中国氢能联盟还分析,至2050年,氢能在我国终端能源体系中占比至少达到10%,氢气需求量接近6000万吨。其中,交通运输领域用氢2458万吨,约占该领域用能比例的19%;氢燃料电池车产量达到每年520万辆。
多方献策解决产业痛点
氢能应用大有可为,但整个产业目前仍处于起步阶段,面临的掣肘和挑战颇多。在会上,专家们纷纷呼吁,“真正确认氢的能源属性”。
陶文铨谈到,“我们国家《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》中虽已确认氢的能源属性,但是许多实际审批及具体标准、规定中,氢只有危化品的属性而没有能源的属性,这不利于氢能产业的迅速发展。”其建议将氢参照燃气,在其能源属性方面,按照燃气来进行管理,这样可为氢能产业的发展营造一个良好的政策环境。
其次,则是关键技术“卡脖子”及如何降成本的问题。根据生产来源和碳排放量的不同,氢又分为灰氢、蓝氢和绿氢。其中,绿氢是由太阳能、风能等可再生能源电解水制得的氢气,过程中几乎不产生碳排放,所以被认为是未来主流,但其制取成本较高。
根据东吴证券的预测,如果是按照目前电耗5千瓦时/标方,电价0.3元/千瓦时来测算,碱性电解水制氢的合计成本为25元/kg,而煤制氢的成本为9.6元/kg,天然气制氢成本为15元/kg。由此可见,绿氢的成本将近煤制氢成本的两倍多。
“绿氢的成本主要是受电价、电耗和制氢设备等影响,其中电力成本约占到六七成以上。”在活动现场,一位氢能从业人士告诉钛媒体APP,虽然当前绿氢成本有所下降,但目前比较主流的观点都认为,绿氢要与蓝氢具备竞争力起码要到2025年之后,要与灰氢平价则需要更长的时间。
天风证券的研报就指出,预计至2025年,绿氢制备单位成本有望下降至14.46元/kg,;至2030年,绿氢制备单位成本有望进一步下降至8.88元/kg,分维度对比绿氢与蓝氢、灰氢的经济性看,绿氢与蓝氢有望在2025年平价,与灰氢有望在2025-2027年平价。
氢能替代不会一蹴而就,降成本亦非一朝一夕,随着氢能产业的发展,由绿电与绿氢耦合而形成的“电氢体系”被视为氢能创新的主要方向。
雷宪章就在会上表示,“要力争实现以电网为主,氢能(氢基能源)为辅的电氢耦合协同的清洁能源的新型能源供给模式,保证绿色能源安全供应和消费。”
他建议建设分布式主动供电系统,通过固体氧化物燃料电池技术及固体氧化物燃料电池蒸汽轮机联合循环系统,以充分保障新型电网的稳定运行和提高能源综合使用效率,为经济社会高质量发展提供坚强的能源保障。
“新型电力系统面临的最大挑战是高比例间歇性和波动性的可再生能源与刚性负荷的矛盾。”雷宪章认为,不同时段的电力系统负荷平衡需求可通过不同的储能技术来满足。面对以分钟小时为时间尺度的调度需求,可利用电池充放电实现调峰、调频;以天为时间尺度,则可利用抽水蓄能、压缩空气储能、SOFC (固体氧化物燃料电池)等实现功率平衡;中长期时间尺度下,可利用电解水制氢消纳新能源发电,以氢燃料SOFC发电技术匹配功率波动,确保电网高比例清洁电力条件下的全时域功率平衡和动态稳定。
同样面临严峻成本挑战的还有氢燃料电池。加拿大国家工程院院士、广州大学教授叶思宇在现场表示:“燃料电池产业链非常长,比如终端的汽车、飞机到上游的膜电极,再到上游的催化剂。而在我国,燃料电池的一些关键核心技术环节亟待实现技术突破,其中一个非常重要的材料就是膜电极。”
(西博会上展出的氢燃料电池发动机,来源;钛媒体APP拍摄)
叶思宇介绍,膜电极材料的一些研制环节依然是被国外技术垄断的,整个燃料电池电堆的研制成本中,膜电极所占的成本非常高。从某种意义上说,膜电极在整个燃料电池降成本过程中承担着最艰巨的任务。
如何解决?叶思宇称,要提升膜电极的研发水平,往上游看,需要提升膜电极所需的原材料技术水平和规模化水平。
“氢行业的快速发展依赖于跨行业、跨区域的合作、整合和创新,氢燃料电池全产业链多层级工程化验证尤其需要上下游产业链密切配合。”叶思宇建议,以产业化为导向的政、产、学、研、用的紧密合作是推动燃料电池关键材料不断更新换代的最佳路径。
针对氢燃料电池发展,陶文铨则更多从底层研发给出建议:一是深度研究并掌握催化层内部复杂的物理与电化学过程,查明与掌握催化层中复杂的多尺度、气液固、物理化学反应的规律、优化结构及掌握与制造工艺的关系;二是发展应用相似原理的高效的实验研究方法,只有利用相似原理才能大大减少实验测试次数而又能得到有较宽应用范围的结果;三是研发燃料电池堆全数字化多尺度仿真设计平台。