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国资小新:氢能产业如何成为央企们追逐的「国潮」
2021.03.30

    3月30日,“国资小新”微信公众号发表题为《央企为何纷纷入局十万亿级氢能产业?| 科普央企那些事儿》的文章,文章从氢能的优点、氢能产业链、央企重点布局哪些氢能产业以及央企在氢能产业中扮演的角色四个方面阐述了氢能行业的现状及今后重点发展方向。

    文章指出,在“十四五”规划纲要,氢能与储能被列为前瞻谋划的六大未来产业之一。近年来,“氢能”作为一种零污染的高效能源,正逐渐被应用于我们的生活中,能源央企纷纷入局十万亿级氢能产业。

而这股氢能“潮流”,要从3年前国家能源集团牵头成立中国氢能源及燃料电池产业创新战略联盟(以下简称”中国氢能联盟“)说起。



以下是原文:


什么是氢能?氢能有哪些优点?


氢在宇宙中分布广泛,它构成了宇宙质量的75%。


氢能是氢(H)在物理与化学变化过程中释放的能量。




    氢燃烧的产物是水,是世界上最干净的能源,被誉为21世纪最具发展前景的二次能源。

    燃烧热值高;除核燃料外,氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的,为142,351千焦/千克,是汽油发热值的3倍,酒精的3.9倍,焦炭的4.5倍。

    燃烧性能好 :点燃快,与空气混合时有广泛的可燃范围,而且燃点高,燃烧速度快。

    无毒:与其他燃料相比,氢燃烧时最清洁,除生成水和少量氮化氢外不会产生诸如一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化物和粉尘颗粒等对环境有害的污染物质,少量的氮化氢经过适当处理也不会污染环境,且燃烧生成的水还可继续制氢,反复循环使用。

    多种形态:以气态、液态或固态的金属氢化物出现,能适应贮运及各种应用环境的不同要求。

    耗损少:可以取消远距离高压输电,代以远近距离管道输氢,安全性相对提高,能源无效损耗减小。

    运输方便:氢可以减轻燃料自重,可以增加运载工具有效载荷,这样可以降低运输成本,从全程效益考虑社会总效益优于其他能源。

    减少温室效应:氢取代化石燃料能最大限度地减弱温室效应。


氢能源产业链:日益完善,整装待发


    氢能源主产业链包括上游氢气制取、储存、运输、加氢站对氢燃料电池系统进行氢气的加注,中游燃料电池系统及零部件生产制造,下游氢燃料电池应用等众多环节。


上游


    制氢产氢:氢可以通过多种方式制取,氢能制取现在主要有三种模式。煤制氢,我国煤炭资源相对丰富;可再生能源制氢,当前我国有大量可再生能源无法并网消纳,用可再生能源弃风、弃光、弃水来制氢,简易可行,技术上没有问题;大量的工业制氢,像化工、焦炉等,我国是产能大国,都可以制氢。





    氢气储存和运输:氢气量和状态不同,方式不同。储氢目前主要的办法有高压气态储氢、低温液态储氢、金属储氢、有机液储氢等。目前国内外主要以高压气态储氢(35兆帕和70兆帕)和低温液态储氢为主。氢气的运输通常根据储氢状态的不同和运输量的不同而不同,主要是罐车运输、管道运输等途径。



    加氢站建设:加氢站是氢能产业链中的重要环节,也是氢能走向成熟的关键。截止2020年11月21日,全球主要氢能国家和地区共建成加氢站458座,另有255座在建或拟建的加氢站。我国共建成88座加氢站,位居世界第二,另有149座在建或规划当中的加氢站。
根据《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》显示,2025、2030年中国加氢站分别建成300、1500座,十年间年复合增速达31.1%。到2050年加氢站数量将达10000座,行业产值达12万亿元。


中游



    氢燃料电池电堆涉及质子交换膜、扩散材料、催化剂等多种零部件和关键材料,将电堆和配件两大部分进行集成,形成氢燃料电池系统。


下游


    氢能源应用有多种方式,可以通过传统热机也可以通过燃料电池。由于燃料电池跳出了热循环的限制,因而具有更少的能量损失,能量利用效率更高。同时,燃料电池利用氢能源具有噪音小等优点。因此燃料电池是氢能源利用的理想形式。氢能源燃料电池下游有便携设备、固定式应用和交通运输式应用。


    据公开资料显示,到2050年中国交通运输、工业等领域将实现氢能普及应用,燃料电池车产量达到520万辆/年,固定式发电装置2万台(套)/年,燃料电池系统产能550万台(套)/年。


央企布局氢能产业重点发力哪些领域?


    随着氢能应用技术发展逐渐成熟,以及全球应对气候变化压力的持续增大,氢能产业的发展在世界各国备受关注,氢能及燃料电池技术作为促进经济社会实现低碳环保发展的重要创新技术,已经在全球范围内达成了共识,多国政府都已出台氢能及燃料电池发展战略路线图,美国、日本、德国等发达国家更是将氢能规划上升到国家能源战略高度。


    一股由央企作“先锋”的中国氢能潮流正在到来... ...



