2022《环球问策》|王业勤:氢气应用场景的过去、现在、未来

编者按:日前,国家发展改革委、国家能源局联合发布《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》,氢能正式被确立为未来国家能源体系的重要组成部分,成为实现绿色低碳转型的重要载体。作为战略性新兴产业和未来产业的重点发展方向,氢能将为我国加快能源转型升级、培育经济新增长点提供重要战略选择。

在此,《环球问策》第一期邀请四川亚联高科技股份有限公司总经理、全国氢能标准化委员会(SAC/TC 309)委员、中国可再生能源学会氢能专业委员会委员王业勤就“为实现《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》的发展目标,氢能行业将如何布局?”这一话题进行梳理和建言献策。

氢气应用场景的过去、现在、未来

作者:王业勤(四川亚联高科技股份有限公司总经理、全国氢能标准化委员会(SAC/TC 309)委员、中国可再生能源学会氢能专业委员会委员)

到目前为止,全国已建和在建的加氢站超过 250 座,氢能示范的车辆也超过 10000 辆。能盈利的加氢站或者氢能的全产业链在中国几乎没有。氢能领域很热,大家觉得现在的氢能就像十年前的锂电一样,随便怎么投资今后都有丰厚的回报,一定要先把赛道占着。因此很盲目:盲目的研发、盲目的投资、盲目的跟风,盲目的自大。氢能发展时间相对缓慢,有部分企业和资本看不见曙光就倒下了,另外氢能的技术更新迭代太快,后浪拍前浪,有可能你的投资就打水漂了。其实在真正的商业模式没有跑通前,变数太多,需要谨慎行事。

事实上,氢能虽被视为二次绿色能源和减排必经之路,但在交通运输领域仍然未被大面积应用,归根结底还在于“贵”字。氢气在制、储、运、加等各个环节都很贵。例如目前建设一个加氢站动辄上千万元,如此大手笔投入可见一斑。

原来的次要原料“氢气”

氢气在工业领域应用非常广泛,在超过 17 个行业会涉及氢气的使用,但是氢气基本是配角的地位。大部分的氢气在生产中都是以公辅工程的角色出现,随制随用,中间存储量并不大,负荷任意调节,在工业领域已经形成自己的体系。氢气以主要原料为衡量的行业也只有氨、甲醇、乙二醇等少数产品。包括全世界用氢气量最大的行业:石油炼化行业,氢气也只是次要原料。

从制氢环节来看,制氢技术主要有6种:煤汽化制氢、天然气制氢、甲醇重整制氢、氨分解制氢、水电解制氢、工业副产氢回收。

不同的地域会依据当地资源禀赋条件来决定最合理的制氢方式和原料路线。在以往氢气在工业生产过程中是充当配角的角色,但目前国家在政策和市场的需求,氢气逐渐充当能源领域的一个主角,因此我们对氢气和其应用场景需要重新定义和再认识。

其中,储运氢环节包括:物理法:高压气态、低温液态、固态吸附化学法:液态化学法(氨、甲醇、有机液体)、固态化学法(金属氢化物等) 。

加注环节包括:压缩、高压存储、加注。

总体来看,氢气的体积能量密度很低,在现实版的氢能应用中,需要费劲周折并且损失了不少的能量。

氢能产业链的几大环节

那么目前氢能产业链包括几个环节呢?大体来看,氢能产业链在交通运输领域主要三大环节:制氢,储运及加注,车辆等运输工具的使用场景。而在能源领域主要有两大环节:制氢(制合成气)和发电发热.

展开讲,在制氢领域:6种工艺路线均可以得到合格的氢气,合理的制氢工艺是根据当地的资源禀赋和基础能源价格所决定。其中煤制氢是严格限制,因为有大量的CO2排放,同时三废治理也是高投入,三废排放量也是非常大的。天然气制氢目前在国内是最经济的一条线路之一,是中小制氢工厂的首选。甲醇制氢在中国是灵活的制氢方式,也是制氢工厂投资最省的途径之一。氨分解制氢代表未来绿氢的的一个消纳方向,因为无碳排放,因此会被大众逐渐接受。水电解制氢最为热门,因为这和风光消纳以及碳减排有直接的联系,水电解制氢又分为AWE碱性水电解制氢,这是最经济的制氢路线,全世界使用最广泛的制氢线路。AEM固体聚合物阴离子交换膜水电解制氢,刚刚开始起步。PEM质子交换膜水电解制氢,目前风光耦合最适合的制氢方式,但是目前太贵。SOE固体氧化物水电解制氢,能耗最低、最接近理论制,技术难度最高的水电解制氢工艺。工业副产氢回收氢气需要根据当地的产业分布有关系,没有通用性和可复制性,回收的氢气具有机会成本,因此它是提高氢气附加值的最好途径。

在储运及加注涉及的行业,有氢气压缩机,氢气储罐,氢气气瓶,加氢机,加氢枪等产业相关。

在车辆等运输工具的使用场景:燃料电池(催化剂、膜电极、双极板、碳纸、密封材料),燃料电池发动机总成、汽车厂商,氢气管路等部件总成厂商等环节。

在能源领域的应用有制氢(制合成气),发电及供热或者冷热双供,涉及燃料电池有固体氧化物燃料电池SOFC,熔融碳酸盐燃料电池MCFC,磷酸盐燃料电池PAFC等等。涉及有催化剂、燃料电池、重整器、纯化器、发电总集成、产品总成等环节。

