中国发鲍勃BOB体育展氢能产业的重要意义与基础条件(一)

来源:鲍勃BOB体育作者:鲍勃BOB体育 日期:2022/09/22 08:52 浏览:

鲍勃BOB体育一、前言

全球能源行业正在经历向低碳、无碳、低污染方向发展的第三次能源革命。随着全球能源需求的不断增加和全球电气化趋势的明显,未来可再生能源增速最大的电力能源结构将不断发生变化,进一步形成以石油、天然气、煤炭和能源为主的多元化能源结构。可再生能源。

氢能作为一种清洁、高效、安全、可持续的二次能源,可以通过一次能源、二次能源和工业领域获得,还可以广泛应用于工业、建筑、交通、电力等行业的重要载体未来构建以清洁能源为主的多元能源供应体系。氢能开发利用技术已成为新一轮世界能源技术变革的重要方向,也是未来汽车产业发展的战略制高点。能源将有利于加快我国能源生产和消费革命,对新时代能源转型发展具有重要意义。

鲍勃BOB体育2017年底,国际氢能委员会在麦肯锡公司的协助下,发布了全球首份氢能未来发展趋势调查报告。报告指出,到2050年,氢能产业将在全球创造3000万个就业岗位,减少6×109吨二氧化碳排放,创造2.5万亿美元的市场价值,氢能汽车将占20 %~25% 的全球汽车,并承担着全球 18% 的能源需求[1]。

中国氢能产业已进入产业化快车道。特别是2017年以来,在关键技术突破和产业规模增长方面取得了一定成果。多地率先出台扶持政策,实现小规模全产业链。应用示范,但随着产业规模和应用场景的增加,氢能基础设施(主要是加氢站)的供氢保障已成为制约整个行业可持续发展的重要因素。

二、我国发展氢能产业的意义和基本条件

鲍勃BOB体育(一)氢气是我国构建综合清洁能源供应体系的重要载体

在能源系统优化方面,氢能的多种生产方式和应用领域,打破了现有煤电等传统能源和可再生能源等清洁能源单一的能源转换模式,成为氢能的核心。现有的能源系统。交汇点和耦合中心是实现可再生能源规模化利用的重要载体,可实现多异质能源跨区域、跨季节的优化配置,形成可持续、高弹性、创新的多能源互补体系。

在提高能源安全方面,由于石油消费比重上升与自给不足之间的矛盾日益突出,我国石油对外依存度已达69.8% 2018 [2]。短缺和对外依存度高正成为制约我国可持续发展的瓶颈。氢能与燃料电池技术相结合,可实现氢燃料电池汽车的大规模应用,将有助于大大降低交通领域石油、天然气等能源的消耗。减少对石油等化石能源的对外依赖。

在提高能源效率方面,氢作为能源互联介质,可以回收工业副产氢和一次丰富的化石能源,并配合二氧化碳捕集与封存,实现就地低碳转化。将广泛应用于交通运输领域,替代焦炭用于冶金,将二氧化碳转化为含氧化合物和燃料,与天然气共烧并通过燃气轮机发电或工业供热,或利用储氢和燃料电池技术形成储能装置,通过调峰的方式增加电力系统的灵活性,弥补电力无法存储的问题,从而有效实现不同行业能源网络之间的协同优化。

在低碳清洁方面,氢能和燃料电池技术在排放方面具有无可比拟的优势。结合氢源“绿色”制备,可实现“低碳生产、零碳使用”,有利于实现终端能源消费深度脱碳。

(二)氢能已成为我国能源技术和新兴产业的重要战略方向

《中国制造2025》明确支持燃料电池汽车发展; 《国家创新驱动发展战略纲要》提出发展氢能、燃料电池等新一代能源技术; 《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》以氢能和燃料电池技术创新为重点任务,实现规模化、低成本制氢、储运、应用一体化,规范和在加氢站推广现场储氢和制氢模式,同时《国家战略性新兴产业发展“十三五”规划》也提出推动车载储氢系统和氢气发展制备、储存、运输和加氢技术,推进加氢站建设。到2020年,实现燃料电池汽车的量产。生产和规模化示范应用。

