鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：799次 | 2019年05月23日
氫能應(yīng)用前景好嗎
5月21日，由中國電池聯(lián)盟、中國電子節(jié)能技術(shù)協(xié)會(huì)電池專委會(huì)和中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)氫能及燃料電池分會(huì)(籌)聯(lián)合舉辦的“2019新型制氫技術(shù)與加氫站建設(shè)高峰論壇”在蘇州隆重召開，發(fā)改委能源所可再生能源發(fā)展中心研究員劉堅(jiān)作了題目為“氫能應(yīng)用前景及加氫站經(jīng)濟(jì)性”的演講。以下為劉堅(jiān)演講全文：
我們之前所做的一些氫能源方面的研究，最近做新能源汽車比較多，氫能和燃料電池汽車大家關(guān)注，我們也做了相關(guān)的課題，也是有了自己的看法。
昨天大家討論比較多的是加氫站的內(nèi)容，這塊我不是內(nèi)涵，我們所知道的一些情況和信息跟大家做分享。今天分兩大塊：氫能現(xiàn)狀，市場(chǎng)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)以及未來應(yīng)用前景，包括交通其他的場(chǎng)景，氫能到底未來在幾十年之內(nèi)，在中國發(fā)展的一個(gè)情況。然后后面一塊更多的是加氫站，一方面是經(jīng)濟(jì)問題，一個(gè)是政策，政府不明朗，更多的是障礙。
這個(gè)大家也是比較清楚的，目前氫能在中國是非常大的產(chǎn)業(yè)，每年的氫氣產(chǎn)量超過2000萬噸，如果我們將總的產(chǎn)業(yè)分成生產(chǎn)和消費(fèi)兩部分來看，基本上生產(chǎn)的話依賴于煤制氫和天然氣制氫以及工業(yè)副產(chǎn)氫，副產(chǎn)氫更來自于焦?fàn)t煤氣和氯堿等。消費(fèi)的話，主要是在工業(yè)領(lǐng)域的原料，作為一些化工原料的基礎(chǔ)原料，還有就是作為一些工業(yè)過程中的氫氣消費(fèi)，總體上作為能源的方式來說比較少，占比比較低。雖然中國的氫工業(yè)有很大的基礎(chǔ)，規(guī)模也很大。但是基本上像以化石能源制氫為主的，還是非常小的一種消費(fèi)的。所以我們希望清潔能源制氫，燃料電池的方式來講還是有較大的距離。
為什么發(fā)展氫能？二次能源的影響取決于一次能源的結(jié)構(gòu)。比如說這幅基于國內(nèi)的地緣結(jié)構(gòu)來講，其實(shí)就是電動(dòng)汽車相關(guān)的差別，2017年電源結(jié)構(gòu)來看，純電動(dòng)汽車實(shí)現(xiàn)比新能源汽車排行更低的情況，如果是邊緣結(jié)構(gòu)進(jìn)步和改善的話，比如說右邊這張圖煤電占比20%，那就有很大的變化，純電動(dòng)當(dāng)然就是排放更低，燃料電池一個(gè)是電解水，可再生能源的效率損失，對(duì)于電解水的效率損失來講，環(huán)境影響來說小一些，它可能比混合動(dòng)力的排放更小，但是相對(duì)閉純電動(dòng)汽車，可能既是新能源占比得到的情況下，還是小。但是純電動(dòng)了汽車跟充了上游的電力供應(yīng)是一體化的，所以動(dòng)力差一些。制氫就是把生產(chǎn)和消費(fèi)的時(shí)間增多了，但是未來新能源融合的前景更高一些，所以有這樣的一個(gè)趨勢(shì)。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
