1、氫能產(chǎn)業(yè)流量劇增
本月為期三天的“第六屆氫能與燃料電池汽車大會(huì)”在上海召開,吸引了無數(shù)的眼球,行業(yè)內(nèi)鋪天蓋地的信息集中釋放,讓我們這個(gè)行業(yè)的從業(yè)者有一些應(yīng)接不暇,我就索性沒有去蹭這個(gè)熱鬧,覺得有必要讓大家的眼睛休息一下,當(dāng)然,我自己也企圖在這繁雜的信息釋放期借機(jī)喘一口氣。氫能行業(yè)似乎不那么缺流量了,就像會(huì)議上余卓平教授所言,通過氫能會(huì)議的關(guān)注度的變化我們可以感知到這個(gè)行業(yè)的溫度,余教授回憶說,最慘的時(shí)候他主持的氫能研討會(huì)只有五個(gè)人參加。自2016年”第一屆國際氫能與燃料電池汽車大會(huì)“以來,這個(gè)會(huì)議的人流量逐漸增加,關(guān)注的人也正從產(chǎn)業(yè)鏈、各級政府、影響到資本市場,甚至是相關(guān)或不相關(guān)的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。本次大會(huì)三天共計(jì)228家參展商,整體展出面積14000平米,3天共計(jì)8000多觀眾參觀,累計(jì)參觀人次達(dá)到16000人以上,會(huì)議上除9日主會(huì)場以外,8日、10日還有10個(gè)分會(huì)場、展廳現(xiàn)場交流(三天)和資本市場對接交流。雖然上海(或南通)和佛山的氫能會(huì)議規(guī)模最大,而且也成了行業(yè)大聚會(huì)的平臺,但業(yè)內(nèi)的產(chǎn)業(yè)鏈交流會(huì)幾乎沒有斷過,每個(gè)月都有來自各地關(guān)于氫能的專題論壇,這個(gè)流量使得氫能會(huì)議成為產(chǎn)業(yè)鏈中最先賺錢的業(yè)務(wù)板塊。
2、關(guān)注點(diǎn)從燃料電池延伸至氫氣來源
除了人流量逐年增加,關(guān)注度大幅提升外,本屆氫能與燃料電池大會(huì)與往屆最大的不同是,過去市場更多的關(guān)注是燃料電池,而現(xiàn)在更多人關(guān)心的是氫氣的制備與儲(chǔ)運(yùn),在制氫和儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)我們關(guān)注到一個(gè)現(xiàn)象,就是目前占比最大的煤制氫和天然氣制氫幾乎沒有人提及,而PEM制氫、堿性制氫項(xiàng)目成為關(guān)注的焦點(diǎn);目前主流的儲(chǔ)氫方式高壓儲(chǔ)運(yùn)表現(xiàn)平靜,而合金儲(chǔ)氫、液氫項(xiàng)目熱度較高。就在會(huì)議剛剛結(jié)束,行業(yè)內(nèi)的媒體又出現(xiàn)了兩個(gè)關(guān)于氫氣儲(chǔ)運(yùn)的焦點(diǎn),并被頻繁轉(zhuǎn)發(fā):一則是自河北定州旭陽能源產(chǎn)業(yè)園至河北保定高碑店新發(fā)地物流園全長約145公里氫氣管線,這是迄今為止國內(nèi)最長的氫氣輸運(yùn)管線。
另一個(gè)引人注目的是網(wǎng)易“未來公開課”上來自南方科技大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院院長劉科院士26分鐘的視頻??赐暌曨l,發(fā)現(xiàn)也是一個(gè)關(guān)于儲(chǔ)氫的話題,劉院士在講述電動(dòng)車和燃料電池汽車發(fā)展中存在的瓶頸后,他認(rèn)為甲醇是最好的儲(chǔ)氫載體。
不僅是中國,從全球范圍來看,氫氣的制取和儲(chǔ)運(yùn)目前都還沒有一條公認(rèn)的最佳方案,各種技術(shù)路線都不是很成熟,但都在探索和進(jìn)步中。