(三)我国氢能开发应用产业化蓄势待发

中国发展氢能的优势在于其良好的制氢基础和规模化的应用市场空间。我国现有工业制氢能力已达到2.5×107 t [3]。风、弃光、弃水的总功率约为1.0229×1011 kW·h。国内化工行业有部分副产氢无法回收利用,可提供大规模氢源。同时,中国拥有全球最大的汽车和新能源汽车市场。除了民用车,矿山和港口重型车、物流车、重型柴油车、轨道交通、船舶和岸电设施,甚至飞机,都是未来氢能创新应用的方向,中国已经拥有氢能规模化利用的氢气供应条件和市场空间。

近年来,中国在氢能关键技术方面取得了突破。初步掌握了氢能基础设施和燃料电池的开发和应用技术,具备工业装备和燃料电池汽车生产能力,并实现了小规模示范运营。氢能和燃料电池产业的大规模商业化运营奠定了坚实的基础。未来氢能的接受度和市场规模将主要取决于终端所用氢的价格、绿色和安全性。

三、中国氢能基础设施产业发展现状

(一)投资强度明显提升,加氢站数量增加

2017年以来,中国氢能产业呈现爆发式发展。现阶段中国应用市场主要以燃料电池客车和物流车为主。为满足整车应用示范,各地区开始大规模规划建设保障截至2019年3月,中国加氢站已达25座(含内部整流站2座),较2019年增加14座。与2017年(见图1)。加氢站中,固定加氢站11座,撬装加氢站14座。此外,已建成加氢站17座。加氢站分布主要集中在广东,江苏、上海、湖北、河北等地(见表1).

中国发鲍勃BOB体育展氢能产业的重要意义与基础条件(一)

图1中国加氢站建设情况(截至2019年3月)

表1中国加氢站分布(截至2019年3月)

中国发鲍勃BOB体育展氢能产业的重要意义与基础条件(一)

由于目前的车辆主要是小型燃料电池客车和厂内试验车,对于储氢容量较小的固定站和撬装一体化站,车辆的有序加氢和不优先加氢的应用时间情景下,其加氢能力基本可以满足现阶段的加氢预期。据测算,加氢能力在500公斤以上的加氢站有10个。

(二)关键技术不断突破,装备国产化加速

在制氢技术方面,我国已具备大规模煤制氢(制氢能力2×105 m3/h以上)、天然气制氢(制氢能力8×104 m3/h以上) h)、甲醇制氢(制氢8×104 m3/h工程技术集成能力和4×104 m3/h及以上制氢工程实际案例),掌握氢气液化关键技术。同时,碱性水电解装置单次制氢能力也可以达到1000~1200 m3/h,具备完全自主知识产权的装备制造和工艺集成能力。

在加氢站方面,我国已具备自主研发生产35兆帕加氢机的能力,并已完成70兆帕加氢机实验样机研制。关键部件进口可实现中流量压缩机的自主集成;同时拥有一台额定压力为87.5 MPa的压缩机试验样机。在固定储氢装置方面,我们拥有完全自主知识产权的45MPa、98MPa固定储氢容器的设计制造能力。其中,45兆帕储氢容器单次水量可达20立方米,使用寿命可达5万次。以上,98兆帕固定储氢容器的单水量可达1立方米。此外,少数公司有能力优化加氢站的系统控制算法和产品集成。目前加氢站氢气的一次性利用率可提高到70%~75%。