這張圖是新能源汽車發(fā)展的態(tài)勢(shì)，雖然燃料汽車有它性能方面的優(yōu)勢(shì)、續(xù)航的優(yōu)勢(shì)，也有一定的潛力。但是目前燃料電池的發(fā)展滯后于電動(dòng)汽車。去年燃料電池汽車銷售不到2000輛，最主要的是供給的問題。最主要的是電池，采用美國能源部（DoE）的數(shù)據(jù)來看，目前燃料電池的成本比較貴的，雖然成本很貴，但是成本上升空間還是比較高的，像鋰電池它比較受限于原材料稀有金屬的成本，可能未來是滯后于鋰電池的關(guān)鍵因素，但是燃料電池除了鉑以外，其實(shí)太多的原料限制以及工藝成本的限制，量產(chǎn)以后空間還是很大的。假設(shè)燃料電池的成本按照美國能源部來講，假設(shè)是30美元/千瓦，那未來同樣是美國能源部的鋰離子電池是70美元/千瓦時(shí)，以60Kw/1H系統(tǒng)做對(duì)比，目前鋰離子電池7萬元，燃料電池30萬元，目前鋰離子是有優(yōu)勢(shì)的，但是都在極限的情況下，鋰離子電池2.5萬，燃料電池1萬元。從投資的角度來說，燃料電池比鋰離子電池來得有發(fā)展的空間。
另外一個(gè)技術(shù)點(diǎn)，就是運(yùn)營成本，更多的是來自于燃料，就相當(dāng)于氫能的話，是分幾個(gè)環(huán)節(jié)，制氫、儲(chǔ)運(yùn)和加注，制氫來講，目前成本比較低的就是氫能源制氫和工商業(yè)電制氫，基本上成本在10塊錢每公斤的成本。這幾種方式可能離我們的車用戶來說比較遠(yuǎn)，所以我們往往需要儲(chǔ)運(yùn)的方式，以及加注和最終的成本是40—50塊錢公斤。這部分的成本對(duì)比汽柴油的成本，已經(jīng)有一定的競(jìng)爭(zhēng)力了，但是比起電力來講的話，同樣是百公里，能源的成本來講，電力的成本是明顯低的，是10塊錢出頭的水平。所以從能源燃料的角度來講，燃料電池汽車可能還是存在較大的需要提升的環(huán)境。
除了車用以外，近段時(shí)間對(duì)其他幾個(gè)方面，氫能的應(yīng)用也做了大體的判斷。首先是我們的儲(chǔ)能，儲(chǔ)能我們引用了一張國際能源署的預(yù)測(cè)，基本上它是對(duì)儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)里面的技術(shù)和場(chǎng)景的應(yīng)對(duì)情況，左邊是電力系統(tǒng)的各種調(diào)節(jié)的需求的種類，右邊的這張圖就是我們所相適應(yīng)的儲(chǔ)能的技術(shù)，可以看到主要是右上角這部分，在儲(chǔ)能里面做長(zhǎng)周期的季節(jié)性的大部分的儲(chǔ)能時(shí)，我們對(duì)比的技術(shù)主要是三類：氫氣這樣的介質(zhì)，壓縮空氣，中國目前的車尾氣能還是有限的，來解決新能源占比一半的需求來說，還是有很大的差距，剩下的就是壓縮空氣，壓縮空氣就國內(nèi)的資源量，統(tǒng)計(jì)比較少，可能未來的空間比較少，氫氣是未來實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期季節(jié)性大規(guī)模可再生能源的方式。但是時(shí)間跨度比較長(zhǎng)，整個(gè)電源結(jié)構(gòu)的變化需要很長(zhǎng)的時(shí)間。短期的氫氣的儲(chǔ)能需求可能并不是一種直接的剛性需求。
還有剎車，這個(gè)更近一些。在國外像美國已經(jīng)投入了燃料電池叉車的應(yīng)用，規(guī)模不小，用燃料電池的叉車，它一方面主要還是受環(huán)保因素的影響，一方面是氫氣加氫速度快，環(huán)境友好。國內(nèi)也有一定的空間，雖然主導(dǎo)的是燃油叉車，但是電動(dòng)叉車處于發(fā)展期，燃料電池也有一定的空間。船舶的話就遠(yuǎn)一些，我們對(duì)比了瑞典、美國也有一些，還有日本等有些企業(yè)嘗試做燃料電池，但是總體感覺規(guī)模非常小，國內(nèi)我們沒有了解到有具體的示范項(xiàng)目，可能更多2030年開始市場(chǎng)階段的變化。
