我们使用了一种独特的合成方法,称为金属转化,以避免在合成过程中形成铁团簇。这个过程应该对其他想要制备类似催化剂的科学家有益。” 据悉,该团队已与英国燃料电池催化剂制造商Johnson Matthey合作,在适当的系统中测试催化剂,并希望扩大他们的新催化剂的规模,以便它可以用于商业燃料电池。与此同时,他们正在努力提高催化剂的稳定性,使其在耐久性和性能上与铂媲美。
04-27

2022一季度氢能政策数量超200项

氢能是政策驱动型产业,政策的变化趋势反映产业的变化趋势。今年一季度,国内氢能产业在政策层面出现了两个关键变化,一是在国内“双碳”“1+N”体系确立、示范城市群项目落地后,国内氢能产业政策井喷,一季度相关数量达到214项,超过了2021年政策数量的50%,二是国家氢能产业专项规划出台,氢能产业正式拥有了“身份证”。从政策的数量和质量而言,一季度的政策都达到了一个高峰。 从政策的发展趋势可以看出,氢能产业已经来到发展的关键节点,从国家到地方,各级政府充分认可了氢能产业的发展前景,同时认为氢能产业已经到达通过政策扶持跨过产业发展鸿沟的关键时间节点。 一季度政策特点如下: 1、国家专项政策出台,产业地位确立。经历了长久的等待后,国家氢能产业专项规划终于出台。根据规划,未来国内还将打造氢能产业发展“1+N”政策体系。氢能产业真正意义上得到了国家的认可。 2、政策数量井喷,渗透加速。尽管国家专项政策在3月底才出台,但一季度国内氢能产业相关政策已经超过200项,超过了去年全年的一半!同时氢能专项政策占比较少,更多以渗透的形式进入能源、教育、交通、工业等各个领域。 3、产业标准成为政策发展重点。随着氢能逐渐进入产业化阶段,标准的重要性进一步凸显,在多项国家政策和大量地方发展规划中被重点强调。以深圳为例,产业标准的制定被列为深圳氢能政策的重中之重。 4、地方政府大规模推出补贴计划。各地政策在2019年后再次大规模出台氢能财政扶持政策细则,显示地方政府认为氢能产业已经来到需要资质扶持助推发展的关键时期。     一 国家政策情况:氢能“1+N”体系确立 1、氢能“1+N”体系明确,政策加速渗透。如图表1所示,今年一季度,国家层面共出台氢能产业相关政策达18项,去年全年约为30项,已经超过去年的一半。一方面,《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》的提出,则是确立了氢能产业“1+N”的“1”,产业意义重大。另一方面,18项政策中大部分来自能源、工业、汽车、标准等相关领域,显示氢能作为“双碳”“1+N”的N,正在加快对各个产业的渗透。 二 地方政策情况:政策井喷 1、地方政策井喷,“十四五”规划为主。一季度各地方政府出台氢能产业相关政策近200项,平均每天出台两项!在各地方政策中,氢能专项政策仍然较少,延续了以2021年十四五规划为主的基本情况,具体见图表2。 这与国家氢能专项规划出台较晚、“双碳”承担氢能顶层设计有关,各地方更多地将氢能作为前沿产业和其他产业的转型升级和减排的辅助。随着国家专项政策和应用场景的拓展,后续氢能专项政策的出台有望加速。 2、示范地区政策密集发布,多地争入城市群。从地区分布看,浙江再次登顶一季度政策发行数,广东、内蒙古和河南紧随其后,四省份整体相差不大,处于第一梯队。 其中河南出现了较为明显的补政策情况,在12月正式进入城市群后,河南在1、2月出台了大量的相关规划。情况类似的河北则相反,这是由于河北氢能产业政策较为丰富,2021年政策数量就在各省中排第二。此外,张家口和保定等地区隶属京津冀城市群,相关规划出台的较早。排第5的山西则以十四五规划文件的形式出台氢能产业政策。 此外,一季度多个地区提出申报燃料电池汽车示范城市群,包括黑龙江、广西、四川、湖北、重庆等。 5、城市群地区发力政策,非城市群地区积极申报。示范城市群项目将在今年启动,城市群地区大规模出台相关政策,从各个方面形成完整的政策体系。黑龙江、广西、四川、湖北、重庆等地区均将燃料电池汽车示范城市群纳入规划。
03-21

