氫能源將是實現(xiàn)碳中和的重要途徑 氫能源發(fā)展可減排約7億噸二氧化碳

• 2021年3月27日 HuangJiang來源：互聯(lián)網(wǎng) 1279 83
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當前能源體系主要由電網(wǎng)、熱網(wǎng)、油氣管網(wǎng)共同構成，憑借燃料電池技術，氫能可以在不同能源網(wǎng)絡之間進行轉化，可同時將可再生能源與化石燃料轉化成電力和熱力，也可通過逆反應產(chǎn)生氫燃料替代化石燃料或進行能源存儲，從而實現(xiàn)不同能源網(wǎng)絡之間的協(xié)同優(yōu)化。

中國未來將實現(xiàn)“碳達峰”“碳中和”

中國目標爭取在2030年前實現(xiàn)“碳達峰”，2060年前實現(xiàn)“碳中和”?！疤歼_峰”和“碳中和”里的碳是指二氧化碳。過去的200年里，人類向大氣層排放了數(shù)萬億噸二氧化碳，如同給地球穿了個“棉襖”，讓地球無法散熱，溫度持續(xù)升高。

不少科學家認為，碳排放導致全球變暖，極端天氣事件增加，對生命系統(tǒng)形成威脅。在這一背景下，世界各國以全球協(xié)議的方式減排溫室氣體，我國由此提出“碳達峰”和“碳中和”目標?！疤歼_峰”是指在某一個時點，二氧化碳的排放不再增長，達到峰值，之后逐步回落;“碳中和”是指在一定時間內，通過植樹造林、節(jié)能減排等途徑，抵消自身所產(chǎn)生的二氧化碳排放量，實現(xiàn)二氧化碳“零排放”。

全球二氧化碳排放量在2018年達到了335億噸，其中96%由化石能源的使用產(chǎn)生。2018年全球碳排放的第一大來源是火力發(fā)電，占比42%，其次是交通行業(yè)，占比25%，工業(yè)占比23%，主要在冶煉、煉化等領域產(chǎn)生。由于煤炭資源豐富，火力發(fā)電是我國主要的發(fā)電方式，長期占據(jù)全國總發(fā)電量七成左右比例。要減少碳排放，首先要考慮如何減少火力發(fā)電的碳排放。因此清潔能源是唯一實現(xiàn)碳中和的途徑。

氫能發(fā)展助力碳中和實現(xiàn)

氫能被視為21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉矗祟悓淠艿膽米?00年前就產(chǎn)生了興趣，到20世紀70年代以來，世界上許多國家和地區(qū)就廣泛開展了氫能源研究。

發(fā)展氫能源，是優(yōu)化能源結構、保障國家能源安全的戰(zhàn)略選擇。氫能源被認為是最有前途的零污染能源。氫氣是一種良好的能源載體和化工原料，可通過燃料電池把化學能轉換為電能，具有來源豐富、零污染、熱值高、能量密度高的特點，能有效滿足汽車、航空航天等輕量化發(fā)展需求，減少石油資源依賴。在常見燃料中，氫的熱值(142KJ/g)約是汽油的3倍，乙醇的5倍。在儲能材料中，氫的質量能量密度約是鋰電池的100倍，LNG的3倍。

根據(jù)中研普華出版的《2021-2025年中國氫能源行業(yè)深度發(fā)展研究與“十四五”企業(yè)投資規(guī)劃報告》顯示：

氫能源是傳統(tǒng)能源和新能源的互聯(lián)媒介，有望成為未來能源消費的主體。氫能源是支撐未來能源清潔轉型的二次能源，也是實現(xiàn)電力、熱力、液體燃料等各種能源品種之間轉化的媒介。當前能源體系主要由電網(wǎng)、熱網(wǎng)、油氣管網(wǎng)共同構成，憑借燃料電池技術，氫能可以在不同能源網(wǎng)絡之間進行轉化，可同時將可再生能源與化石燃料轉化成電力和熱力，也可通過逆反應產(chǎn)生氫燃料替代化石燃料或進行能源存儲，從而實現(xiàn)不同能源網(wǎng)絡之間的協(xié)同優(yōu)化。

根據(jù)中國氫能聯(lián)盟的預計，到2030年，中國氫氣需求量將達到3500萬噸，在終端能源體系中占比5%。到2050年氫能將在中國終端能源體系中占比至少達到10%，氫氣需求量接近6000萬噸，可減排約7億噸二氧化碳，產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值約12萬億元。

山西氫能產(chǎn)業(yè)基金設立

山西省首支由政府引導基金發(fā)起設立的氫能產(chǎn)業(yè)基金近日在中國證券投資基金業(yè)協(xié)會完成備案。這支總規(guī)模10100萬元的基金將投向氫氣的制取、提純、運輸和存儲等氫能源全產(chǎn)業(yè)鏈。