中車目前生產(chǎn)了全球首輛的燃料電池有軌電車，這塊來講的話，國外也有一些應(yīng)用，但是某種情況上來講，電網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施還是比較有中國的特色，所以基本上電力的覆蓋會(huì)影響到我們?nèi)剂想姵貞?yīng)用的空間，2030年前的空間可能還是比較有限的。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無人設(shè)備
還有是礦山機(jī)械，這塊相對(duì)閉之前利用的柴油發(fā)電機(jī)和蓄電池來講都有一些優(yōu)勢(shì)，但是主要的問題是充電量，以及這些企業(yè)對(duì)于燃料電池高成本的敏感度還是很高的，這是一個(gè)問題。還有建筑熱電聯(lián)產(chǎn)，這在日本比較多，實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化運(yùn)行，但是更多的是基于日本的國情決定了它有這樣的市場(chǎng)需求。但是國情就是對(duì)于能源安全性比較高，但是國內(nèi)的這方面的空間比較有限，主要是由于目前中國電網(wǎng)的基礎(chǔ)條件的問題。還有鋼鐵這些不多說。
下面看看加氫站的情況，據(jù)我了解全國有23座在運(yùn)的加氫站，基本上200公斤到一噸，但是由于目前由于加注強(qiáng)度比較小，成本比較高，所以國家出臺(tái)了一些這樣的政策。比如說財(cái)政部新能源補(bǔ)貼里面明確提出要轉(zhuǎn)向購車環(huán)節(jié)，對(duì)加氫站進(jìn)行補(bǔ)貼，國補(bǔ)400萬/站，地補(bǔ)不低于300萬/站，像佛山補(bǔ)貼規(guī)模比較高，800萬元，還配有運(yùn)營補(bǔ)貼的支持。但是總體來說，目前除了經(jīng)濟(jì)性方面的問題，還有一些是我們的注氫設(shè)備存在問題，大量依賴于進(jìn)口的這樣一些設(shè)備，比如說壓縮機(jī)方面，還有燃料電池車輛規(guī)模比較小，導(dǎo)致了加氫成本高，還有最根本的是能源的性質(zhì)定位問題，氫能屬于能源還是?；?，這塊的話，其實(shí)過去我們會(huì)受到定位問題，這會(huì)引申到很多政策的制定。
加氫站的技術(shù)路線主要分兩類，一類是氣態(tài)氫，一類是液態(tài)。氣態(tài)的話主要的核心部件是壓縮機(jī)和儲(chǔ)氫系統(tǒng)，還有加注槍加注系統(tǒng)，還有上游的氫能源包括管道的輸氫，現(xiàn)場(chǎng)的制氫，還有一類是國內(nèi)比較多的拖車的注氫的方式。液態(tài)來講大體的結(jié)構(gòu)類似，但是液態(tài)加氫站通過液氫泵來對(duì)液氫直接進(jìn)行加壓，通過液氫的氣化獲得高壓氫氣，一定程度上可以降低壓縮機(jī)的投入，同時(shí)能效也有一定的技術(shù)空間，就是運(yùn)營成本、能耗成本也會(huì)下降。目前說的話，液態(tài)加氫站國內(nèi)基本上沒有，主要是其他的加氫站。成本來講的話，我們這里也做了梳理，主要分兩方面，一個(gè)是投資還有一個(gè)是運(yùn)維。就投資來說，核心的成本就在于壓縮機(jī)和我們的儲(chǔ)罐的成本，占到整個(gè)加氫站投資的一半以上，如果不算用戶成本的話。核心來講的話，可能還是壓縮機(jī)的成本最高。