绿氢的本质和意义.docx

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1、绿氢的本质和意义摘要:随着整个氢能产业链的逐步完善和整个路线的渐渐明朗清晰,越来越多的资本、企业、从业者甚至普通大众都开始关注氢气的发展和未来。氢气直接燃烧或通过燃料电池发电的产物为水,能够实现真正的零碳排放,对环境不造成任何污染,故而也被誉为终极能源。那么今天我们就简单的来聊一聊绿氢。近几年,美日韩等国均采取了较大的政策力度加码氢能源产业,并出台了相关经济路线规划。截止到2021年初,全球共有约20个国家和地区发布了氢能发展规划或路线图。我国对风电、光伏、新能源车的产业政策大获成功,度电成本平价、汽车制造弯道超车,成为全球最具竞争力的产业,成为了中国制造的名片,给我国进一步推动氢能赋予了信心

2、。因此,在全球氢能源产业资金跑步进场,国内新能源产业政策的逐步推进,成本不断下降的三种趋势下,政府开始密集出台促进氢能源产业发展的政策,并提出相应规划。1、氢气的来源在聊绿氢之前,我们先简单的科普一下氢气的分类及来源。根据中国氢能联盟发布的低碳氢、清洁氢与可再生氢的标准与评价,氢气一般分为低碳氢、清洁氢与可再生氢,俗称灰氢、蓝氢和绿氢。灰氢指的是通过化石燃料制取的氢,在制取过程中碳排放强度相对较大;蓝氢指的是利用化石燃料制取的氢,同时使用CCUS(碳捕捉、利用与封存)技术,碳排放强度相对较小;绿氢指的是利用风电、水电、太阳能等可再生能源,通过电解方式制取的氢,制取过程中完全没有碳排放。而氢气的

3、来源不外乎就是以下几种途径:1 .化石能源制氢或是化工副产。这个大概念下涵盖了几乎所有通过以碳基能源为原料进行各种裂解来获得氢气,无论“灰蓝”。这个路径的氢气来源比重会逐步调整,但大概率不会消失。一方面是由我们富煤、贫油、少气的能源结构决定的,再生能源会逐步提高比重,但不可能完整替代;另一方面是整个化工产业在未来或许会转变成不同的形态,但不会消失。2 .采用以水为原材料采用可再生能源的电解或者光解等方式,脱离碳基能源为原料,通过这一途径制备出的氢气一般统称为“绿氢”。3 .其他方式:例如生物质、废弃物制氢等方式。目前可再生能源制氢占比较小,化石能源制氢仍是氢气的主要来源。根据IRENA的测算,

4、全球仅有4%的氢气来自于电解水,其余均来自于化石能源。而在“富煤、贫油、少气”的能源结构下,目前国内煤制氢的占比超过60%,电解水制氢的比例不到2%。可再生能源制氢仍然任重而道远,未来的发展空间巨大。4 、绿氢的本质和意义从全球范围的政策以及各种研报以及前沿研究等等来看,绿氢逃不开以再生能源或清洁能源为能量来源进行水解获得氢气以及副产氧气,至于水解的能量和催化方式可以是多元化的组合。绿氢的基本面是基于再生能源的利用,忽略再生能源装备制造以及水解制氢设备生产的碳足迹,基于取之不尽用之不竭的再生能源转化成氢气这个过程是脱碳的,所以称之为绿氢。当然核能作为一种特殊的能源,用其来水解制氢,这种途径的来

5、源定义成绿氢也可勉强说的过去。生产成本是制约绿氢发展的最大因素,在其生产成本中占比最高的是电力和电解槽,占比分别约为50%和40%,所以降低电价和电解槽成本是我国实现绿氢工业化、规模化的两大核心环节。目前国产碱性电解槽价格在2000-3000元kW,假设工业用电价格为0.4元kWh,那么在现有条件下碱性电解水制氢成本为29.9元/kg。经过测算,当可再生能源电价降至0.16元kWh,碱性电解槽价格降至1000元kW时,碱性电解水制氢成本将降至11.64元kg,与蓝氢制备成本相当;当可再生能源电价降至013元kWh,碱性电解槽价格降至800元kW时,碱性电解水制氢成本将降至9.21元kg,与现阶

6、段的灰氢制备成本相当。所以这种上游原材料的平价前景一旦达成,便意味着氢能源的大规模产业化铺平了道路。绿氢的价值1 .以当下来看,基于接近零成本的电价(0.2元kWh以内)才可能和现有的灰蓝氢一较高下。如果仅以制备成本这种浅显和粗暴的对比,绿氢似乎没有未来,但是绿氢有另外一种意义,即不需要额外的碳排放,也意味着当真正全球交易市场追踪所有交易物品的碳足迹时,再额外的征收高额碳税,这个时候绿氢的价值就不是其他所能比拟的。2 .尽管当下碳排的追溯和结算体制还在摸索的过程中;也尽管这件事在全球范围内会不会有很多的约束力也是未知数,但低碳或者脱碳已成为全球主要国家的基本共识。3.在通过累积大容量装机堆出来