北京:公共领域带头推广氢燃料电池汽车

在今年北京冬奥会上“秀”了一把的氢燃料电池汽车,再迎政策红利。日前,北京市人民政府办公厅印发《北京市深入打好污染防治攻坚战2022年行动计划》(以下简称《计划》),明确了北京市2022年要在公共领域带头推广氢燃料电池汽车。 《计划》明确了积极推广氢燃料电池汽车的具体举措,包括,加大产业科技支撑力度,开展碳中和路径研究、碳排放管理政策制度及管理支撑技术研究等,支持开展有关氢能及可再生能源利用等低碳技术开发研究。6月底前,北京市城市管理委将制定实施“十四五”时期新能源汽车能源补给基础设施发展规划,按照“合理布局、可建尽建”的原则,加快基础设施建设,推进高速公路服务区快充站实现全覆盖,加快推动公交车等行业车辆、大型客车和中重型货车充电站、出租车换电站及加氢站建设。 黎明气体集团加氢站 氢燃料电池汽车要落地,需要先试先行。《计划》显示,北京要在公共领域推进氢燃料电池汽车的应用,并明确了各部门的具体分工。其中,北京市机关事务管理局、市财政局牵头,保证各级财政支持的机关、事业单位和社会团体新增和更新的车辆基本为氢燃料电池车或纯电动车,对于具备条件的新增和更新执法执勤、通勤等车辆优先选用氢燃料电池车。 北京市城市管理委组织推进新增和更新的4.5吨以下环卫车为氢燃料电池车或纯电动车,并会同相关部门研究运输车辆使用氢燃料电池车的鼓励政策。 北京市住房城乡建设委加强与河北省相关部门的协调和合作,推动砂石绿色基地建设,2022年,混凝土原材料采用铁路、氢燃料电池汽车等绿色运输比例力争超过2%。 黎明气体集团氢气管束车 北京市交通委组织推进新增和更新的公交车、市内旅游班线车辆、包车客运车辆为氢燃料电池车或纯电动车;修订支持本市新能源物流配送车辆优先通行的政策,办理货车通行证的4.5吨以下轻型、微型货车应为氢燃料电池车或纯电动车,协调民航华北管理局推进新增和更新的机场大巴车为氢燃料电池车或纯电动车。 北京市邮政管理局组织推进新增和更新的4.5吨以下的邮政车为氢燃料电池车或纯电动车。 业内专家表示,《计划》中提出,氢燃料电池汽车将会应用于北京市的公务用车、市政用车、环卫车辆等场景,这与几年前推广纯电动汽车的方式一样。相信在政策的大力推动下,氢燃料电池汽车产业也有望迎来发展的重要窗口期。 一直以来,北京发展氢燃料电池汽车的积极性都比较高。去年8月,北京发布《北京市氢能产业发展实施方案(2021—2025年)》,明确指出在2023年前推广燃料电池汽车3000辆;2025年前,实现燃料电池汽车累计推广量突破1万辆。今年2月份,北京明确提出今年年底全市计划新增推广应用800辆以上的氢燃料电池汽车。 目前,北京在氢燃料电池产业发展上也已经形成一定基础,在产业基础、科技创新等方面已具备领先优势。比如在氢能终端应用产业领域,北京的膜电极、双极板、空压机等质子交换膜燃料电池关键材料、部件环节已基本实现自主化,质子交换膜、催化剂、碳纸等依赖进口的领域已实现突破,电堆、动力系统全国领先。 来源:中国政府采购报
03-10

