氢能源/燃料电池:氢能源被誉为“21世纪的终极能源”,燃料电池汽车作为下游最广泛的应用,受益于政策支持与技术进步
氢能源是安邦利民的战略性能源,作为二次能源,氢不仅可以通过煤炭、石油、天然气等化石能源重整、生物质热裂解或微生物发酵等途径制取,还可以来自焦化、氯碱、钢铁、冶金等工业副产气,也可以利用电解水制取,特别是与可再生能源发电结合,不仅实现全生命周期绿色清洁,更拓展了可再生能源的利用方式。
氢可广泛应用于能源、交通运输、工业、建筑等领域。既可以直接为炼化、钢铁、冶金等行业提供高效原料、还原剂和高品质的热源,有效减少碳排放;也可以通过燃料电池技术应用于汽车、轨道交通、船舶等领域,降低长距离高负荷交通对石油和天然气的依赖;还可应用于分布式发电,为家庭住宅、商业建筑等供电供暖。目前,应用最为广泛的领域为燃料电池汽车领域,丰田、本田、现代等著名车企都推出了各自的燃料电池汽车。
燃料电池是一种非燃烧过程的电化学能转换装置。将氢气(等燃料)和氧气的化学能连续不断地转换为电能。其工作原理是H2在阳极催化剂作用下被氧化成H+和e-,H+通过质子交换膜达到正极,与O2在阴极反应生成水,e-通过外电路达到阴极,连续不断的反应就产生了电流,所以燃料电池是一种发电设备。
由于氢能来源广、用途多的特点,氢能产业链所涉及的环节和细分领域众多,主要包括上游氢能制备、中游氢能储存运输、下游氢燃料电池及氢能源燃料电池应用等多个环节,与产业链相关的上下游关联产业则更多。
国际能源转型一直沿着从高碳到低碳、从低密度到高密度的路径进行,而氢气是目前公认的最为理想的能量载体和清洁能源提供者。氢气无毒无害,反应物为水,绿色清洁,热值高,相当于汽油的三倍,被誉为“21世纪的终极能源”。
从氢气生产来源来看,化石资源制氢居主导地位,全球主要人工制氢原料的96%以上都来源于传统化石资源的热化学重整,仅有4%左右来源于电解水。从地域分布上看,亚太地区的氢气产能最大,而我国是目前氢气产能最大的国家,也是氢气生产分布最广的国家。目前国际制氢年产量6300万吨左右,我国每年产氢约2200万吨,占世界氢产量的三分之一,是世界第一产氢大国。氢气的制备主要可分为制取氢气和提纯氢气两大类,煤炭制氢成本最低,为0.8~1.1元/立方米,天然气制氢成本为0.9~1.5元/立方米,我国的电解制氢发展仍处早期,成本在3元/立方米左右,未来还有较大下降空间。
燃料电池汽车是氢能源利用极具成长性的下游行业,燃料电池汽车的续航里程普遍在500公里以上,和目前中高端纯电动汽车续航相当,而从能源补给时间角度,燃料电池汽车加氢仅需不到3分钟,远低于插电混动或纯电动汽车,虽然氢燃料电池汽车在我国目前处于起步阶段,但燃料电池汽车性能的优秀不可否认,目前国外大规模销售的氢燃料电池汽车各方面性能与内燃机汽车不相上下,有些远优于电动汽车。燃料电池具有环境友好、发电效率高、噪音低、可用燃料范围广等优点,当前我国燃料电池产业的主要发展瓶颈在于生产成本高(铂催化剂价格高昂)、技术水平较国际落后以及氢产业链配套设施不够成熟,远期的发展空间巨大。
自上海市发布第一个氢燃料电池汽车发展规划以来,各地政府密集出台氢能与燃料电池产业规划。包括张家口、成都、苏州等地均积极发展氢燃料产业并推广燃料电池汽车运营。根据中国《节能与新能源汽车产业技术路线图》,到2025年氢燃料电池汽车保有量推广规模将达到5万辆,其中商用车1万辆、乘用车4万辆,加氢站超过300座。2030年,将实现大规模商业化推广累计100万辆,燃料电池系统产能超过10万套/企业,整机性能达到与传统内燃机相当。
燃料电池通常具有5-10年的使用寿命,燃料电池根据运行机理不同可分为酸性燃料电池和碱性燃料电池。具体来说,根据电解质的不同分为碱性燃料电池、磷酸燃料电池、固体氧化物燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和质子交换膜燃料电池等五大类。
