1、“氫能時代”大幕拉開
1.1 氫能是第三次能源變革的重要媒介
全球能源行業正經歷著以低碳化、無碳化、低污染為方向的第三次能源變革,隨著全球能源需求不斷增加,全球電氣化趨勢明顯,未來以可再生能源增長幅度最大的 電力能源結構將持續變化,進一步形成以石油、天然氣、煤炭、可再生能源為主的多元化能源結構。
氫能作為一種清潔、高效、安全、可持續的二次能源,可通過一次能源、二次能源及工業領域等多種途徑獲取,氫能將成為第三次能源變革的重要媒介。氫能可以用 于交通運輸,作為石油精煉、氨生產的原料,以及金屬精煉和住宅部門的加熱和烹飪 等方方面面。而且,氫氣有潛力成為整合不同基礎設施的能源載體,以提高經濟效率、 可靠性、靈活性,而且其中許多用途將有助于減少電力和交通部門的碳排放。氫還可 以為電力部門提供大規模的長期能量存儲。此外,氫能源存儲系統可以提供輔助電網 服務,如應急、負荷跟蹤和調節儲備,這些服務可以提供額外的能量來源,從而降低 電解制氫的成本。氫還可以成為 VRE 和交通部門之間的另一座橋梁。
1.2 投資總結:“政策扶持”&“技術進步”雙引擎驅動氫能產業發展
2019 年氫能源首次寫入《政府工作報告》,將氫能納入中國能源體系之中,我國 真正開啟氫能大發展元年,按照白皮書路線規劃,預計到 2050 年氫能在中國能源體 系中的占比約為 10%,氫氣需求量接近 6000 萬噸,年經濟產值超過 10 萬億元,全 國加氫站達到 10000 座以上,燃料電池汽車年產量達到 520 萬輛。
氫能產業鏈分為制氫、儲運、加氫站、氫燃料電池應用等多個環節。與鋰電池產 業鏈相比,氫能源與燃料電池產業鏈更長,復雜度更高,理論經濟價值含量更大。從 氫能實際應用來看,氫燃料電池汽車是氫能高效利用的最有效途徑,當前氫能產業鏈 已初具雛形,且燃料電池系統性能已滿足商業化需求,但燃料電池汽車的大規模商業 化應用依然受經濟性及實用性制約。因此,產業發展初期的政策扶持顯得尤為重要, 政策扶持下產業進入規?;?降本-開拓市場的良性內循環,此外,持續的技術進步也 將反哺解決各環節核心技術的成本制約,進一步提升商業化競爭力。
從經濟性及技術進步角度來看,各環節都將分階段發展滿足商業化需求:
制氫產業:短期優先選用工業副產氫,中期采用化石能源制氫結合碳捕捉技術, 長期采用可再生能源電解水制氫;
氫能儲運:將按照“低壓到高壓”“氣態到多相態”的技術發展方向,逐步提升氫氣 的儲存和運輸能力;
燃料電池系統:將持續圍繞功率、性能、壽命、成本四大要素而發展。具體應用 集中在交通領域,從商用車切入、乘用車跟進。
2、 氫能是中國構建多元化能源體系關鍵一環
2.1 氫能開發利用是能源清潔化的大勢所趨
氫能大儲量、零污染、高效率
氫(H)是宇宙儲量最豐富的元素,它構成了宇宙質量的 75%,在地球上排第三, 大儲量保證其作為能源供給的充足性。氫元素主要以水的形式存在,原料非常容易獲 取。此外,氫氣的供能方式主要是和氧氣反應生成水釋放化學能,其產物除了水無其 他中間產物,整個供能過程無浪費、零污染。
氫能源生產和使用形成可循環閉環,實現可持續發展
1970 年通用汽車首次提出“氫經濟”的概念。近年來,隨著燃料電池的迅速發展, 氫能作為最適宜的燃料也隨之進入一個高速發展階段。氫能來自于水用,使用后的產 物仍為水,由此形成一個可循環閉環系統,具有可持續性。
氫氣比能量高,易于實現輕量化和高續航
氫氣是常見燃料中熱值最高的(142KJ/g),約是石油的 3 倍,煤炭的 4.5 倍。 這 意味著消耗相同質量的石油、煤炭和氫氣,氫氣所提供的能量最大,這一特性是滿足 汽車、航空航天等實現輕量化的重要因素之一。
現階段來看,氫氣作為能量載體的最大競爭對手是鋰電池。目前電池市場發展已 經很成熟,然而氫能具備電池所不能比擬的優勢,氫氣的比能量遠遠超過電池,并且 沒有工作溫度限制(電池工作溫度范圍在-20℃~60℃)。
2.2 能源短缺和環境惡化,加速推動全球氫能開發
脫碳加氫和清潔高效是百年來能源科技進步的趨勢
縱觀能源的發展歷史,從最初使用固態的木柴、煤炭,到液態的石油,直至氣態 的天然氣,不難看出其 H/C 比提高的趨勢和固-液-氣形式的漸變過程。木柴的氫碳比 在 1:3~10 之間,煤為 1:1,石油為 2:1,天然氣為 4:1。在 18 世紀中葉至今,氫碳 比上升超過 6 倍。每一次能源的“脫碳”都會推動人類社會的進步和文明程度的提高, 可以預見未來能源利用形式中,氫能的占比將會繼續提高。
氫雖然主要用作化工基礎原料,但在能源轉型過程中,其更重要的是作為一種清 潔能源和良好的能源載體,具有清潔高效、可儲能、可運輸、應用場景豐富等特點。 氫能能夠幫助工業、建筑、交通等主要終端應用領域實現低碳化,包括作為燃料電池 汽車應用于交通運輸領域,作為儲能介質支持大規??稍偕茉吹恼虾桶l電,應用 于分布式發電或熱電聯產為建筑提供電和熱,為工業領域直接提供清潔的能源等。
目前全球用氫量約 1.15 億噸,其中約 61%用于煉油和生產化肥等,39%用于生 產甲醇和其他化學品以及燃料等。預計 2050 年氫能將承擔全球 18%的能源需求,氫 能產業將創造 3000 萬個工作崗位,減少 60 億噸 CO2排放,創造 2.5 萬億美元的市 場價值。日本、美國、歐洲等主要工業國家均將氫能列入國家能源發展戰略,氫能產 業的發展已初具規模,但發展重點有所不同。
日本政府大力推進氫能全產業鏈發展,致力實現“氫能社會”
為解決過度依賴進口化石能源、核電重啟困難以及國內可再生能源稟賦一般等問 題,日本政府高度重視氫能產業的發展。日本經濟產業?。∕ETI)2019 年提出了《氫 能與燃料電池戰略路線圖》,其目標是:第一階段創造需求,到 2025 年加速推廣和 普及氫能交通、民用市場;第二階段解決供應問題,到 2030 年實現氫燃料發電和通 過擴大氫能進口解決大規模供給;到 2040 年,建立起零碳排放的供氫體系,使氫加 入傳統的“電、熱”系統構建全新的二次能源結構。截至 2018 年底,日本建有加氫站 113 座,氫燃料車 2839 輛,家用氫燃料電池 22 萬臺。