可承受15公斤TNT炸药冲击!宝马发布国际认证的氢动力防弹SUV

近日,宝马集团推出了全球首款采用氢燃料电池驱动系统的国际认证防弹安全车BMW iX5 Hydrogen Protection VR6概念车,进一步展示了宝马在氢燃料电池领域的广泛应用和先进的装甲防护技术。BMW iX5 Hydrogen Protection VR6概念车实现了可持续绿色出行与特种防护安全车辆需求的完美结合。 40余年防弹安全车研发,不断带来Z级极致安全防护 宝马集团在开发和制造具有不同防护等级的安全车方面拥有超过40年的经验。BMW iX5 Hydrogen Protection VR6 概念车以BMW X5 Protection VR6防弹安全车为基础,X5 Protection VR6是世界上最畅销的豪华SUV防弹安全车,这是将创新的电驱动技术和装甲防护技术与BMW X家族车型的车身比例通过性和多功能性相结合的容破。BMW iX5 Hydrogen Protection VR6汽车凭借其集成的装甲防护技术,达到了VR6防护等级,符合攻击防护材料和设计检验机构协会(VPAM)定制的标准。 整车客舱集成了高强度钢车身护板和约30mm厚的防护玻璃,对车门、车身、行李箱等核心区域的缝隙进行加厚加密。该载具可以承受世界上大多数轻武器的火力攻击,例如AK-47,并目可以防御HG85手榴弹等穿透性攻击。装甲客舱可承受4米范围内高达15公斤TNT炸弹的横向冲击。 防弹安全功能与可持续出行完美结合,打造氢动力防弹安全车新概念 BMW iX5 Hydrogen Protection VR6概念车采用的氢燃料电池技术与第五代BMW eDrive电驱动系统相结合。其中,驱动系统以氢气为燃料,通讨氢气和氧气的化学反应来驱动车辆。除水蒸气外,车辆不排放任何废气。该电机基于创新的BMW iX中使用的第五代BMW eDrive电驱动系统技术开发。位于电机上方的大功率电池可以借助高效的能量回收系统进行充电。 对于这个特殊的驱动系统,BMW iX5 Hydrogen Protection VR6概念车采用了整体安全理念,将特殊的底部保护技术与氢燃料电池驱动系统相结合,充分保证了驱动系统的安全。车辆底部经过特殊设计,可防止车辆下方的手榴弹爆炸损坏车辆下部。氢气罐及其阀门系统由底部的特殊保护装置密封。同时,保护装置进行了轻量化,让车辆有尽可能大的离地间隙,保证车辆良好的通过性。 BMW iX5 Hydrogen Protection VR6概念车也在政府测试中心的监督下进行了爆炸冲击测试。对车身底部保护装置的变形程度进行了测量,并与之前的仿真结果进行了比较。经电脑扫描检测,整车储氢罐及底部保护板无裂纹、分层、隐性断裂现象。 作为全球首款氢动力安全车,BMW iX5 Hydrogen Protection VR6概念车充分证明氢燃料电池汽车能够与安全防护技术有效结合,保障车内成员的安全。同时,也完美诠释了宝马在电动出行领域的技术优势。在电动化方面,宝马集团将从2025年开始推出“新一代”车型系列,树立数字化和电动化的新标准,将可持续发展提升到前所未有的高度。氢燃料电池技术或将成为宝马集团新能源产品组合的新成员,为全球更多客户提供绿色出行解决方案。
03-03