(三)地方政策陆续出台,区域骨干供应网络开始出现

全国14个省(市)实质性开展氢能产业布局和推广,分别是广东、山东、江苏、湖北、河北、山西、浙江、四川、北京、天津、吉林、辽宁、安徽和河南。上述地区大多出台了相关产业扶持政策,实施了一批燃料电池或整车产业,推进加氢站建设,积极开展示范运营。例如,产业政策较为完善的广东省佛山市于2018年6月发布了《关于加快新能源汽车产业创新发展的意见》,明确提出了氢电电价政策。电解水生产可享受冷库电价;佛山市南海区人民根据政府印发的《促进加氢站建设运营支持氢能源汽车运营办法》,加氢站最高补贴可达800万元,加氢站运营补贴最高可达20元/公斤。这些地方规划政策的出台,有利于国内区域氢供应网络建设,加快区域氢能产业生态培育。

四、国外氢能基础设施发展的启示

(一)日本

日本发布的《氢能/燃料电池战略发展路线图》对2014年起日本制氢、储运、加氢、氢能利用产业链各环节的发展目标和路径进行了详细指导到2040年。。在氢能基础设施方面,结合日本的能源禀赋,提出了在日本各阶段建设氢气生产和加氢站的目标。到2030年,日本的加氢站数量将达到1000个,成本将降至2亿日元。海外制氢运输 返日价格控制在30日元/m3以内。

截至 2018 年底,日本已建成 106 个加氢站,其中 80 多个对公众开放[4],其余则专门为公共汽车或车队客户提供服务。这些加氢站大部分耗资4亿元。约5亿日元。根据政府对氢能基础设施项目的补贴政策,补贴金额可以达到目前加氢站投资水平的一半左右。

(二)德国

截至2018年底,欧洲有152座加氢站投入运营[5],其中仅德国就有60座国外运营站,2018年德国投入运营17座,成为全球第二大加氢站。世界。拥有公共加氢站数量的国家[4],计划到2023年建成400座加氢站,覆盖德国60%的人口,到2030年达到1000座,覆盖全德人口。

德国政府于 2006 年启动了氢能和燃料电池技术国家创新计划(该计划到 2016 年支持总额达 14 亿欧元),于 2009 年启动了氢能供应基础设施研究,并在2011年底,为寻找可靠的商业推广模式中国能源发展战略,2015年2月,约27家企业联合发起成立H2M公司,由德国政府出资,开展国家加氢基础设施网络规划,氢加油站建设运营。建立覆盖全德国的429个加氢站组成的加氢网络。任一站与下一站距离不超过90公里,整个方案分为测试验证、实验推广、商业推广三个阶段。同时中国能源发展战略,对上市后竞争的融资、采购、运营和资产配置方案进行了详细规划。 H2M将继续在德国投资运营加氢站项目,直至加氢站业务盈利,H2M将停止投资。这些资产经评估后将由合作企业优先回购,再次形成市场主导的产业发展模式。

(三)美国

自2012年美国提出未来投资63亿美元用于氢能、燃料电池等清洁能源研发以来,DOE与美国高校和企业共同攻关氢能关键技术能源与燃料电池,并成立美国燃料电池与氢能联盟,于2013年启动H2USA计划,共同制定加氢站网络规划、融资计划、市场拓展等详细方案。地位。截至目前,美国已公开运营42座加氢站[4]中国能源发展战略,部分国内加氢站数量不详。

(四)韩国

2019年1月,韩国政府发布了《氢经济发展路线图》,以成为世界上氢经济水平最高的国家为目标,以2022年和2040年为时间节点,详细提出了全氢韩国能源产业链发展目标及实施路径。计划到2022年,全国氢气供应量达到4.7×105t/a,供应价格降至6000韩元/kg,建成310座加氢站;到2040年,氢气供应量将达到5.@ >26×106 t/a,成本降至3000韩元/kg,建成1200多个加氢站。同时,实现加氢基础设施核心装备技术的完全国产化,实现管网覆盖全国,促进氢气的规模化输送和配送。