氢源成本是难题

氢能代表未来新能源的一个方向,但真正大规模的应用可能还有很长的路要走。有人希望制氢的技术进步能降低生产成本,个人认为,氢气的成本降低是可能的,但是有限的,因为制氢的技术进步漫长而缓慢。

氢气是二次能源,是一种能量物质转化成另一种能量物质,在转换过程中本身就是一个耗能的过程。而氢气的生产成本一定是与当地的基础能源价格正相关。因此要降低氢气成本的关键,一定要降低制氢的原料成本。

在中国的能源体系没有大的改变前提下,氢气在交通运输领域的应用会受到极大的阻碍。

降低氢能成本的方向

目前来看,降低氢气成本主要有两个途径,一是挑选最合适的制氢工艺路线:我国地域广阔,资源分布极不均衡,依据当地资源条件来决定最合理的制氢方式和原料路线,在任何一个地方氢气的价格和当地的基础能源价格正相关,其中的4种制氢的路线可以组合,例如天然气制氢和水电解制氢工艺组合。

二是减少储运环节:正常的储运费用约占氢气成本的25-35%左右,去年某国企在珠三角氢气的储运费用约为氢气总成本的42%。可见减少储运环节、缩短运输半径、开展站内制氢、母站制氢是有效降低氢气成本最简单可行的方法。

要注重氢能盈利模式

全球氢能在交通运输领域应用来看,也只有美国的上市公司普拉格能源公司 Plug 跑通了氢能全产业链的盈利模式。普拉格能源公司最先是做燃料电池起家的,后来因为抓住了沃尔玛等公司在冷链物流使用的电动叉车痛点,把“氢能叉车”模式做得很成功,于是从早期亏损,到逐渐减亏,再到现在慢慢盈利,公司的市值也提高了近 20 倍。

从做燃料电池起家,到做燃料电池叉车,到租赁燃料电池叉车服务,到自己建立供氢加氢体系,建设液氢工厂,建设光伏发电场和液氢消纳体系,最后Plug 公司自己建设能源体系。最终棋子是必须落在能源领域,这样才能控制氢气的成本,否则整个产业链最终会卡在氢气成本的瓶颈上。

参考美国公司这个成功案例,我们在氢能起步阶段要尽快找到关键和瓶颈并打通氢能整个产业链,建立自己的盈利的商业模式和逻辑,找对场景和消费者,才能具有商业意义。

为何说Plug的盈利模式难复制

氢能产业链的盈利模式和地域,产业链分布有密切关系,别人成功的经验只能借鉴,不能复制。在美国成功了,不一定在中国走得通。

Plug公司从做产品到租赁产品提供服务,再到做能源,完成了三级跳。另外美国氢气的供应链以从70年代开始发展,到目前液氢供应体系为主导,有一个完整的液氢的配送体系,而在中国短时间内不可能有完善的液氢供应体系。因此我们不可能复制别人的成功。

氢能布局应着眼于制氢原料及能源的布局

中国氢能商业模式还没跑通,但不代表将来不会通。从美国公司的案例来看,对方在十几年的时间里一直坚持在氢能的闭环应用场景中摸着石头过河,当找到最佳的商业模式后这家公司已经上升为一家能源性质的公司。

氢能产业链要成气候的前提,是需要先解决氢源成本问题,氢源成本则和原料及能源获取有直 接的关系。希望更多的公司及资本布局在氢源方面也是对下游的应用起着重要支撑和推动作用。

为了氢能产业能走出自己的盈利商业模式,建议可以考虑由政府、能源集团、资本、大型企业等出面牵头建立全产业链的资源体系整合。包括整个产业链的上下游产线布局、产能匹配、能源供给、政策扶持、应用场景配套等等。

例如在交通运输领域:不局限于商用车的应用场景、可以在一定区域范围开展乘用车、氢能自行车、叉车、分布式热电联供、氢能后备电源。在储能和风光消纳领域:绿氢工厂,绿氨工厂,绿甲醇工厂等全产业链进行示范推广。

氢气的角色转变必将带来人们的思想转变

氢气从配角到主角的应用环境和场景发生变化,即从台后走到台前,个人认为,国家的政策、法规、标准、甚至能源体系都要及时、尽快做调整,使用者和管理者的思想需要转变。作为能源属性和应用的氢气应按照能源领域的管理和使用条件做调整。

不仅仅是对交通运输领域做财政补贴,凡是涉及氢能的应用、减排、能效提高等等新技术新产品均可以纳入补贴范畴。例如:分布式氢能热电联供设备、氢能后备电源、氢能叉车、氢能自行车、绿氢工厂,绿氨工厂,绿甲醇工厂等等。

同时,个人认为,用科学的态度和眼光来看待能源领域用氢的物理性质和使用场景,不必过分担心害怕出问题,出问题只是概率和时间的问题。从工业用氢到商业及民用用氢改变,如何控制事故发生,减小出事故的概率是一个长期的工作。不能为了不出问题按照最严苛的技术要求、制造要求、总图布置去制定规则、规范及标准,回避经济性、实用性等现实问题,因噎废食。

国内很多人认为,中国的氢能应用走到了世界最前面。我们的车辆数量、加氢站数量、加氢站的规模等都很快会在世界排第一。确实了不起,但是我不认为我们的产品是最先进的、我们的投资是最省的、我们的加氢站和制氢工厂的占地不是最小、最优的。笔者从 2013 年-2019年期间,去过多个国家、多个加氢站参观、考察、调研。并多次体验氢能汽车驾乘及加氢站加注感受。同时注意到海外的加氢站和国内的加氢站在总图布置上的差距甚大,国内在加氢站(制氢站)标准规范的改进空间较大,切忌夜郎自大。

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