产值或超10万亿元!政策利好 各方发力氢能产业

“双碳”目标之下,利好政策持续助力,氢能产业日趋成为热门赛道。继氢能出行助力北京冬奥会之后,本月又有两则相关政策稳步推进。 在多位接受采访的专家看来,相较煤炭、天然气、石油等传统燃料,氢气具备能量密度大、反应零排放的天然优势,是我国碳中和目标下理想的清洁能源。为加速推进我国氢能行业发展, 国家和地方政府对氢能行业的扶持政策频出,此外叠加产业经济市场广阔,氢能融资项目数持续增长,相关企业加速布局,我国氢能行业发展将迎来加速期。 《中国氢能产业发展报告2020》预计,到2050年,氢能在交通运输、储能、工业、建筑等领域广泛使用,氢能产业链产业产值将超过10万亿元。在此背景下,不少上市公司也纷纷入局其中。 各方入局氢能产业链 根据万联证券的研报,氢能产业链分为制氢、储运、加氢站、氢燃料电池应用等多个环节。相比锂电池产业链而言,氢能产业链更长,理论经济价值含量更大。根据中国氢能联盟的预计,到2030年/2050年,中国氢气需求量将达3500万吨/6000万吨,在终端能源体系中占比5%/10%。 面对巨大的蛋糕,不少上市公司也纷纷高调宣布进入氢能领域,且超过三分之一的央企已经在制定包括制氢、储氢、加氢、用氢等全产业链布局。 2021年初,站在“十四五”规划的起点上,各大电力企业频频对外发布清洁能源发展目标,传统电力公司向清洁电力转型的迫切与决心可见一斑。其中国家电投走在跨界氢能的最先列,2016年就开始进军氢能产业,其氢能公司是我国第一个央企专做氢能的二级单位。在持续的技术研发下,国家电投氢能公司的“产品线”正在不断取得突破。2020年9月份,该公司自主化燃料电池电堆及系统产品氢腾FC-ML80/FCS65发布。 此后,国家电网、华电集团、粤水电等主要电力企业也都纷纷跨界氢能领域,开始燃料电池发电等研究发展。 2021年3月,隆基股份(601012.SH)通过全资子公司隆基绿能创投与上海朱雀投资合资成立西安隆基氢能科技有限公司,计划大力发展光伏制氢;同月,阳光电源发布国内首款、最大功率SEP50PEM制氢电解槽;5月,晶科科技公布了布局光伏制氢的消息;7月,协鑫新能源成立高达100亿元的氢能产业投资基金;8月,林洋能源宣布成立合资公司正式进军氢能。 南京林业大学宋建忠博士表示,氢燃料电池作为氢能利用的重要组成,在能源供应(供电、供热)以及交通运输等领域可发挥极大作用,给氢能经济向下游延伸提供了支撑,更进一步的实现化石能源替代,助力双碳目标达成。 产业迎政策风口 2月10日,国家发展改革委和国家能源局发布《关于完善能源绿色低碳转型体制机制和政策措施的意见》(以下简称“《意见》”)。 宋建忠认为,该文件有利于含氢能产业在内的多种能源绿色低碳发展扫除当前的体制机制限制,属于是从根上厘清发展脉络。 而近日,国家发展改革委等四部门又联合发布《高耗能行业重点领域节能降碳改造升级实施指南(2022年版)》(以下简称《指南》),明确了钢铁、有色金属冶炼、水泥、炼油等17个高耗能行业节能降碳改造升级的工作方向和目标,旨在指导各有关方面科学有序开展重点领域节能降碳改造升级工作。 在华北电力设计院田江南看来,实现碳中和目标需从能源供给侧和能源需求侧进行碳减排。能源供给侧进行碳减排的主要手段就是高比例可再生能源化替代,能源需求侧进行碳减排的手段之一就是节能提效。2月11日四部门发文主要是能源需求侧的碳减排,目前我国炼油行业、化工行业、电力行业、水泥行业等存在大量的落后产能,有巨大的提质增效空间。可通过能量系统优化、余热余压利用、污染物减排、废弃物综合利用等方式,提高生产工艺和技术装备绿色化水平,提升资源能源利用效率,促进形成强大国内市场。因此,“节能降碳改造升级”做到物尽其用,是实现双碳目标的必要手段之一。 从确立电动汽车“三纵三横”战略,首次将燃料电池作为国家级研发重点开始,我国对于氢燃料电池的推广政策经历了由调整到稳扎稳打的过程。 