根据氢气供应方式的不同,路线图将加氢站分为管道供氢、长管拖车供氢、电解制氢一体化三类。补贴支持,包括高达29亿韩元的建设补贴和高达2.2亿韩元的运营补贴。路线图进一步完善加氢站网络布局,鼓励加油站和天然气站向加氢混合站扩展,允许在限制区域的公交站点设置加氢站,促进安全相关的逐步减少。加氢站建设。距离。此外,韩国政府提出从标准化、法律、人才、国际合作、产业生态等方面全面提升公民氢安全意识和工业安全管理体系。

五、中国氢能基础设施产业面临的挑战

(一)缺乏系统的发展战略

在整个能源生产和消费体系中,氢能的定位尚不明确,这将制约其在能源革命中的作用,氢能和燃料电池产业的系统发展目标和实施路径尚未形成已制定。不利于现有产业要素效用最大化,不利于构建产业发展政策保障体系。

(二)加氢站数量和性能都比较落后

目前,中国的加氢站数量约占日本的四分之一,远远落后于德国和美国。我国加氢站大多属于现场试验站和撬装站。这些加氢站的特点是固定储氢容量或氢气压缩系统容量低。随机进入时间和短单次加注时间的商业需求,尤其是撬装站中国能源发展战略,单次加注时间完全取决于长管拖车的氢气压力和系统压缩性。在连续加油场景下,系统压缩能力会成比例下降,导致车辆单次加油时间变长。

(三)关键技术和成本亟待突破

虽然我国已经具备集成35兆帕加氢站关键技术和设备的能力,但关键指标与国产化仍有较大差距。在压缩机技术方面,全国产化45MPa压缩机在实际应用中流量小、故障率高。其关键零部件仍需在中国进口和组装。同时,国内还没有87兆帕压缩机的生产厂家。能力。在固定式储氢设备方面,国内储氢设备多为钢制内筒和钢带缠绕容器。目前,45兆帕固定储氢容器每立方米水量价格超过20万元,98兆帕固定储氢容器每立方米水量价格超过100万元。在加氢机技术方面,加氢枪依赖进口。国内70兆帕加氢机处于试验验证阶段,与国外商业运行的70兆帕加氢机各项指标存在较大差距。此外,目前氢基础设施的高压管道和阀门需要进口;加氢站的过程控制系统未来需要通过实际运行进一步验证和优化。

此外,我国在70兆帕压力等级、液氢加气站、氢气检测、管道氢气输送、加氢站项目投资和财务评估等方面仍缺乏相关标准和规范。这些标准尚未制定,与我国尚未完全掌握相关技术,缺乏验证数据有关。

(四)产业管理监督体系尚未建立

加氢站作为城市基础设施固定资产投资项目,按投资额度管理,大部分地区实行备案管理,备案权基本下放区县政府。项目论证期间,要完成环评、规划、安全评价、节能、土地、维稳等论证。以上项目仍需通过验收。由于各主管部门对加氢站的评价审批缺乏实际依据和案例,缺乏自上而下的技术论证和标准支撑,导致“审批难、审批慢”。此外,长期以来,制氢设备作为我国大型化工、电子、能源项目的配套设施,安全监管体系日趋成熟。但作为城市交通系统的氢气配送站,安全监管体系尚未建立,不利于行业高质量发展。发展。

(五)商业模式和可持续发展路径亟待探索

加氢过程的复杂性导致加氢站的投资和运营成本远超天然气站。一个日均加氢能力为600公斤的简易固定式加氢站,仅主要设备和土建投资就超过1000万元,静态总投资将达到1500万元甚至2000万元以上。图2预测了不同静态总投资条件下不同规模加氢站日氢销量和氢价差等三个关键投资参数对应的盈亏平衡线。 ,以一座600公斤加氢站为例,在满负荷运行的理想状态下,当静态投资为1250万元,加氢价与入门价差14.35元/kg,可以实现盈亏平衡,当静态投资达到2200万元时,需要将氢气售价与入门价的差价控制在19.25元/kg到实现盈亏平衡;当技术成本增加时,建设者投资1750万元建设400公斤加氢站。满载时,需要将售价与进场价的差价控制在24.35元,才能实现盈亏平衡。此外,目前市场对氢气的需求量较小,加氢站的设备和工艺还没有经过高负荷运行的稳定验证。未来加氢站的运营成本将高于理论预测值或当前实际经验值。