作為一支專門針對氫能源及燃料電池相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基金，該基金的運作將大力推廣燃料電池重型貨車車輛應用，并結合長治市現(xiàn)有制氫產(chǎn)業(yè)基礎和裝備制造優(yōu)勢，建立健全氫能源產(chǎn)業(yè)鏈，帶動產(chǎn)業(yè)轉型升級和能源結構調整。

中國氫能源市場情況分析

1、中國氫能源產(chǎn)品市場發(fā)展分析

氫能在能源市場的多種應用場景將降低氫能的整體使用成本

目前市場對氫能使用存在一個明顯的誤區(qū)，即將氫能的應用范圍局限于傳統(tǒng)化工生產(chǎn)領域這一單一應用場景，由此而擔憂氫能基礎設施投入開銷巨大，且使用成本高昂。

事實上，氫能作為儲能介質能夠橫跨電力、供熱和燃料三個領域，促使能源供應端融合，提升能源使用效率，其應用模式可以抽象為以下三個方面：

1、電能到電能的轉換

電解制氫實現(xiàn)電能向氫能的轉化，必要時氫能可通過燃料電池再次轉化為電能。

2、電能到燃氣的轉換

電解制氫后，將氫氣直接混入天然氣管道，或者合成甲烷后混入天然氣管道;混合天然氣在終端作為燃料提供熱能。

3、電能到燃料的轉換

電解制氫后，氫氣作為燃料電池車的燃料，為汽車提供動力。

而氫能作為能源載體的具體應用模式涉及新能源制氫補充發(fā)電、燃料電池汽車、分布式發(fā)電等領域。

所以氫能的應用場景具有很強的多樣性，如未來能夠形成電力、供熱和燃料相互交叉的應用網(wǎng)絡，將大幅降低其使用成本。

圖表：氫能作為儲能介質能夠橫跨電力、供熱和燃料三個領域

資料來源：中研普華

應用一：傳統(tǒng)石油化工生產(chǎn)的原材料

中國目前年產(chǎn)氫氣中50%用于石油和煤化工領域，45%用于合成氨。所以中國對于氫氣的應用主要集中在石化生產(chǎn)領域，即氫氣的傳統(tǒng)使用領域。

在這些生產(chǎn)過程中，氫氣是直接參與反應的原材料。相對于傳統(tǒng)應用領域，氫能在新能源方面的應用份額很低，說明中國氫能經(jīng)濟的發(fā)展還處于萌芽階段。

圖表：氫氣的傳統(tǒng)應用領域

資料來源：中研普華

應用二：氫能可實現(xiàn)再生能源補充發(fā)電

近幾年，以德國為首的西歐國家正嘗試探索風電、太陽能電解制氫，并用天然氣管道輸送氫氣或氫氣制甲烷的氫能發(fā)展模式，即電轉氣(power togas，P2G)模式。

電轉氣(P2G)模式的第一步是利用風能和太陽能等可再生能源產(chǎn)生的電能電解水制取氫氣。

第二步是氫氣與二氧化碳反應制備甲烷，再通過天然氣管道與天然氣混合儲存運輸;或者直接將制得的氫氣與天然氣按一定比例混合后，再通過天然氣管道進行儲存運輸。

目前中國主要城市的天然氣管道建設已經(jīng)較為完備，具有發(fā)展電轉氣(P2G)的初步基礎。中國發(fā)展電轉氣(P2G)具有多重重大意義。

一是通過發(fā)展電轉氣(P2G)可實現(xiàn)可再生能源補充發(fā)電。目前風能和太陽能等可再生能源發(fā)電的難點在于發(fā)電的波動性。波動的可再生能源使發(fā)電高峰和用電高峰產(chǎn)生錯配，造成并網(wǎng)困難。

但如果波動的可再生能源先轉化成氫能儲存起來，在用電高峰時，再轉化為電能，就可實現(xiàn)可再生能源補充發(fā)電。

二是降低氫能的儲運成本。目前氫氣主要通過高壓壓縮和液化等方式儲存和運輸，儲運費用占氫氣售價的40%至70%。儲運費用過高成為阻礙氫能推廣的一個重要原因。

如果通過現(xiàn)有天然氣管道輸送氫氣，則輸送壓力較低，且能夠連續(xù)供氣，所以氫氣的儲運成本可以大幅降低。

三是電轉氣(P2G)的應用能夠提高可再生能源在中國能源消費中的占比，減少化石燃料的使用，有助于減少污染和碳排放。

應用三：以氫燃料電池為核心的分布式能源網(wǎng)絡可提高能源利用率

氫能不但能夠實現(xiàn)前文所述的并網(wǎng)發(fā)電，還因其儲運的機動性，可以依托氫燃料電池技術，建立分布式能源網(wǎng)絡，做到區(qū)域或城市電力、熱能和冷能的聯(lián)合供應。

