绿氢该如何破局
尽管当下绿氢的概念被各种热炒,各种报告以及相关项目启动等等也频频见于报端,但身在局内的人总觉得还是缺了点儿啥?实际上在讨论这个问题之前我们先需要明确两个问题。

一是绿氢是否是个必要存在的产物?

二是绿氢必要存在的前提下,何时才能规模化?

一、首先来看第一个问题:绿氢是否是个必要存在的产物。

1、基于双碳背景下的政策方向面:

基于碳达峰、碳中和的双碳背景下,再从目前各地方政府、国家部委、全球各经济体出台的不同形式的政策条例来看,几乎都在对绿氢的脱碳作用给予厚望。(1.这里不再罗列全球各种政策作为佐证依据了,我这里收集的有很多很多,如有需求可索取;2.这里不讨论氢电之争,氢电在某些层面和不同维度上不存在竞争关系,甚至是终极电气化目标下的相互有益补充,相互共生。)
这里,我们也不再列举太多政策案例来说明绿氢是否是必要存在的产物,至少从意识形态上,全球主要国家已有这样的共识(是指绿氢在能源以及部分原料脱碳层面)。当然也有些群体会说,为什么一定要脱碳?好吧,这个问题我也回答不了也不想回答......。实际上,这个问题的本质是我们所谓的终极非化石能源的形态到底是什么?大自然可再生能源、核能、神秘的人造太阳......,如果这个问题没有确切答案,很多相关问题就不会有答案。

2、再生能源或清洁能源的存储和转换层面。

目前再生能源最直接的转换方式一般是电能以及光热等这些形式。二次储存这些能量的方式目前尽管有很多技术路线,但基本上大致可分为蓄能电池、机械储能(空压、蓄水、飞轮等)、热储能以及蓄水储能、氢储等。以以上各种路线的适用场景以及储能周期来看,截止目前技术状态能满足跨季储能也貌似只有氢储了。

小结:

从脱碳背景下的政策以及未来非化石能源的载体层面宏观来看,绿氢是已经有存在的必要性了。

二、再看第二个问题:绿氢必要存在的前提下,何时才能规模化?

讨论何时才能规模化的重点一是要看我们制、储、用环节是否打通;二是看消纳场景是否已经具备;三是再回到经济性问题。
  1. 制储存用环节

    1.1 绿氢的制取

    1)已经商业化的碱性电解水制氢,技术成熟可以批量规模化装机且技术层面还未到天花板。

    2)PEM制氢,已经在初步示范应用。进一步规模化的障碍在价格和贵金属的需求。

    3)AEM,研发或者接近商业化,已有小模块产品出现,需关注寿命问题。

    4)SOEC,研发阶段。

    5)光解水研发阶段,已有迭代技术方案出现。

    小结:目前已经具备绿氢的规模化制取能力,但是技术层面还是有很大的进步空间。

    1.2绿氢的储运层面

    1)高压气态20MPa目前已经是成熟应用,由于考虑运输的成本问题一般控制在250公里范围以内。40MPa以及更高压力的运输方式仍在开发和尝试中,有望继续降低运输成本。

    2)液态氢气运输。全球范围来看技术算是可以商业化的。国内今年也略有突破。一些相关的标准在制定和发布中,但目前运输相关的政策还没明确看到有放开的迹象。此种途径的未来还不算明朗。

    3)固态储氢。有在研发和小批量尝试应用。

    4)有机储氢。有在研发,实际层面的示范运营可以忽略。

    5)合成物储氢。常见的就是合成氨或者甲醇。合成技术基本算是成熟,尤其氨的裂解的技术问题还有待进一步解决。也有一些微型示范。

    6)管道输送。分为纯氢和掺混,目前技术方案还算完善,有部分项目在探讨性示范应用,目前看起来该方式推进的动作会偏快一些。

    1.3 加注或储运的压缩机环节。全球范围内看是成熟的,国内已经有部分企业。

    小结:从制储用的环节技术层面来看,目前氢气运输层面还是比较大的障碍,几乎很难突破250~300公里的运输半径。多数状况还属于就近消纳。

  2. 绿氢消纳途径

    2.1 原有氢气作为工业辅助气体使用场景的替代。

    目前这个路径基本是畅通的,但在半导体领域、新材料领域等整体需求不算大。无太多的促进作用。

    2.2 作为化工品合成的原料气体替代,如合成氨、甲醇等等。

    目前不考虑绿氢成本的前提下这部分消纳途径是畅通的。

    2.3 和天然气掺混进行发电或者一般燃烧。

    这部分根据不同的掺混比例,燃烧气体的体积热值会受到些影响。但整体上属于可使用范畴。

    2.4 交通领域的应用。

    目前整体氢燃料车辆国内累计保有量不足10000辆,目前对氢气的消纳量还是远远不足。

    2.5 氢储的储能调峰。

    目前由于氢燃料电池作为规模化的大型发电装置的集成仍在立项研发阶段,还未进入示范应用期,所以目前氢储发电对电网的调峰应用几乎未现。

    2.6 绿氢在冶钢领域的应用。

    目前有个别企业在示范应用,因为涉及工艺改造等费用投入。

  3. 绿氢的成本问题。

目前绿氢的主要成本是来自于度电费和电解槽以及运行时间,如下图所示:

绿氢该如何破局


根据图表来看基本上需要度电成本在0.2元以内,电解槽在1500~3000元/KW以内,且保持适当的运行时间才能和现状化石燃料来源的灰蓝氢对比才更具有经济性。这些基本条件在现状来看也都有不小的挑战。

综述:

通篇梳理下来,实际能看到的影响绿氢规模化的明显问题如下:
1.大距离的储运问题。成本和技术层面都较欠缺,直接导致终端使用价格的上升。
2.在替代原有的灰蓝氢应用消纳端还是有些乏力。这部分更多问题是原有设备改造成本和绿氢成本。
3.新增消纳手段(如燃料电池、储能、冶钢、管道掺氢等领域)还未成规模,且技术环节还有需示范确认事项。
4.最根本问题还是绿氢的成本,毕竟目前碳排等问题还未对企业造成实质的成本增加。
针对以上问题绿氢又该如何突破呢?
从国外的路径来看,政府层面基本上一是从绿氢制备设备以及绿氢价格进行补贴;二是体现其脱碳部分对应的价值;三拓展消纳渠道。企业层面基本就是如何通过技术性能提升降低电解槽本身成本以及电能消耗。我们国内目前针对绿氢的政策是相对滞后的,截止目前除了通过绿氢指标可以撬动一些其他再能生源、化工扩产等指标外,未见对绿氢环节的实际促进措施或专项政策!

原文始发于微信公众号(氢眼所见):绿氢该如何破局

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根据《中国氢能源及燃料电池产业白皮书(2020)》预测,2030年中国氢气需求量达3715万吨,2050年达9690万吨。有分析认为,电解水制氢将逐步作为中国氢能供应的主体,在氢能供给结构的占比将在2040、2050年分别达到45%、70%。 因此,在“双碳”背景下,电解水制氢项目成为了市场关注的热点话题。为促进行业信息流通,艾邦建有制氢产业交流群,聚焦氢气生产、碱水/PEM电解槽(隔膜、极板、催化剂、极框、密封垫片等)、PPS、质子交换膜、钛金属、镍网等产业链上下游,设备,材料,配件等配套资源,欢迎大家加入

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