氣體能源的儲(chǔ)存問題是能源發(fā)展歷史上的一個(gè)變量因素,世界上天然氣開采和使用少于石油的一個(gè)重要原因就是因?yàn)樘烊粴獾膬?chǔ)運(yùn)比石油難度更大,成本更高,不過,能源結(jié)構(gòu)的變化卻是朝著石油消費(fèi)比例下降、天然氣比例上升的趨勢變化的,一方面天然氣的含碳量低于石油,另一方面,也正是因?yàn)槿祟悓Υ笠?guī)模氣體管理能力不斷提升的結(jié)果,CNG、LNG以及天然氣管道的發(fā)展使得天然氣的運(yùn)輸變得更安全、更經(jīng)濟(jì)、更高效。
全球一次能源百分比
氫不是一次能源,而是包含在其他物質(zhì)之中,因此氫能的儲(chǔ)運(yùn)不會(huì)是照抄天然氣的方法,除了管道、高壓和液態(tài)儲(chǔ)氫外,還有固態(tài)儲(chǔ)氫、化合物儲(chǔ)氫多種方式,而且我們不僅處在能源變革的時(shí)代,同時(shí)也處在工業(yè)革命的智能化時(shí)代,人類對物理世界的秩序因?yàn)槿f物互聯(lián)變得更加可控,氫氣的安全管理能力也越來越強(qiáng)。
盡管大家公認(rèn)綠氫是最理想的氫氣來源,實(shí)際上,還是因?yàn)槌杀竞烷L距離輸送不會(huì)成為當(dāng)前市場主要的氫氣來源。氫能和化石能源最大的區(qū)別在于其來源的廣泛性,本質(zhì)上,氫能具有“分布式”特征,它比鋰電在環(huán)保上可以做得更主動(dòng),因?yàn)椴粫?huì)僅僅依靠集中電網(wǎng),被動(dòng)接受60%的煤炭發(fā)電,氫氣的“分布式”特征具有更加靈活的供、消匹配。各供應(yīng)主體的氫氣來源是不同的、分散的,副產(chǎn)氫、天然氣制氫、煤制氫或是可再生能源制氫的條件相差很大,所對應(yīng)的應(yīng)用場景也各不相同,所以,儲(chǔ)運(yùn)方式也必然是多元化的。
3、資源條件與制備方式的選擇
氫氣的用途包括工業(yè)用氫、燃料電池用氫、儲(chǔ)能用氫等我們很難用一種制氫方式或儲(chǔ)運(yùn)方式來滿足所有的需求。(1)化石能源制氫,需解決CO2排放
化石能源制氫包括煤制氫、油制氫和天然氣制氫,因?yàn)榛茉春驾^高,所以裂解過程中都伴隨著CO2的排放,僅從物料平衡來看,每產(chǎn)生1kg氫,煤制氫伴生11kg的碳,油制氫產(chǎn)生7kg的碳,天然氣制氫產(chǎn)生5.5kg的碳,因此被稱為“灰氫”。只有加上碳捕集和封存(CCUS)灰氫才會(huì)變成藍(lán)氫。
目前,煤制氫是我國主要的制氫方式,煤價(jià)在200元/噸-1000元/噸之間制氫成本在6.77元/kg到12.14元/kg,但如果加上CCUS制氫成本就到了25.8元/kg-32.1元/kg。日本從文萊和澳洲進(jìn)口的氫氣就是用褐煤制取的,因?yàn)楹置撼杀颈容^低,加上有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫就可以解決長距離運(yùn)輸問題。
天然氣是成本比較低、排放相對煤炭比較少的制氫方式。目前硅料生產(chǎn)企業(yè)具有天然氣制氫資質(zhì),以徐州工廠到山東管束車計(jì)算運(yùn)費(fèi),天然氣制氫到站價(jià)格大約33元/kg。
(2)工業(yè)副產(chǎn)氫,重工業(yè)城市的福利工業(yè)副產(chǎn)氫主要來自重化工業(yè),成本大約在14.6元/kg -26.9元/kg。相對分散的用氫場景來說,這些副產(chǎn)氫具有較強(qiáng)的區(qū)域性特征,比如上海、山東、河北等地區(qū)擁有更多的副產(chǎn)氫,這些氫氣首先服務(wù)于重化工業(yè)企業(yè)自身的內(nèi)循環(huán),也可以服務(wù)周邊的市場。如果我國副產(chǎn)氫能夠充分利用,可以供應(yīng)近100萬輛燃料電池汽車使用。不過,提純技術(shù)關(guān)系到氫氣的品質(zhì)和用途,目前,林德、AP和法液空對工業(yè)副產(chǎn)氫的布局似乎比國內(nèi)企業(yè)更加積極。
