氢能“绿色低碳+能源安全”的战略选择
我国是世界能源生产大国和消费大国,能源碳排放占全国碳排放总量的80%左右。传统燃料所产生的碳排放系数高(每种能源在燃烧或使用过程中单位能源所产生的碳排放数量),排碳严重。
资料来源:观研天下数据中心整理
在2100年大气升温控制在1.5℃目标下的2030年和2050年全球温室气体年排放量需要分别控制在约275亿吨和70亿吨CO2当量以内。单就CO2来说,预计排放量将于2025年达峰,其峰值约为420亿吨/年,即在历史发展模式下基本不可实现1.5℃的控温目标。要实现全球1.5℃控温目标,2030年和2050年的全球CO2年净排放量需要分别控制在203亿吨和-5亿吨CO2以内,并且至2100年应达到每年从大气中净固定102亿吨CO2状态。
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氢能,绿色低碳、来源丰富,应用广泛,对构建清洁低碳、安全高效的能源体系,具有重要意义,已成为全球加快低碳、绿色转型,培育经济新增长点的战略选择。
氢能相关特点
特点性质 |
特点 |
具体情况 |
优点 |
来源广泛 |
氢可以以水为原料制取,储量丰富,且理论上可循环制取。 |
清洁零碳 |
燃烧或电化学反应终产物只有水,不产生污染物和碳排放。 |
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能量密度高 |
热值142M/kg,是汽油的3倍,酒精的3.9倍,焦炭的4.5倍。 |
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燃烧性能好 |
点燃快,与空气混合时有广泛的可燃范围,燃烧速度快。 |
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高效性 |
氢燃料电池将化学能直接转换为电能,发电效率可以达到50%以上。 |
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承接弃风弃光 |
风电、光伏电解水制氢可解决弃风弃光的消纳问题。 |
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缺点 |
生产难度大 |
主要以化合态的形式出现,分离的难度较大。 |
扩散系数大 |
氢气扩散系数约6.11·105m2ls,高于天然气、汽油蒸汽等。 |
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成本高 |
密度仅为空气的四分之一,极易挥发,储存、运输难度大且成本高。 |
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安全风险大 |
氢气化学性质活泼,燃点较低,爆炸极限宽,体积浓度在4%-75%时遇到明火或剧烈震动时容易发生爆炸。 |
资料来源:观研天下数据中心整理
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根据观研报告网发布的《中国氢能行业发展趋势分析与投资前景研究报告(2023-2030年)》显示,2019年,氢能首次被写入《政府工作报告》,此后氢能逐步受到重视,相关支持政策加速出台,国家专门出台《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》,并且氢能作为前沿科技和新兴产业被写进国家“十四五”规划。国家正全面推动氢能发展,重点围绕可再生能源制氢、电氢耦合、燃料电池等领域,推动“制储输用”全链条发展。
中国近期主要氢能政策
发布时间 | 发布机构 | 政策名称 | 内客提要 |
2022.10 | 国家能源局 | 《能源碳达峰碳中和标准化提升行动计划》 | 开展氢制备、氢储存、氢输运、氢加注、氢能多元化应用等技术标准研制,支撑氢能"制储输用"全产业链发展。重点围绕可再生能源制氢、电氢耦合、燃料电池及系统等领域,增加标准有效供给。 |
2022.6 | 国家发展改革委、国家能源局等9部门 | 《“十四五"可再生能源发展规划》 | 推动可再生能源制氢和多能互补开发,开展规模化可再生能源制氢示范,推进有关重点领域绿氢替代。 |