如果参考汽油车运营成本确定氢气销售价格,结合现有的氢气生产和运输价格,加氢站在没有补贴的情况下很难实现盈亏平衡。投资加氢站、外包氢、卖氢的单一模式将不可持续。协同制氢、氢储运、加氢等基础设施网络资源缺乏优化配置,将难以降低供氢成本,不利于整个氢能产业的发展。持续发展。

六、中国氢能基础设施产业的战略思考

(一)氢能基础设施产业发展目标与路径

未来30年,我国氢能基础设施产业将分为三个阶段。

第一阶段(目前至2025年):顶层路线清晰,产业政策基本健全,安全监管基本完善,市场竞争相对有序中国能源发展战略,商业模式不断创新,产业集聚加速,基本实现加氢关键设备技术国产化的产业发展趋势为产业的健康可持续发展奠定了基础。

现阶段,我国氢能的发展定位和战略目标已经完成,自上而下形成了较为完善的产业发展引导、审批管理和财税政策,国家氢能基于信息化的基础设施安全网络基本建成。系统。

在发展路线上,现阶段氢源将以城市周边丰富的工业副产氢、化工电子产业配套的小规模化石能源制氢为主,电解水为辅在少数地区;作业以20MPa高压气态为主,完善了45MPa以上压力储运技术和标准,并完成应用验证; 70兆帕加氢机、90兆帕平均流量超过200立方米/小时的压缩机、45兆帕平均流量超过800立方米/小时的压缩机等关键装备技术已基本国产化。

第二阶段(2025-2035年):形成产业政策健全、行业监管完善、市场竞争有序、商业模式成熟、加氢关键设备技术国产化的高效、安全、低成本的氢气供应网络。青年秀的产业发展态势为行业高质量可持续发展奠定了基础。

现阶段,产业政策和行业监管健全成熟,补贴和财税优惠政策开始回落,行业处于市场驱动的有序竞争和日益激烈的发展环境中。发展路线上,氢源将以煤制氢(部分支持碳捕集、利用和封存)、绿色电解水制氢等大规模集中供氢为主,工业副产氢为辅,并将充分挖掘已有的氢源市场,形成规模化的氢气运输格局,开始构建低成本、高效、安全的国家氢气供应网络;储运以45MPa以上高压气态为主,提高液氢储运技术和标准,发展液氢长距离运输和液氢加气站应用;国家加氢骨干网初具规模,商业运营加氢站达到1000多个。关键设备和技术完全国产化,处于全球领先水平。

第三阶段(2035-2050年):形成高效低碳的氢能供应网络,形成市场引领、价格调整、体制机制科学健全的高质量发展格局。在发展路线上,以可再生能源制氢(包括太阳能水分解制氢技术)为主,煤炭生产辅以碳捕集与封存。 Choose a "dark green" hydrogen supply scheme, and support a variety of hydrogen transport schemes including urban pipeline hydrogen transportation, and finally realize the integration of hydrogen supply network with industry, power, construction, and transportation industries to varying degrees; basically form a nationwide coverage There will be more than 10,000 hydrogen refueling stations in commercial operation, and key equipment and technologies will reach the world's leading level.

