被吹捧的“人類終極能源” 為何沒(méi)人提了

最近兩個(gè)月,被吹沉寂許久的人類氫能源行業(yè)有了新動(dòng)向。11月,終極國(guó)富氫能成為繼億華通和國(guó)鴻氫能之后第三家港股IPO成功的為何內(nèi)地氫能公司;12月,重塑能源也成功登陸港股,沒(méi)人發(fā)行規(guī)模達(dá)到約1億美元。被吹

自“十四五”以來(lái),人類從中央到地方圍繞氫能頻頻表態(tài),終極推出了一系列重要政策以推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)的為何發(fā)展。

被吹捧的“人類終極能源” 為何沒(méi)人提了

前有《“十四五”全國(guó)清潔生產(chǎn)推行方案》與“雙碳”目標(biāo),沒(méi)人后有《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃(2021-2035年)》,被吹諸多利好政策直接將氫能源捧到了“21世紀(jì)人類終極能源”的人類高度。

氫能源之所以受推崇,終極主要還是為何在于其零碳排放、熱值高、沒(méi)人安全性好的特點(diǎn)。首先,氫在燃燒、燃料電池電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中都不會(huì)生成化石能源使用過(guò)程中所產(chǎn)生的污染源和二氧化碳;

其次,它的高熱值也意味著相同質(zhì)量燃料消耗下,氫氣能夠提供更多的能量。

但與耳熟能詳?shù)?ldquo;新三樣”(指新能源汽車、鋰電池和光伏產(chǎn)品)相比,目前氫能源無(wú)論在產(chǎn)值和規(guī)模上都還有較大增長(zhǎng)空間。

據(jù)貝哲斯咨詢的調(diào)研數(shù)據(jù)指出,2024年全球制氫市場(chǎng)規(guī)模達(dá)1206億美元。其中,中國(guó)氫氣產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量三成、約達(dá)3500萬(wàn)噸,絕大部分用于國(guó)內(nèi)工業(yè)、電力等部門,出口量極少。

回溯歷史,從被捧為“21世紀(jì)人類終極能源”到如今全球綠色氫能源發(fā)展停滯不前,短短幾年間,氫能源的“信徒”越來(lái)越少,產(chǎn)業(yè)發(fā)展也逐漸顯出疲態(tài),其背后的原因是什么?

氫能源為何沒(méi)人提了?

就在上個(gè)月,將氫能源當(dāng)作企業(yè)增長(zhǎng)“第二曲線”的隆基綠能總裁李振國(guó)表示,隆基綠能正在優(yōu)化收縮綠氫業(yè)務(wù),需要靜下心來(lái)發(fā)展。這側(cè)面反映出國(guó)內(nèi)氫能源發(fā)展的尷尬現(xiàn)狀。

按照碳排放標(biāo)準(zhǔn)的不同,氫氣被分為灰氫、藍(lán)氫和綠氫。灰氫指通過(guò)煤炭、石油、天然氣等化石能源制成的氫氣;綠氫指通過(guò)可再生能源發(fā)電制成的氫氣;藍(lán)氫介于二者之間,屬混合制氫。

如前文所述,中國(guó)氫能源占全球總產(chǎn)量三成、約達(dá)3500萬(wàn)噸,但其中絕大部分均為碳排放較高的灰氫,綠氫產(chǎn)量每年僅為20萬(wàn)噸左右。據(jù)國(guó)信證券研報(bào)指出,國(guó)內(nèi)以煤制氫為主,占60%以上;國(guó)外市場(chǎng)以天然氣制氫為主,占比約為75%。

在“雙碳”背景下,以煤炭、天然氣為代表的灰氫,需要逐步轉(zhuǎn)向綠氫,這是氫能源邁入大發(fā)展的前提。

但關(guān)鍵問(wèn)題在于,綠氫成本過(guò)高,這也是隆基綠能選擇收縮的重要原因之一。從制氫成本看,李振國(guó)直言當(dāng)前綠氫的成本要比灰氫的成本高出2-3倍,如果將其用作儲(chǔ)能會(huì)更難。

雖然制綠氫有多條技術(shù)路線。但目前,堿性電解槽由于技術(shù)成熟、成本較低、單槽制氫量高,成為電解水制氫的最主要方式。根據(jù) IEA 統(tǒng)計(jì),到 2022 年底,堿性電解槽占全球裝機(jī)容量的 60%,其次是質(zhì)子交換膜電解槽,約占 30%,而固體氧化物電解槽目前占比不到 1%,離子交換膜電解槽則尚未投入實(shí)際應(yīng)用。