2022.3 | 国家发展改革委、国家能源局 | 《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》 | 明确了氢能的战咯定位、各阶段氢能产业的发展目标以及未来氢能发展的重点任务。2025年,燃料电池车辆保有量约5万辆,都署建设一批加氢站。可再生能源制氢量达到10-20万吨/年,实现二氧化碳减排100-200万吨/年。2030年,形成较为完备的氢能产业技术创新体系、清洁能源制氢及供应体系,可再生能源制氢广泛应用。2035年,形成氢能产业体系,构建涵盖交通、储能、工业等领域的多元氢能应用生态。可再生能源制氢在终端能源消费中的比重明显提升。 |
2021.11 | 国家能源局、科学技术部 | 《“十四五"能源领域科技创新规划》 | 攻克高效氢气制备、储运、加注和燃料电池关键技术,推动氢能与可再生能源融合发展。 |
2021.10 | 国务院 | 《2030年前碳达峰行动方案》 | 加快氢能技术研发和示范应用,探索在工业、交通运输、建筑等领域规模化应用。 |
2021.9 | 中共中央、国务院 | 《中共中央国务院关于完整准矿全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》 | 统筹推进氢能"制储输用"全链条发展,推动加氢站建设,推进可再生能源制氢等低碳前沿技术攻关,加强氢能生产、储存、应用关键技术研发、示范和规模化应用。 |
2020.6 | 国家能源局 | 《2020年能源工作指导意见》 | 稳妥有序推进能源关键技术装备攻关,推动储能、氢能技术进步与产业发展;制定实施氢能产业发展规划,组织开展关键技术装备攻关,积极推动应用示范 |
2019.3 | 国务院 | 《政府工作报告》 | 氢能首次被写入《政府工作报告》。推动加氢等设施建设。 |
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氢能产业链初具规模,下游应用前景广阔
氢能产业链涵盖制氢、储运、加氢和用氢等多个环节,各环节均有不同的技术路径和发展方向。从2021年氢能产业投资数量来看,制氢环节是氢能产业中的主导环节,占据29%的投资项目比例,制氢与新能源项目和化工等工业项目形成联动,吸引了中石化、东方电气、华润电力等央企和光伏巨头投资;氢燃料电池环节虽然投资金额不及制氢环节,但其数量密集、空间广阔,吸引了众多央企巨头和燃料电池系统相关企业的参与;制氢环节和加氢站建设的快速发展也带动了氢能装备需求的增长,促使国内氢能装备企业投资扩产。
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预计到2060年,中国氢气的年需求量将增至1.3亿吨左右,在终端能源消费中的占比约为20%。其中工业和交通领域将分别消耗58%和33%的氢气,电力和建筑领域消耗5%和4%的氢气。目前氢能应用主要集中于工业和交通领域,未来有望助力建筑、发电和供热等多领域深度脱碳。据中国氢能联盟预测,多领域、多场景的推广应用将为氢能产业链的规模化、商业化发展提供持续动力。
资料来源:观研天下数据中心整理
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“十四五”期间,中国氢能应用的需求增量主要来自于交通运输领域,氢燃料电池汽车的推广是关键驱动力。燃料电池汽车是一种以车载燃料电池装置产生电力作为动力的汽车,目前处于产业发展初期。燃料电池车能量转换效率可达60%,是燃油或压缩天然气车效率的2~3倍。相较于纯电动汽车和传统燃油车,燃料电池汽车具有温室气体排放低、续航里程长、加注时间短、续航里程高等优势,发展潜力巨大。
国内外氢能产业技术经济性分析
项目 |
电动车 |
氢燃料电池车 |
燃油车 |
|||
乘用车 |
货车 |
乘用车 |
货车 |
乘用车 |
货车 |
|
100km整车电耗/氢耗 |
15kW·h |
120kW-h |
lkg |
5kg |
约8L |
22L |
100km用能成本/CNY |
24 |
192 |
40 |
200 |
约60 |
165 |
燃料加注时间 |
30min |
>2h |
<5min |
<15min |
<5min |
<15min |
受环境温度的影响程度 |
较大 |
较小 |
较小 |
|||
使用寿命 |
充电2000次 |
5000-8000h |
8~10a |
|||
显性/隐形环境成本 |
一般 |
较低 |
较高 |
|||
技术进步/成本下降潜力 |
一般 |
较高 |
较低 |
|||
设施使用便利性 |
较高 |
一般 |
较高 |
资料来源:观研天下数据中心整理(zppeng)
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