其中碱性燃料电池最早成功开发,稳定应用于航天领域;磷酸燃料电池属于第一代燃料电池,其技术最成熟、商业化程度最高,在美日广泛应用于大型电站;熔融盐和固体氧化物燃料电池分别是第二、三代技术,多用于发电厂;质子交换膜燃料电池应用前景最广阔,未来预计将成为汽车领域主流燃料电池技术。
中国对于燃料电池发展支持处于循序渐进状态,我国从2001年就确立了“863计划电动汽车重大专项”项目,确定三纵三横战略,以纯电动、混合电动和燃料电池汽车为三纵,以多能源动力总成控制、驱动电机和动力蓄电池为三横。近期随着燃料电池产业发展逐渐成熟,中国在燃料电池领域的规划纲要和战略定调已经出现苗头,支持力度逐渐加大。
2020年9月21日,财政部、工信部、科技部和能源局等联合下发《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》,对燃料电池汽车的购置补贴政策调整为燃料电池汽车示范应用支持政策,对符合条件的城市群开展燃料电池汽车关键核心技术产业化攻关和示范应用给予奖励,形成布局合理、各有侧重、协同推进的燃料电池汽车发展新模式。
北京、上海和广东等多地先后发布最新氢能产业规划《北京市氢燃料电池汽车产业发展规划(2020-2025年)》提出2025年前,培育5-10家具有国际影响力的氢燃料电池汽车产业链龙头企业,力争实现氢燃料电池汽车累计推广量突破1万辆,氢燃料电池汽车全产业链累计产值突破240亿元;《上海市燃料电池汽车产业创新发展实施计划》提出到2023年,上海燃料电池汽车产业发展实现“百站、千亿、万辆”总体目标,规划加氢站接近100座并建成运行超过30座,形成产出规模约1000亿元,推广燃料电池汽车接近10000辆。《广东省加快氢燃料电池汽车产业发展实施方案》提出开展氢燃料电池汽车规模化推广应用,加快推进加氢站规划建设和多渠道增加氢源供应。
四川省政府办公厅近日印发了《进一步推动氢能全产业链发展及推广应用行动方案(2024—2027年)》。行动方案提到,鼓励整车企业与燃料电池系统等零部件企业形成联合体,共同研发制造和推广应用氢燃料电池汽车。支持联合体牵头企业所在市(州)参照财政部等五部委氢燃料电池汽车示范奖励积分评价体系标准对氢燃料电池汽车的研发制造和推广应用给予一定奖励。
我国是全球最大的大储市场,2023年大储新增装机占全球装机功率的60%。
工信部对新型储能制造业高质量发展行动方案(征求意见稿)公开征求意见。到2027年,新型储能制造业规模和下游需求基本匹配,培育千亿元以上规模的生态主导型企业3-5家。高安全、高可靠、高能效、长寿命、经济可行的新型储能产品供给能力持续提升。加快锂电池、超级电容器等成熟技术迭代升级,支持颠覆性技术创新,提升高端产品供给能力。 意见稿提出,实施新型储能技术创新行动,发展多元化新型储能本体技术。加快锂电池、超级电容器等成熟技术迭代升级,支持颠覆性技术创新,提升高端产品供给能力。推动钠电池、液流电池等工程化和应用技术攻关。发展压缩空气等长时储能技术,加快提升技术经济性和系统能量转换效率。适度超前布局氢储能等超长时储能技术,鼓励结合应用需求探索开发多类型混合储能技术,支持新体系电池、储热储冷等前瞻技术基础研究。
11月4日,宁夏首个万吨级绿氢项目——太阳山绿氢制储输用一体化项目(一期)年产1.65万吨绿氢项目开工仪式在吴忠市太阳山开发区举行,该项目布局绿电制氢、氢能交通、绿氨绿甲醇、氢氨甲醇耦合化工等一体化产业生态,打通风、光、氢、氨产业链条,标志着太阳山“中国氢氨谷”建设迈出坚实一步。(中新网)