具體到價(jià)格細(xì)節(jié),氫輝能源董事長(zhǎng)李輝在接受中國(guó)能源報(bào)采訪時(shí)指出,“假設(shè)煤價(jià)為800元/噸,煤制氫成本約為11元/千克、焦?fàn)t氣制氫成本約為10元/千克—15元/千克;

假設(shè)電價(jià)為0.6元/千瓦時(shí),電解水制氫目前成本仍大于35元/千克。目前,電解水制氫電價(jià)成本占比約為60%—70%,不同技術(shù)路線制氫成本構(gòu)成稍有浮動(dòng)。”

不同制氫方式生產(chǎn)成本比較(單位:元/kg),圖源:東方證券

制約氫能源發(fā)展的不僅僅是成本問(wèn)題,從制氫效率來(lái)看也存在瓶頸。光伏專業(yè)研究人士侯兵向虎嗅ESG組表示,“用電解水制氫,根據(jù)熱力學(xué)第二定律,不是不能實(shí)現(xiàn),而是能耗成本過(guò)高。

效率只有45%,加之光伏發(fā)電年運(yùn)行小時(shí)數(shù)只有2300小時(shí),所以綠氫很難形成再生循環(huán)能力。另外,氫能運(yùn)輸能耗是天然氣的8倍。所以用氫能作為儲(chǔ)能的話,仍然任重而道遠(yuǎn)。”

在剛舉辦不久的cop29國(guó)際會(huì)議上,全球綠氫2030的目標(biāo)量被提高了3倍,在100萬(wàn)噸左右,而灰氫則是9600萬(wàn)噸,只是逐步替代了少量的灰氫,而整個(gè)能源存儲(chǔ)的目標(biāo)則是6倍。因此,綠氫發(fā)展要比預(yù)想的緩慢得多。

侯兵繼續(xù)指出:“相關(guān)數(shù)據(jù)顯示,中國(guó)當(dāng)前裝機(jī)招標(biāo)為1-1.5gw每年,而當(dāng)前電解槽的產(chǎn)能超過(guò)了20gw。”這意味著當(dāng)前氫能源產(chǎn)業(yè)已經(jīng)存在一定的產(chǎn)能過(guò)?,F(xiàn)象。

既沒(méi)有性價(jià)比,也沒(méi)有經(jīng)濟(jì)性,更沒(méi)有形成完整的商業(yè)邏輯,成了制約氫能源發(fā)展的主要原因。

全球氫能源發(fā)展,走到哪一步了?

過(guò)去幾年來(lái),全球主要國(guó)家均開始高度重視氫能源的發(fā)展,日本、美國(guó)、歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家已將氫能源的發(fā)展上升到了國(guó)家能源戰(zhàn)略高度。

日本是其中的典型。據(jù)社科院世經(jīng)政所指出,日本的一次能源供給94%來(lái)自海外,原油的消費(fèi)98%集中在汽車燃油領(lǐng)域,這些原油87%來(lái)自中東地區(qū)。為了減輕對(duì)外部能源的依賴,日本一直把提高能源效率作為重要的手段。

因此,早在2017年日本就發(fā)布了“氫能基本戰(zhàn)略”,并提出了“氫能社會(huì)”的概念,涵蓋了制氫、儲(chǔ)氫和氫能利用及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等氫能全產(chǎn)業(yè)鏈。

2019年10月,全球最大的制氫氣工廠——日本福島氫能源研究站完成建設(shè)進(jìn)入運(yùn)行階段,該制氫工廠通過(guò)1萬(wàn)kW的制氫裝置來(lái)制造、儲(chǔ)藏和供應(yīng)最大900噸的氫。驅(qū)動(dòng)巨大制氫裝置的能源來(lái)自毗鄰的光伏發(fā)電設(shè)備和風(fēng)能等可再生能源。

2020年12月,《2050年碳中和綠色增長(zhǎng)戰(zhàn)略》由日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省正式發(fā)布,該戰(zhàn)略再次強(qiáng)調(diào)了氫能產(chǎn)業(yè)對(duì)于日本能源供應(yīng)端清潔低碳化的重要性,支持規(guī)模約2.33萬(wàn)億美元,并指出預(yù)計(jì)到2030年進(jìn)口氫氣300萬(wàn)噸、成本下降至20日元/立方米,2050年氫氣供應(yīng)量達(dá)到2 000萬(wàn)噸。