如果我們想提升加氫站的收益來說，就是需要去降低了初始投資，特別是壓縮機(jī)方面。國外有一些項(xiàng)目是采用了穿行的加氣方式，比如說中壓、低壓的儲(chǔ)氫罐，給車輛分級(jí)加壓，這會(huì)降低成本，但是會(huì)提高儲(chǔ)罐的要求，氫氣儲(chǔ)存系統(tǒng)的難度。所以具體的操作層面來講的話，需要在壓縮機(jī)和儲(chǔ)氫系統(tǒng)里面做平衡。運(yùn)維方面來講的話，上游最高的是采購氫氣的成本，如果我們是15塊錢氫氣的話，會(huì)占到運(yùn)維成本的40%，另外一個(gè)運(yùn)維比較貴的是我們的運(yùn)輸，也是一個(gè)占比比較高的份額。如果我們將投資和運(yùn)維都折算到每年的運(yùn)維成本來看的話，終端氫氣如果是40塊錢，那我們的氫源40%，加注成本40%，運(yùn)輸20%，所以儲(chǔ)運(yùn)這個(gè)環(huán)節(jié)或者是加注這個(gè)環(huán)節(jié)可能占到終端氫氣售價(jià)的一半以上。我們知道氫能源是一個(gè)難降成本的環(huán)節(jié)，因?yàn)槲覀兡壳?5塊錢是基于比較低的，比如說新能源發(fā)電制氫或者是化石能源制氫成本，短期內(nèi)很難有成本的下降。儲(chǔ)運(yùn)和加注通過加注量的提升，通過技術(shù)進(jìn)步，在近中期還是有一定的成本下降空間。比如說我們這邊采用了美國能源部1能源實(shí)驗(yàn)室模型的分析，橫軸代表加儲(chǔ)的強(qiáng)度，這個(gè)加氫站的規(guī)模，縱軸是單位加注的成本，隨著規(guī)模提升，成本呈下降的趨勢(shì)，可以發(fā)現(xiàn)規(guī)模越大，液氫站的優(yōu)勢(shì)更加明顯。比如說在這張圖里面可以看到達(dá)到100輛重型車加注量時(shí)，液氫量的加注成本可以低于一半，所以還是比較大的進(jìn)步的空間。然后主要是因?yàn)橐簹浔旧眢w積不高，大約相當(dāng)于20Mpa的氫氣來講的話，可以高5倍。那是因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)需要更少的儲(chǔ)罐和空間進(jìn)行節(jié)省。像壓縮機(jī)的成本下降，特別重要的是運(yùn)輸成本，因?yàn)槊芏雀叩脑?，拖車的運(yùn)行效率更高。另外液氫除了能量密度高，也是一個(gè)非常好的預(yù)冷裝置，本身加氫站需要這樣一個(gè)預(yù)冷裝置來預(yù)冷，也能降低電耗。
這是對(duì)氫氣價(jià)格的長(zhǎng)期判斷，近中期來看主要是通過量的提升，比如說提升加氫站的運(yùn)營強(qiáng)度，每天1000公斤的時(shí)候，成本就會(huì)有明顯下降。然后再下去的話，更多的是依賴于液態(tài)加氫的方式，長(zhǎng)期來講的話是成本的下降，加氫機(jī)、加氫槍，最終它認(rèn)為氫氣成本降到4美元每公斤的這樣一個(gè)規(guī)模。同樣的反過來看看國內(nèi)的情況，氫能來講還是10塊錢，基本上這個(gè)成本近中期很難有成本下降，但是儲(chǔ)運(yùn)和加注，如果假設(shè)按照成本60%的話，儲(chǔ)運(yùn)加注可以實(shí)現(xiàn)10塊錢的一個(gè)水平的話，那最終的氫在零售端的價(jià)格大概就是20塊錢/公斤，20塊錢/公斤的話，比起電力12塊錢每百公里的話，還是高一些，但是它有加注速度，這樣的成本還是有更多的吸引力，除此以外，地方還有額外的運(yùn)營補(bǔ)貼，可能最終的表現(xiàn)還是可以接受的。
