新能源|道阻且长:脱碳背后的中国氢能源( 三 )
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%,电解水制氢的比例则不到 2% 。可再生能源制氢仍然任重道远,未来的发展空间巨大 。
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制约绿氢发展的因素是成本,绿氢生产成本中占比最高的为电力和电解槽,占比分别为50%和40%,所以降低电价和电解槽成本是中国实现绿氢工业化、规模化的两大核心环节 。
随着光伏、风电的进一步降本,到 2030 年国内部分可再生资源优势区域,其度电成本到达到 0.1-0.15 元/KWh,
电解槽目前单位造价2500元/W;随着更大的槽体、更优质的制造工艺,以及技术环节的精进和材料的优化,有望降至1300元/W 。
届时,绿氢成本将从 2020 年的 30.8 元/kg 快速降至 16.9 元/kg,实现与灰氢平价 。
这种上游原材料的平价前景一旦达成,意味着氢能源的大规模产业化铺平了道路 。那么,这条产业链的上下游,又如何实现传导呢?
04、储运关键指标:单位体积密度众所周知,氢气在元素周期表位于第一位,意味着其质量小,体积小,因此密度低(ρ=m/V,忘记的朋友请找找初中物理书) 。
氢气的性质十分活跃,很容易泄露和爆炸,储运过程消耗也大,所以在储氢罐投入的安全设计、存量设计成本很高 。
因此,相较于石油、天然气等传统化石燃料,氢气在储运环节具有天然的劣势,发展进度缓慢 。
如果按照方式划分,氢气储运可分为气态储运、液态储运以及固态储运三种 。
气态储运的成本较低、充放氢速度较快,但储氢密度与运输半径较为有限,所以适用于短途运输 。
氢气气态经济运输半径局限在200公里以内,每公斤氢运输成本为2块钱,0-100公里运输成本是4块钱/kg,运输压缩氢气的鱼雷车每车仅可运300kg 。
中长距离大规模运输考虑管道和液氢运输,液态储运的储氢密度较大,但设备投资与能耗成本较高;固态储运则在潜艇等特殊领域有所应用,整体仍处于小规模试验阶段 。
我们可以做一个简单理解:运输一车氢气,瓶子重量在95%以上,需求的氢气只有5%,而且不能长距离运输 。所以这笔生意很不划算 。
因此,只要是运氢气,总会面临这个问题:怎样在储运瓶里装更多的氢气?这又延伸出一条技术路线:如何增加氢气单位体积密度 。
举个例子,一个书包想要装更多的衣服,压得越实,装得就越多 。同理,储存的时候为了提升单位体积密度,也需要压缩 。
但这个问题,并不能只靠单一环节解决,它需要一整套体系的匹配 。
与电解水制氢类似,产业化程度的提升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后续氢能规模化发展的前提 。
考虑到未来氢能的终端应用场景将更为丰富,氢气的储运环节也将朝多层次、体系化的方向演进 。
气态储运方面就是增压减重,从储氢密度、轻量化等角度出发,提升技术及相应材料 。
液态储运可以有效增加运输量,达到气态储运的10倍,也是一个很好的方向,目前国外技术相对成熟,国内主要应用在航空领域,未来随着规模化开展以及技术成熟,商用/民用有望得到进一步发展 。另外就是建立输氢管道,加强基础建设 。
而终端用氢需求,加氢站是必不可少的中转环节 。
截至2020年12月31日,全国在建和已建加氢站共181座,已经建成124座,其中2020年总计建成加氢站 55座 。在2020年国内建成的124座加氢站中,105座有明确的加注能力 。我国加氢站布局数量最多的前三名为广东、河北和湖北,在运数量分别为61/44/36座,大型加氢站仍然匮乏 。
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