蜀道装备公告,公司与蜀道投资集团有限责任公司、丰田汽车公司、丰田汽车(中国)投资有限公司于近日签署了《氢能产业合作协议》,拟在氢燃料电池、储氢、制氢、加氢站、氢能分布式发电、氢能产业基金、金融层面合作等领域进行深入合作。四方预计围绕“氢燃料电池生产、销售、示范运营、推广、应用”目标领域,以合资公司作为合作载体,探讨各方就氢燃料电池生产研发事项开展合作事宜。
《国家发展改革委等部门关于大力实施可再生能源替代行动的指导意见》提出,全面提升可再生能源供给能力。加快推进以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点的大型风电光伏基地建设,推动海上风电集群化开发。科学有序推进大型水电基地建设,统筹推进水风光综合开发。就近开发分布式可再生能源。稳步发展生物质发电,推动光热发电规模化发展。加快提升可再生能源资源评估、功率预测、智慧调控能力。推进构网型新能源、长时间尺度功率预测等新技术应用。因地制宜发展生物天然气和生物柴油、生物航煤等绿色燃料,积极有序发展可再生能源制氢。促进地热能资源合理高效利用,推动波浪能、潮流能、温差能等规模化利用。推动建立可再生能源与传统能源协同互补、梯级综合利用的供热体系。(国家发改委)
上海市人民政府办公厅印发《美丽上海建设三年行动计划(2024—2026年)》。其中提出,加快建设绿色交通体系。打造临港多式联运中心。布局绿色甲醇等绿色替代燃料加注配套设施,远洋船舶绿色甲醇消费量达到10万吨左右。推进港口机场内设备和车辆新能源替代。重型氢燃料电池货车推广量达1000辆以上。到2025年,公交车全部实现电动化、巡游出租车基本实现电动化。到2026年,实现高速公路服务区快充站全覆盖。推动城乡建设低碳转型。完成既有建筑节能改造2000万平方米以上,新建国家机关办公建筑、大型公共建筑全面按照绿色建筑三星级标准建设。新建居住建筑执行超低能耗建筑标准比例超过50%。全面推行建筑“光伏+”应用。(上海市人民政府网站)
北京发布关于加快建设国际绿色经济标杆城市的实施意见,力争到2035年,全面建成国际绿色经济标杆城市。意见提出,着力发展战略性基础性绿色产业,大力发展先进能源产业。引领化石能源转向深度耦合、高效转化的可再生能源发展趋势,支撑本地能源体系分布式、自适应、可持续发展需求。加快推动氢能高效制备、高密度储运等关键技术突破和装备产业化,提升氢燃料电池产业规模和技术水平,建设中远途、中重型氢能货运示范专线,推动建设一批生物质制氢中心。有序发展全固态锂电池、钠离子电池、新型液流电池等高比能、高安全性的先进储能装备。推动先进固态能量转化器件与装备产业发展。大力发展钙钛矿电池、叠层电池等高效太阳能电池产业。积极发展碳纤维、高效低成本抗腐蚀磁性风电新材料、深远海风电关键设备和材料产业。大力发展虚拟电厂、车网互动、能源互联网等智慧能源产业。
氢能安全高效的运输技术是决定氢能产业能否长足发展的关键环节。今日重要性:✨
氢能领域催化频发。
据人民网报道,昨日(10月12日),随着设备上覆盖的红布缓缓揭开,由中车株洲电力机车研究所有限公司(简称“中车株洲所”)自主研发的2000标方电解槽在湖南株洲成功下线,该电解槽在保证优越性能前提下,实现了零部件100%国产化。
9月27日,辛国斌在2024世界新能源汽车大会上表示,工信部将进一步加快推动新能源汽车产业高质量发展。支持龙头企业牵头建立攻关联合体,加快动力电池关键材料、车用芯片等基础技术,高功率长寿命燃料电池、高效混合动力发动机等零部件技术,轻量化低风阻等整车设计技术攻关,助力全球技术发展。积极扩大新能源汽车消费分批次开展现有充换电基础设施补短板试点,编制新能源汽车换电模式指导意见,研究加快推动商用车电动化的政策举措。鼓励优势企业兼并重组做强做大,推动提高产业集中度。(中证金牛座)
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