(二)Specific suggestions

1.Strengthen hydrogen energy industry strategic research

It is suggested to speed up the research on the incorporation of hydrogen energy into my country's energy system, promote hydrogen energy to become an important part of the national energy strategy, and formulate a detailed implementation roadmap for the development of the hydrogen energy industry. my country's green, low-carbon and cyclical development, promoting the energy revolution, and building a strong manufacturing country, scientifically analyze the technical route, timetable, and key tasks for the high-quality sustainable development of the industry. The deeply integrated safe, efficient, low-carbon cycle hydrogen energy supply network and application scenarios will closely combine the development of hydrogen energy with the major deployment of my country's construction of a modern economic system, and achieve a high starting point for the industry, high-quality implementation, and sustainable development. At the same time, research and establish a work plan for the establishment of a major national project on hydrogen energy and fuel cells.

2. Establish and improve industrial policy, safety supervision and technical standard system

Relevant ministries and commissions jointly study and issue guidelines for the development of the hydrogen energy industry, strengthen the mutual cooperation between competent authorities at all levels; introduce top-down management measures and technical demonstration plans for key approval matters such as safety evaluation, and establish hydrogen energy infrastructure projects "Safe and green" approval channel; speed up the improvement of China's hydrogen energy standard system, and further improve the relevant standards for the design, construction and acceptance of hydrogen energy infrastructure; refer to charging facilities, and issue guidelines for incorporating hydrogen refueling stations into urban construction planning as soon as possible; speed up the establishment of the first Tripartite testing; gradually establish and improve the industrial access and exit mechanism, the quality traceability system of hydrogen energy infrastructure equipment, the enterprise quality and safety evaluation system, and the responsibility extension system, which are linked with subsidy policies and financial support; explore the establishment of information-based hydrogen energy Safety supervision platform; classified guidance and steady progress to cancel the site selection of electrolyzed water hydrogen production station is restricted by chemical parks; strengthen hydrogen energy science popularization, build a good atmosphere for industrial development, and attract more social resources.

3. Establish a long-term mechanism for key technologies of hydrogen energy infrastructure and the autonomy of core equipment

Relying on key industry enterprises, scientific research institutions and universities, jointly set up platforms such as national engineering technology centers, national laboratories, and national manufacturing innovation centers, jointly carry out key technological breakthroughs in hydrogen energy infrastructure, and establish a hydrogen energy intellectual property sharing mechanism. Efficiently share idle and scattered intellectual property resources to maximize the value of resources; strengthen national and local key R&D plans to support the localization of key technologies and equipment for hydrogen energy infrastructure; support the establishment of independent innovation hydrogen energy industries in qualified regions Demonstration area, take advantage of existing advantages to speed up industrial agglomeration, lay out a number of major hydrogen energy demonstration projects with leading role; strengthen international exchanges, encourage the implementation of hydrogen energy international major scientific plans and major projects, and form an international cooperation mechanism.

4. Increase subsidy policies and financial support for the entire industry chain of hydrogen energy infrastructure

鲍勃BOB体育Accelerate the formulation of scientific decision-making basis for investment demonstrations such as benchmark income of projects in various links of the industrial chain, adhere to the parallel between market-led and policy-driven, strengthen macro-quality control, and gradually establish scientific and reasonable industrial subsidy policies and regression mechanisms; study hydrogen value-added tax Reduce to the same tax rate as natural gas, and enjoy the preferential policy of 50% VAT refund upon collection; include hydrogen refueling stations in the public infrastructure supported by the state, and enjoy the "three exemptions and three half" policies of corporate income tax; gradually eliminate electrolyzed water The basic electricity price for hydrogen production, explore the establishment of environmental protection and high-efficiency, especially ultra-low emission units, renewable energy projects, especially units that exceed the regional guaranteed utilization hours and grid parity, and explore the mechanism of direct electricity trading with hydrogen production enterprises; expand industrial investment and financing Channels, encourage the government financial platform and social capital to join the diversified investment system, support the establishment of special funds for the development of hydrogen energy infrastructure industry in various regions; support local governments to provide cutting-edge hydrogen energy facilities and equipment manufacturing, and take the lead in the storage, transportation and processing of national scientific and technological achievements. Hydrogen project financial incentives, risk compensation and financing discounts and other support.