再來簡(jiǎn)單說說政策問題，目前經(jīng)濟(jì)性是層面的問題，政策還是限制了很多實(shí)際項(xiàng)目的開展。比如說首當(dāng)其沖的就是主管部門不清晰，比如說今年國務(wù)院政府工作報(bào)告提出了推動(dòng)充電、加氫等設(shè)施建設(shè)，由財(cái)政部、工信部、發(fā)改委、上午部、交通運(yùn)輸部、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部、國家能源局等，具體的職責(zé)劃分不明確，國內(nèi)制定相關(guān)政策比較完善和完整的，廣東、武漢。廣東市現(xiàn)在是相關(guān)的設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營，這些東西都是由住房城鄉(xiāng)建設(shè)廳負(fù)責(zé)，武漢的經(jīng)開區(qū)將加氫站項(xiàng)目納入到行政審批局負(fù)責(zé)。所以目前的主管部門的認(rèn)定來講，其實(shí)與地方有一些差距，并不是特別統(tǒng)一。另外是行政許可的問題，比如說佛山市是需要一個(gè)加氫站的運(yùn)營許可，武漢的話，是需要取得燃?xì)饨?jīng)營許可證，所以是有不同，規(guī)劃來講的話，國標(biāo)要求加氫站應(yīng)該符合城鎮(zhèn)規(guī)劃，然后具體來選點(diǎn)。但是具體國內(nèi)各個(gè)省市還未出臺(tái)加氫站布局的規(guī)劃。那這兩個(gè)有共性的地方，剛才提到氫能的認(rèn)定的問題，那么到底是屬于我們的規(guī)劃里面，還是屬于我們的能源，這個(gè)各個(gè)部門來講，儲(chǔ)能存在一些爭(zhēng)議，所以導(dǎo)致相關(guān)的政策是很難有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。還有審批程序還不是特別清晰，比如說目前除了佛山和武漢這兩個(gè)地方是出臺(tái)了相關(guān)的管理辦法，明確了一些用地要求、施工與驗(yàn)收、運(yùn)營與監(jiān)管政策，但是其他的地方?jīng)]有，所以具體在這個(gè)過程中還存在，所以鏈條還是比較長(zhǎng)的，很多的相關(guān)部門比我們目前所說的加氣站、電動(dòng)汽車充電站等所需要做的流程更多。所以這部分的審批流程不清晰的話，可能很大程度上制約加氫站建設(shè)的速度，往往在具體的示范地區(qū)是通過這樣的頂層設(shè)計(jì)去完成這樣的工作。
最后補(bǔ)充兩點(diǎn)，一個(gè)是貨車電動(dòng)化趨勢(shì)。大家如果看看5月份出臺(tái)的第四批新能源汽車目錄里面，大家也可以看到大約170個(gè)新能源汽車的車型，然后燃料電池是三塊，都是商用車，但是同樣的商用車，插電混合等有多款。所以我們認(rèn)為燃料電池在公交車和重型貨車還是有空間的。這塊也是可能會(huì)影響到氫能市場(chǎng)的一個(gè)需求；另一方面就是補(bǔ)貼與積分的問題，新補(bǔ)貼公布過渡期第一次出現(xiàn)燃料電池補(bǔ)貼退坡的跡象，但是后續(xù)的政策可能等到政府的具體公布。但是我們可以看到目前新能源汽車的積分核算來講的話，這個(gè)積分力度相當(dāng)于500公里的電動(dòng)汽車和40千瓦的燃料汽車是在同一水平，但是500公里的電動(dòng)汽車相當(dāng)于4萬塊錢，而燃料電池40Kw就是20萬元，單純以積分的話可能燃料電池的力度是不夠的，所以會(huì)出現(xiàn)一種情況，可能是多元補(bǔ)貼政策的支持。比如說燃料電池獲得新能源汽車的積分同時(shí)獲得補(bǔ)貼和設(shè)施補(bǔ)貼和運(yùn)營補(bǔ)貼，這樣的話，才能相比燃油汽車和電動(dòng)汽車存在一定的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