(3)可再生能源電解水制氫,遠(yuǎn)水如何解近渴
這是氫氣理想的來源,真正的綠氫。這一制氫方式成為關(guān)注度最高的方案,無論堿性電解水、PEM制氫或是海上風(fēng)電制氫幾乎都是基于“可再生能源+電解槽”的解決方案,如果用上網(wǎng)電價(jià)來制氫,以1.00元/kwh電價(jià)計(jì)算,僅電解水的成本就達(dá)到55元/Kg,而且煤電為主的電也不環(huán)保,用棄風(fēng)棄光制氫成本就非常低,但以目前的區(qū)域經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu),可再生能源富余的地方往往不是氫能產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域,所以需要長距離輸送條件。
4、應(yīng)用場景與儲(chǔ)運(yùn)方式的選擇
(1)高壓儲(chǔ)氫,示范期間最重要的儲(chǔ)運(yùn)方式目前,我國氫能和燃料電池汽車尚處于示范階段,還不能發(fā)揮燃料電池汽車高續(xù)航里程的特點(diǎn),而是照顧加氫站的“車流量”,所以,這段時(shí)間的項(xiàng)目都具有較強(qiáng)的區(qū)域化、短途化特征,而且用氫量總體不大,用高壓運(yùn)輸成本最低。目前20MPa管束車儲(chǔ)氫成本在10元/kg以上,隨著壓力的增加和規(guī)?;?yīng),可以將成本降至5-6元/kg。所以,在相當(dāng)長的時(shí)間和目前主要應(yīng)用場景下,長管拖車還是最經(jīng)濟(jì)、最常用的運(yùn)輸方式。
(2)管道運(yùn)輸,適合氫氣生產(chǎn)主體與消費(fèi)主體明確的集中供、消場景
管道基礎(chǔ)建設(shè)的固定成本是250萬元/km,需要有持續(xù)的足夠的流量來保持管道的利用率才能攤薄成本,普遍的看法是,管道運(yùn)輸只有進(jìn)入大規(guī)模使用階段才具有經(jīng)濟(jì)性。實(shí)際上,管道的變動(dòng)成本非常低,在一些用氣密度較高的局部地區(qū)用管道可能是最經(jīng)濟(jì)的。我們上次參觀日本八幡鋼鐵的副產(chǎn)氫就是通過管道輸送到距離不遠(yuǎn)的居民家庭的;而2014年,中石化建成的巴陵-長嶺氫氣輸送管道就是為巴陵石化云溪片區(qū)和長嶺煉化提供工業(yè)氫氣資源,岳陽市巴陵石化煤制氣公司每年根據(jù)訂單固定數(shù)量向巴陵石化云溪片區(qū)化工企業(yè)和長嶺煉化公司輸送氫氣。制氫與用氫主體相對明確,而且雙方具有持續(xù)的供給能力和需求,管道的效率就會(huì)更高。顯然,河北145公里的管線也是基于氣源與相對穩(wěn)定的氣體需求來做的規(guī)劃。(3)液態(tài)儲(chǔ)氫,距離氫自然狀態(tài)最遠(yuǎn)的儲(chǔ)存方案