2002年,“十五”国家高科技技术研究发展规划(863 计划)电动汽车重大专项确立了以混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车为“三纵”,以多能源动力总成控制系统、驱动电机和动力电池为“三横”的电动汽车“三纵三横”研发布局。 田江南表示,氢燃料电池是在绿氢替代过程中发展起来的,国家对其定位于氢能应用领域的一个分支。氢能应用领域含:氢冶金、合成氨、合成甲醇、石油重整、石油精制、石油裂化、发电机冷却、电子行业、食品行业、玻璃行业、氢燃料电池、氢能发动机等。 近两年,伴随着十四五规划和双碳目标的要求,我国能源结构将面临着巨大调整,氢能来源体系也将会有巨大改变,其中一个重要的方向就是绿氢替代化过程。“绿氢”就是可再生能源电解水制氢,“绿氢替代”就是用可再生能源电解水制氢替代原有氢能来源体系中大量的“黑氢”、“灰氢”。完成一定比例的绿氢替代化之后,才能实现氢能应用领域的减碳、脱碳路线。氢燃料电池可以用在汽车、火车、轮船等交通领域,也可以用在固定式电站、移动式发电设备、充放电储能设备领域中。 2019 年,国务院首次将“推动充电(加氢)等基础设施建设”写入《政府工作报告》,氢能源的发展拉开了新篇章。2020年9月,财政部、工信部、科技部、国家发改委、国家能源局正式联合发布《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》,示范期暂定为四年。示范期间,五部门将采取“以奖代补”方式,对入围示范的地区按照其目标完成情况给予奖励。 田江南认为,氢能源相关奖励分为氢燃料电池推广应用领域的奖励和氢能供应领域的奖励。与新能源汽车补贴政策的不同在于采取“以奖代补”鼓励氢能源更加精准,讲求“钱花在刀刃上”。一是可有效解决骗补的问题,氢能“以奖代补”要求企业或者城市群在按照规定的条件运行一定时间后,经验收合格才会发放奖励。二是倒逼关键技术的提升,氢能“以奖代补”设置的奖励条件和目前的技术水平相比相对高一些。 此外,在“十四五”规划纲要中,也明确了氢能作为未来潜力产业的重要地位。2021年12月,工信部印发的《“十四五”工业绿色发展规划》提出,要加快氢能技术创新和基础设施建设,推动氢能多元利用。 随着2021年下半年以来氢能政策升温,国内各地氢能产业再度迎来发展热潮。据不完全统计,目前,全国有30个省份、150多个城市在其“十四五”规划中提及氢能发展,有50多个城市出台了地方氢能产业发展专项规划。据统计,2022年1月,全国共有15个省市出台了氢能相关政策累计28条。山东、上海、甘肃、四川、宁夏、天津、浙江、江苏8省市1月都出台了不止一项氢能相关的政策。
02-23

冬奥会张家口赛区氢能汽车减排量相当于种植6.8万棵树!

张家口市氢能可再生能源研究院近日表示,该院燃料电池汽车数据采集和监测中心数据显示,2月4日至20日,北京2022年冬奥会期间,张家口赛区氢燃料电池汽车累计加注氢气94.3吨,减少碳排放1414.5吨,相当于种植6.8万余棵树的吸收量。 据介绍,张家口赛区共投入氢燃料电池大巴车710辆,其中崇礼赛区623辆,主城区87辆。其中有357辆是从张家口市区的氢燃料电池公交车队伍抽调而来,赛后将返回“工作岗位”。张家口赛区所使用的的氢气,均为本地可再生能源发电项目生产的“绿氢”。 氢燃料电池汽车在行驶过程中只排放水,因此被称为“终极环保车”。本届冬奥会上,氢燃料电池汽车成为运输主力,实现了氢能和氢燃料电池汽车的规模化应用和产业化突破。 北京冬奥会实现了氢能和氢燃料电池汽车管理重大创新,推动了氢能和氢燃料电池汽车产业标准制修订,推动完善了加氢站建设流程,推动建立了氢能制、储、运、加、用全产业链的安全保障措施和工作机制。  
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