    2018年2月,中国氢能联盟在北京正式成立。从制氢、储氢、运氢、加氢再到燃料电池,到电池动力转换系统,再到车辆,这是一套全新的配套系统工程,厂线长、投资大,不是单个企业能够承受的。中国氢能联盟定位为国家级产业联盟,包括十几家(东方电气、三峡集团、中国中车、中国船舶、中国一汽等)央企在内,共有50多家来自能源生产、装备制造、交通运输、冶金材料等不同领域的企业、高校和科研机构加入。


    近年来,国家相关部委密集出台政策引导并鼓励氢能和氢燃料电池技术的开发和发展,加速了氢能产业化进程。中央企业发挥各自产业优势,在氢能源全产业链布局显眼。


上游产业链



    氢能与传统油气、化工产业链联系密切,中石化、中石油在油气储运零售终端建设和运营方面有一定的技术基础和整合优势,是其中的典型代表。


图 | 燕山石化氢气新能源装置


    中国石化是国内最大的氢气生产企业,目前氢气年生产能力超350万吨,占全国氢气产量的14%左右,已在广东、浙江、上海、广西、贵州等地建成若干油氢合建示范站。“十四五”期间中国石化将布局 1000座加氢站或油氢合建站,打造“中国第一大氢能公司”。

    中国石化具有氢气提纯技术基础。2020年9月,拥有中国石化自主知识产权的首套高纯氢气生产示范装置在高桥石化成功投产。该装置以低成本的炼油装置副产氢气为原料,生产燃料电池车用高品质氢气,国内首次将炼厂副产氢气提纯至99.999%,远高于99.97%的燃料电池车用氢气国家标准。



图 | 国家能源集团国华投资国内首座35兆帕/70兆帕双模商业加氢站


    国家能源集团则在氢能产业链及氢能装备方面深入布局。
    围绕其产业优势,国家能源集团初步形成了全国性的氢能项目的布局。比如,在如皋建成了国内第一个纯天候商业运营的加氢站,总的储氢能力大约600公斤,每天加氢能力大约1000公斤,是国内第一个行政审批完备、完全市场化开发、全天候、数字化的国际标准商业加氢站。
在氢能科技研发上,一方面,国家能源集团要重点聚焦氢能的供给侧,另一方面,加强化工副产氢和用碳捕集技术以后的煤制氢。目前,国家能源集团在相关领域已具备多项发明专利。


中游产业链


    国家电投、东方电气等央企则侧重于研发氢燃料电池及其核心部件,突破核心技术,建立自主知识品牌。


图 | 热电联供氢能分布式能源系统(东方锅炉研制)


    经过十年的核心技术创新与自主产品开发,东方电气已全面掌握了燃料电池核心零部件研制、电堆工程设计及系统集成与控制等关键技术,成功开发出具有完全自主知识产权的燃料电池系列产品,并已建成中国西部首条年产能1000套的燃料电池自动化生产线。

    位于四川德阳示范的100千瓦级 PEMFC分布式热电联供系统,可用于家庭住宅、酒店、公共设施等场景的小型热电联供系统,数据机房、信号基站等设施的备用电源等。


下游产业链


    在终端应用燃料电池汽车方面,东风集团、一汽集团和中国中车等央企也进行了深度布局。


图 | 国家电投与中国中车联合研发的氢燃料电池城市客车


    2020年1月2日,首台搭载由国家电投集团自主研发燃料电池电堆的氢能客车在宁波正式下线,车辆由中国中车集团生产,车长12米,续航里程达到了600公里。


为何央企在氢能产业扮演先锋角色?


    目前,国内氢能产业发展仍处于初步阶段,“从零开始”的投资、应用成本较高。


    在氢能产业链上,我国氢能上游产业具备一定优势,制氢规模已居世界首位,煤气化制氢和碱性电解水制氢具有特色和优势。但在可再生能源制氢技术等方面与国外相比有较大差距;储氢方面,我国固定式高压储氢技术和固态储氢材料研究处于国际先进水平,但在车载高压储氢及氢运输方面仍落后于国外先进技术,加氢站设施数量也较少,难以满足商业化条件;在中下游燃料电池应用侧方面,无论是燃料电池的核心零部件技术,还是燃料电池乘用车的各项指标,我国都还需要投入更多时间和资金,加大研究力度,才能赶上世界先进水平。



    在氢能源生产和应用方面,能源央企底蕴丰厚,经验丰富。以国内最大的氢气生产企业中国石化为例,拥有相当数量的制氢装置,原料涉及天然气、炼厂干气等;也是用氢大户,生产的氢气用作炼厂加氢装置的配氢、聚烯烃装置的辅助原料等。


    氢能源产业主要应用方向是氢燃料电池汽车,而燃料电池主要瓶颈是成本。


    “整个氢燃料电池是从国家层面、从能源角度来开发的,目的就是打通整个燃料电池的产业链。哪怕投进去一百亿、一千亿,我们也能做得起,作为国家能源战略转型升级的一部分,央企进入才是正道。”国家电投集团氢能首席专家柴茂荣说道。在他看来,日本是全世界最执着于氢能的国家,到目前为止已经发展20多年了,至少投入了上万元亿资金,才有如今相对成熟的氢能源市场,才有日系车企先后实现氢燃料汽车的量产。这真的不是单个中小企业就能做的。