7、的再生能源无法在高峰出力阶段完整消纳的问题也需要一个出口,要想可再生能源装机量能被最大可能的利用背景下,跨季的储能尤为重要,至少当下除了“绿氢”还没看到更好的的载体,尽管再生能源一-氢气(或者氢的载体)一一电这个环节还有很多问题没有克服,但大体上的方向和趋势是清晰的。目前氢气在跨季节储能的示范和应用在欧洲已经有部分家庭或者社区的应用案例,采用蓄电池进行短储,采用氢气进行跨季储被证明是有效可行的方式,当然在这个阶段我们先忽略成本问题。绿氢的应用场景面的分析和说明,绿氢的应用,一是作为再生能源的载体;二是部分替代原有的灰蓝氢气作为一种珍贵工业原料,例如在化工加氢合成、半导体、钢铁冶炼、特殊燃料等行

8、业;当然也包括“氢健康”产业。总而言之,绿氢不仅可以部分替代原有的一些使用场景,更重要的是担当再生能源转换和存储的角色之大任。3、如何实现可再生能源资源的再分配?随着人类社会能源形式从柴薪到煤炭到油气,再到低碳可再生能源的演变,能源作为人类生存和发展的基石,向来都是全球各个区域体关注和争夺的主要物质,未来对相对无形的再生能源转化成的相对有形的能源体掌控也不会例外。再生能源和其他能源一样也存在地域分配不均的问题,所以针对如何转变再生能源成有形的物质,如何解决大距离、跨地域的转移运输也成了关注的重点。当下比较热的名词“液态阳光”和“氨能”也是这种原理,“液态阳光”的基本逻辑是采用绿氢和二氧化碳合成

9、绿色甲醇,然后可以把甲醇作为燃料、工业原料、或者重整成氢气以实现氢气远距离输送和便于存储之目的。“氨能”也被称为氢能2.0,其实也是基于绿氢的再加工,和“液态阳光”有异曲同工之妙。以上两种方式表面上看起来是在解决氢气的储运问题,也看起来比现有的高压气态、液氢、固体储氢(含配位储氢)等等有更高的储氢密度,但当下的转换效率以及成本仁者见仁智者见智。放在全球层面来看,实现绿氢跨区域的运输其更大意义在于实现了再生能源的再分配。这一点对于能源的利用和开发具有极大的意义。如果再生能源是未来的能源主体之一,各区域体对其的控制和争夺激烈程度和对我们已见的任何一种形式的能源争夺方式并无二般。4、储运氢的关键氢是

10、元素周期表的第一位元素,其质量小、体积小、密度低,因此化学性质很活跃,易泄露和爆炸,因而在储氢罐投入的设计成本很高。因此,相较于传统化石燃料,氢气在储运环节的劣势很大。按储运方式分,氢气储运可分为气态储运、液态储运及固态储运三种。气态储运成本较低、充放氢速度较快,但储氢密度和运输半径有限,一般适用于短途运输;中长距离大规模的运输考虑管道和液态储运,但相应的成本较高;固态储运则在潜艇等特殊领域有所应用。因此,只要是储运氢气,总会面临一个问题:如何在一定成本、一定容积下储运更多氢气?与之相对应的便是如何增加氢气的单位体积密度?但这一问题,并不是靠某个单一环节就能解决的,它需要一整套体系的匹配改善。

11、与电解水制氢类似,产业化程度的提高将有效降低氢气储运的成本,储运基础设施的建设与完善是未来氢能规模化发展的前提。而终端的用氢需求,加氢站是必不可少的中转环节。新能源的商业化应用必定是基础建设先行,随着氢燃料电池汽车应用规模的扩大,加氢站的市场需求也会逐渐提升,加氢基础建设会是未来中国新基建的重点内容。5、我国绿氢的规模化应用今年8月30日,中国石化宣布,我国规模最大的光伏发电直接制绿氢项目一一新疆库车绿氢示范项目全面建成投产,这标志着我国绿氢规模化工业应用实现零的突破,也被业界认为是我国绿氢产业发展的一个里程碑。新疆库车绿氢示范项目制氢厂。中国石化供图库车绿氢示范项目的建成投产,不仅首次贯通了光伏发电、绿电输送、绿电制氢、氢气储存、氢气输运和绿氢炼化全产业链,而且还形成了具有自主知识产权的大规模电解水制氢工艺与工程成套技术,将为绿电制绿氢产业发展提供可复制、可推广的示范案例。值得一提的是,库车绿氢示范项目所用的光伏组件、电解槽、储氢罐、输氢管线等重大设备及核心材料全部实现国产化,有效促进了我国氢能装备企业发展。结束语:当氢气不再是氢气,而是一种再生能源的载体,甚至是未来的主要能源形式之一,那其本身的属性也发生了质的变化,不能仅用当下的电价和电解槽设备等成本来衡量其价值,更多的或许是一种国际认可与能源消耗的关注与创新。

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