但好景不長(zhǎng),2023年日本自然能源財(cái)團(tuán)發(fā)布了一份報(bào)告《Re-examining Japan?s Hydrogen Strategy》(以下簡(jiǎn)稱“報(bào)告”),對(duì)日本的氫能發(fā)展戰(zhàn)略進(jìn)行了反思。報(bào)告認(rèn)為,日本氫能戰(zhàn)略優(yōu)先考慮化石燃料衍生的灰色和藍(lán)色氫氣,忽略了綠色氫,并且忽視了可再生能源的發(fā)展。

據(jù)《日本經(jīng)濟(jì)新聞》報(bào)道,2023年日本氫價(jià)較2030年目標(biāo)價(jià)格高出1/3,約為化石燃料價(jià)格的12倍。氫能供應(yīng)量?jī)H為每年200萬(wàn)噸,其中超過(guò)一半被用于煉油。日本雖大力布局氫能產(chǎn)業(yè),但收效甚微。

中國(guó)工程院院士干勇在接受媒體采訪時(shí)表示,“報(bào)告的反思比較中肯。日本氫能戰(zhàn)略發(fā)展受阻是多方面因素綜合的結(jié)果,綠氫發(fā)展滯后是重要因素,還有其他的阻力也不能忽視。”

細(xì)究來(lái)看,報(bào)告反思日本氫能戰(zhàn)略主要有兩大問(wèn)題,一是應(yīng)用場(chǎng)景;二是重視灰氫、藍(lán)氫,而綠氫生產(chǎn)滯后。

在應(yīng)用場(chǎng)景上,報(bào)告指出在缺乏零碳手段的領(lǐng)域應(yīng)該優(yōu)先采用氫能,可以采用其他高效和經(jīng)濟(jì)方法減少碳排放的領(lǐng)域則不應(yīng)該采用氫能。例如,可直接使用再生能源的領(lǐng)域或者熱泵,這些領(lǐng)域都不應(yīng)該采用氫能。

對(duì)于日本而言,氫能源一大重要使用場(chǎng)景是氫能源汽車。日本對(duì)氫燃料電池車的系統(tǒng)性探索始于2008年前后,并在2013年通過(guò)《日本再?gòu)?fù)興戰(zhàn)略》確立了氫能源車的地位。后續(xù)日本持續(xù)頒布相關(guān)政策,一度將氫能源車視作燃油車唯一替代方案。

但“成本”依舊是最大的問(wèn)題,氫能源車不僅買車貴,用車也貴。國(guó)際領(lǐng)先的豐田Mirai價(jià)格在70萬(wàn)元以上,國(guó)內(nèi)技術(shù)相對(duì)領(lǐng)先的氫能源車型如深藍(lán)SL03價(jià)格也在70萬(wàn)元左右。

從使用成本來(lái)看,1公斤氫氣的價(jià)格約為1100日元(約合8美元),豐田Mirai一次加滿氫需要約6000日元(約合44美元),續(xù)航約650公里,合0.06美元/公里。而電車每公里充電成本僅為0.02美元。

此外,氫能源車還面臨加氫站數(shù)量有限、燃料電池維護(hù)費(fèi)用高等問(wèn)題。這還是在日本大力補(bǔ)貼推廣氫能源的前提下,若換到國(guó)內(nèi),氫能源車的使用成本只會(huì)更高。

日本雖然只是氫能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的一個(gè)縮影,但極具代表性。在全球范圍來(lái)看,“成本過(guò)高”幾乎成了各國(guó)氫能源發(fā)展的通病,環(huán)球同此涼熱。

“中東已經(jīng)不再大力發(fā)展綠氫,歐洲多家企業(yè)退出綠氫市場(chǎng),美國(guó)的綠氫已然受到極大的負(fù)面影響,在這樣的情況下,短期內(nèi)綠氫發(fā)展的確不容樂(lè)觀,”侯兵說(shuō)道。

保持一些耐心

短暫的產(chǎn)業(yè)發(fā)展困境并不意味著長(zhǎng)期看衰。

隆基綠能總裁李振國(guó)在接受媒體專訪時(shí)表示,氫能長(zhǎng)期發(fā)展的主邏輯并未改變,綠氫會(huì)在未來(lái)能源體系里面扮演不可或缺的角色。

國(guó)信證券研報(bào)也指出,未來(lái)在多因素的推動(dòng)下,綠氫成本有望快速下行。

電解槽關(guān)鍵參數(shù)發(fā)展方向,圖源:國(guó)信證券研報(bào)

設(shè)備方面,目前國(guó)內(nèi)已有 2500Nm?/h 堿性電解槽產(chǎn)品發(fā)布,隨著電解槽設(shè)備大型化以及設(shè)備生產(chǎn)規(guī)?;?,設(shè)備單位投資額有望下降,帶動(dòng)整體制氫成本下降;