液氫的密度高,單位儲(chǔ)氫量比壓縮氫氣高出10倍。但氫氣的液化溫度到零下253度,因此液化是一個(gè)十分耗電的過程,而且因?yàn)閮?chǔ)運(yùn)裝置內(nèi)外溫差巨大,需要保溫材料來阻止熱交換,對材料的要求顯然也會(huì)很高。盡管在美國、歐洲、日本都用到液氫,我國液氫用于幾乎不計(jì)成本的航天發(fā)射上,民用市場對成本比較敏感,普及難度較高。對于市場關(guān)注最高的可再生能源制氫來說,將棄風(fēng)棄光最多的西部地區(qū)的氫氣運(yùn)輸?shù)叫枨筝^多的東部地區(qū),液氫或者是比較好的解決方案,但預(yù)計(jì)在可再生能源大規(guī)模制氫之前,液氫暫時(shí)還不是主流的儲(chǔ)運(yùn)方案。(4)固態(tài)儲(chǔ)氫,利用氫氣“氫脆”的特點(diǎn)金屬儲(chǔ)氫正是因?yàn)闅錃饩哂袣浯嗟奶匦?,所以,氫氣?huì)鉆入金屬的縫隙,吸附在金屬上。這種儲(chǔ)氫方式只需要5MPa,非常安全,近年來儲(chǔ)氫比例在上升。但吸附材料包括鎂、稀土和一些其他催化材料,成本比較高,而且儲(chǔ)氫系統(tǒng)受氫脆的影響而產(chǎn)生衰減。固態(tài)儲(chǔ)氫比較適合儲(chǔ)能、分布式發(fā)電、叉車等應(yīng)用場景。(5)化合物儲(chǔ)氫,讓氫在更多的時(shí)間里維持在“舒適”狀態(tài)對于活躍的氫氣來說,高壓和低溫對氫都是約束,管理的成本顯然也不低。液體化合物儲(chǔ)氫就是讓氫在運(yùn)輸過程中保持穩(wěn)定的化合物的狀態(tài),常溫常壓下運(yùn)輸,而且便于長時(shí)間儲(chǔ)存,到目的地再分解出氫氣,這些化合物主要包括甲醇(CH3OH)、氨(NH3)等氫化物。我國甲醇產(chǎn)能達(dá)到8000萬噸,按照每公斤氫7元甲醇成本,大連化物所的研究人員預(yù)計(jì)氫的理論到站成本大約19.4元,他們目前在終端測試的小規(guī)模甲醇制氫設(shè)備非常簡單。目前這種制氫方式相對比較便宜,并可加入CO2回收裝置,不過暫時(shí)沒有加入碳循環(huán)成本。日本近期在探索氨儲(chǔ)氫的解決方案。另外一種應(yīng)用比較多的化合物模式是,液態(tài)有機(jī)物儲(chǔ)氫(LOHC),LOHC是借助不飽和烯烴、炔烴或芳香烴等儲(chǔ)氫劑和氫氣的逆反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)加氫和脫氫,質(zhì)量儲(chǔ)氫密度5%-10%。日本千代田采用的甲苯儲(chǔ)氫則是大規(guī)模船運(yùn),他們將文萊和澳洲的褐煤制成的氫氣通過LOHC運(yùn)回日本,即用甲苯(C7H8)加氫(H2)形成甲基環(huán)已烷(C12H16)運(yùn)輸,到用氫的目的地在通過物理(加熱)或化學(xué)方法(催化)脫氫。現(xiàn)代也投資了德國LOHC公司Hydrogenious,國內(nèi)武漢氫陽是用不飽和芳香烴來加氫和脫氫。
大連化物所的”液態(tài)陽光“從理論上解決了甲醇的綠色來源和CO2循環(huán),但應(yīng)用過程中的排放還是一個(gè)需要解決的問題。日本有一個(gè)污水處理廠制氫的案例是將排放的CO?封存送到蔬菜大棚里,如果甲醇制取端的原料CO?和應(yīng)用端的排放CO?能夠形成循環(huán),那么這個(gè)解決方案可能就成為未來主要的氫氣來源,不過這同樣需要計(jì)算成本,液氫的成本主要集中在液化和運(yùn)輸過程,而化合物儲(chǔ)氫的成本主要集中在兩端吸氫和脫氫的過程,是用液氫還是化合物儲(chǔ)氫加二氧化碳循環(huán)更經(jīng)濟(jì),目前還沒有明確的比較。
燃料電池技術(shù)的成熟固然是氫能規(guī)?;囊粋€(gè)重要驅(qū)動(dòng)力,但行業(yè)的發(fā)展前景更加取決于氫氣的供應(yīng)。氫廣泛分布在各種能源物質(zhì)之中,其特性是分布式能源,因此,其制取和儲(chǔ)運(yùn)方式也必然是多元化的?,F(xiàn)階段,既要為大規(guī)模長距離制儲(chǔ)做研發(fā),又要保證示范期間小規(guī)模應(yīng)用的制儲(chǔ)方式,其中經(jīng)濟(jì)性始終都是用戶最敏感的選擇。