燃料電池自身的能源轉化效率高，且分布式能源系統(tǒng)的能源輸送距離短，以氫燃料電池為核心的能源網(wǎng)絡的能源利用率明顯高于傳統(tǒng)能源網(wǎng)絡。

日本東京天然氣公司和松下公司聯(lián)合研發(fā)的家庭分布式能源系統(tǒng)Ene-Farm已經(jīng)在日本成功推廣。

該系統(tǒng)的燃料電池以天然氣管道輸送的氫氣為燃料，發(fā)電和用電地點相同，且發(fā)電產(chǎn)生的熱量也被用來供熱。整個系統(tǒng)的能源利用效率高達95%，而傳統(tǒng)天然氣發(fā)電加鍋爐供熱的能源效率僅有68.7%。

根據(jù)東京天然氣公司和松下公司公布的數(shù)據(jù)，Ene-Farm可以減少37%的一次能源使用量和49%的二氧化碳排放量。

應用四：燃料電池客車或成為中國氫燃料電池汽車發(fā)展的突破口

國外汽車生產(chǎn)廠商經(jīng)過多年技術積累，已經(jīng)為燃料電池車的商業(yè)化打下了良好基礎。配合靈活的銷售方案，包括美國、德國、丹麥、英國在內的國家的燃料電池汽車，正在從概念車逐步向商業(yè)化生產(chǎn)過渡。

目前豐田Mirai、現(xiàn)代iX35以及本田Clarity燃料電池汽車已實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)。

而燃料電池的研發(fā)和技術進步速度也在加快，預計未來2-3年內，會有多輛概念車型步入商業(yè)化。

而燃料電池客車因技術門檻相對較低、具有良好的宣傳推廣效應、以及加氫站布局存在優(yōu)勢的原因，有可能成為中國燃料電池汽車發(fā)展的突破口。

2、氫能研發(fā)情況分析

我國在氫能領域取得較大成績。意識形成了一支專業(yè)研究人隊伍，目前，包括中科院、高等院校在內的幾十個科研機構在氫能領域開展研究工作;而是在氫能領域形成了一大批具有自主知識產(chǎn)權的新技術、新材料和新工藝;三是多家單位聯(lián)合開發(fā)成功了燃料電池、公交車和燃料電池轎車。并進入演示階段。以上海神力、中科院大連化物所以及武漢理工大學為代表的研究團隊提出初步建立了車用燃料電池自主知識產(chǎn)權體系，積累了燃料電池在車用經(jīng)驗。

盡管如今國際社會對氫能特別是氫燃料電池車的研究持更加冷靜和務實的態(tài)度，但在氫能及燃料電池技術研發(fā)與示范方面的努力一刻也沒有停止。發(fā)達國家依然投入大量的人力物力開展研究，開發(fā)各種高效率、高可靠和低成本的新一代氫能利用新技術，以推動氫能及燃料電池的科技進步，促進其商業(yè)化進程。

3、氫能投資情況分析

2019年以來，氫能行業(yè)內投資事件呈現(xiàn)持續(xù)井噴的狀態(tài)。僅上半年，單個項目最大投資額度達到100億元級別，氫能產(chǎn)業(yè)總金額超過1000億元。對比2018年，2019年氫能產(chǎn)業(yè)投資金額和項目數(shù)量均有大幅提高。其中，廣東地區(qū)投資項目數(shù)量最多;浙江投資金額最大;國內五大氫能產(chǎn)業(yè)集群中，長三角與珠三角在投資項目數(shù)量與項目金額上保持了領先的態(tài)勢。

從全局來看，目前出臺的政策對于氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展還是十分有利的，未來投資重點主要在制氫和加氫站兩塊。比如，一些氫氣產(chǎn)能需要提純，才能達到燃料電池的使用要求。同時，加氫站的數(shù)量還不是很多，也需要推廣。此外，電堆等核心部件廠家也會成為投資對象。

國家發(fā)展改革委積極推進風電、光伏發(fā)電轉型發(fā)展，支持各類主體按照市場化原則投資建設儲能系統(tǒng)，統(tǒng)籌規(guī)劃氫能開發(fā)布局。目前，吉林、內蒙古、青海、四川、寧夏等省區(qū)也已計劃利用風電等可再生能源制氫。為氫能的投資奠定了基礎，促進我國的氫能行業(yè)發(fā)展。

欲了解更詳實的中國氫能源行業(yè)發(fā)展前景分析請點擊《2021-2025年中國氫能源行業(yè)深度發(fā)展研究與“十四五”企業(yè)投資規(guī)劃報告》

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