技術(shù)方面,目前已有企業(yè)發(fā)布 3.87kWh/Nm?直流電耗的堿性電解槽產(chǎn)品,降低直流電耗帶動(dòng)制氫成本下降仍存在一定空間,且當(dāng)電解槽工作時(shí)長(zhǎng)從 2000 小時(shí)提升至 4000 小時(shí)后氫氣成本有望降低4.6%;

電價(jià)方面,當(dāng)可再生能源電價(jià)降至 0.2 元/kWh 時(shí),電解水制氫成本將接近于化石原來(lái)制氫成本。

需要點(diǎn)出的是,相比起其他國(guó)家中國(guó)在氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面有獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)。

目前,中國(guó)已基本形成較為完整的氫能產(chǎn)業(yè)鏈,初步掌握氫能制、儲(chǔ)、輸、運(yùn)、用(燃料電池和系統(tǒng)集成等)主要技術(shù)和生產(chǎn)工藝。

在制氫方面,目前中國(guó)是全球氫氣生產(chǎn)第一大國(guó),也是電解制氫項(xiàng)目部署的主導(dǎo)力量,截至2023年底累計(jì)規(guī)劃綠氫項(xiàng)目產(chǎn)能合計(jì)已超過(guò)650萬(wàn)噸/年,電解槽裝機(jī)容量占到全球一半。輸運(yùn)氫方面,中國(guó)建成加氫站超480座,新增加氫站、在運(yùn)加氫站兩項(xiàng)指標(biāo)均居世界第一。

但在先進(jìn)電解制氫技術(shù)方面,中國(guó)卻處于落后地位。據(jù)中國(guó)科學(xué)院文獻(xiàn)情報(bào)中心指出,中國(guó)電解制氫裝機(jī)規(guī)模雖已超過(guò)全球半數(shù),但對(duì)風(fēng)、光等波動(dòng)性能源適應(yīng)性較差,發(fā)展風(fēng)光耦合電解制氫還需開發(fā)運(yùn)行更靈活的質(zhì)子交換膜電解制氫技術(shù)。

目前,該技術(shù)在中國(guó)尚處于商業(yè)化初期,在技術(shù)成熟度、裝置規(guī)模、性能和可靠性等方面均落后于國(guó)外,單槽產(chǎn)氫量最大在400標(biāo)方/小時(shí),而國(guó)外廠家如康明斯已推出1000標(biāo)方/小時(shí)產(chǎn)品;核心部件如全氟磺酸質(zhì)子交換膜制備工藝復(fù)雜,長(zhǎng)期被美日企業(yè)壟斷。

此外,在氫能儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)工藝與燃料電池核心部件材料工藝方面,中國(guó)也與當(dāng)今世界頂尖技術(shù)存在一定差距,這是需要正視且攻克的難題。

2023年,國(guó)際能源署(IEA)和歐洲專利局(EPO)曾聯(lián)合發(fā)布了《氫能源技術(shù)創(chuàng)新與專利趨勢(shì)報(bào)告》,報(bào)告全面分析了全球氫能源技術(shù)領(lǐng)域的專利分布和發(fā)展趨勢(shì)。

報(bào)告數(shù)據(jù)顯示,歐盟國(guó)家是氫專利的全球領(lǐng)導(dǎo)者,在2011-2020年期間新增專利占比達(dá)到28%,其中德國(guó)和法國(guó)表現(xiàn)出眾,分別占比11%和6%;日本在2011-2020年間的專利占比高達(dá)24%;美國(guó)表現(xiàn)依然強(qiáng)勢(shì),十年間氫能專利占比達(dá)到20%;相比之下,中國(guó)的國(guó)際專利申請(qǐng)數(shù)量在這十年間雖然不多,但處于快速增長(zhǎng)狀態(tài),平均年增長(zhǎng)率達(dá)到為15.2%。

國(guó)際專利分布情況,圖源:IEA

雖然在技術(shù)專利上存在一定差距,但隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和政策的持續(xù)推動(dòng),有理由相信中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)有望實(shí)現(xiàn)快速增長(zhǎng),并在全球氫能市場(chǎng)中占據(jù)重要地位。

回想曾經(jīng)的光伏、新能源汽車,多個(gè)新興產(chǎn)業(yè)都在中國(guó)經(jīng)歷了從無(wú)到有,再到全球領(lǐng)先的歷程,氫能源產(chǎn)業(yè)也理應(yīng)如此,雖然目前正在經(jīng)歷著短暫陣痛期,但在全球追求“雙碳”的大背景下,值得業(yè)界和投資者高度關(guān)注。

綜合
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