冬奥会大规模应用的氢燃料汽车有何亮点,发展瓶颈在哪?| 见智研究

作者: 吴悠
为了冬奥会顺利进行,我国氢能产业链自上而下都进行了强势布局,背后有何值得关注?

作为我国有望首个实现“碳中和”的奥运赛事,北京冬奥会确定了18项碳减排措施和4项“碳中和”措施,由于冬奥会场地的温度很低,很多地方甚至低至零下三十余度,而电动车无论是配备三元锂电池还是磷酸铁锂电池,即使配备了热管理系统进行保护,在如此低温状态下,其动力电池的性能依旧会受到不同程度的影响,甚至出现较大幅度的衰减,所以实现冬奥会碳减排的重任就落在氢燃料电池汽车上了,在这次盛会上,氢能领域的各项产业都进行了落地使用。

华尔街见闻·见智研究将在本篇报告中着重对氢能产业链进行详细剖析,并对目前氢能未来发展的主要瓶颈进行梳理讲解,同时也将在下一篇报告中针对目前国家、地方以及公司三个维度上对氢能的重视程度,以及目前最为吸睛的氢燃料电池汽车的相关进度进行解析。

1、氢能产业链剖析

2021年以来,受益于终端电动车的强劲需求和光伏风电的装机量爆发,新能源行业中光伏、储能、锂电等细分行业纷纷迎来自身的高景气发展。而在碳中和碳达峰的大背景下,除了电动车和风光储,氢能也同样是实现碳减排的重要方法,尤其是在上游锂资源约束压力加大背景下,推进氢能和燃料电池汽车的发展也是一条可行之路。

华尔街见闻·见智研究认为,这一点在冬奥会的氢能配套情况上就有所体现,为了冬奥会的顺利进行,我国整个氢能产业链自上而下来都进行了强势布局,制氢上游方面,我国修建了11座制氢厂来提供足够的氢能;运氢中游方面,超300辆氢气槽罐车运输氢气;下游加氢方面,中石化,中石油等能源企业配备30多个加氢站给予支持;终端方面,宇通、北汽、丰田等车企上千辆不同类型的氢燃料电池汽车投入到各种赛事服务里,毫无疑问,我国冬奥会除了是一场体育盛会,也是全球最大的一次氢燃料电池汽车产业链的展示会。

而氢能之所以能和风能、光伏和锂电一起纳入新能源范畴,首先在于氢本身就是具有极高的能量密度,从热值来看,氢气的热值高达142.5MJ/kg,远高于目前新能源的主要方向锂电池以及传统能源煤炭、石油、天然气等。其次,氢能在保证较高的热值的同时,使用后的残留物还是水,这导致氢能是一种非常清洁的能源形式,但是正如锂电池本身虽然电能释放碳排放不大,锂电池生产部分的碳排放却高达90 kg CO2/kWh左右。

氢能的产业链包括上游的氢能制备,中游氢能储存和运输以及下游的氢燃料电池和工业领域等应用,所以如果从整个流程来看,制作氢气的过程除了电解水制备的绿氢完全没有碳排放,灰氢(化石燃料石油、天然气和煤制取氢气)和蓝氢(使用化石燃料制氢的同时,配合碳捕捉和碳封存技术)都不是清洁的,甚至碳排放量还不小,而目前国内电解水制氢比例很低,占比还不到2%。中游储运氢目前包括液氢储运、高压储运和固态储运,由于储氢技术以及储氢瓶材质等受限,导致这个环节是氢燃料电池汽车使用成本增加的主要环节,也是未来氢能发展的瓶颈之一,将在下文重点分析。

从当前氢气的需求结构来看,工业色彩依然很浓,换而言之,氢气的下游应用其实主要还是集中在传统工业领域如合成氨、石油炼化等(生产合成氨用氢占比为37%、甲醇用氢占比为19%、炼油用氢占比为10%),所以制氢方式仍旧围绕在灰氢,所以近几年氢气的产能增速一直维持在低位,在2%-3%左右,但随着氢能的使用拓展至电力、交通、建筑等各类场景,氢气的需求将会持续加大,其中氢燃料电池车或是氢能最有前景的路径。

2、氢能发展瓶颈在于提纯和储运

正如前文所说,氢气大多作用于炼钢,化工等工业行业,所以对氢气的杂质标准的要求不需要太高,灰氢的确完全可以满足上述条件,但是用于未来的主要应用领域——氢燃料电池汽车就不行了,其对于纯度就有较高的要求。

华尔街见闻·见智研究认为,此前氢能及氢燃料电池汽车不管是政策还是技术的落地都不明朗,但是2021年下半年以来,氢能产业政策陆续落地,8月底中央五部委联合启动了燃料电池示范应用的工作,同时随着北京、上海、广东和河北等地纷纷纳入首批和二批氢能示范城市名单,各项技术有了推进动力后,氢能和燃料电池汽车都有望迎来一轮高速发展期。

而目前仅从制氢水平和路线来看,其实我国已经有不少的成熟技术以及氢气产能,根据中国煤炭加工利用协会统计,2021年我国氢能产量已经突破3000万吨,已成为世界第一大制氢大国,但是绿氢产能仍然很低,只有10万-20万吨的产能。主要原因就在于氢气提纯方面却有着一定的门槛,此前,由于制造氢气的来源主要是化石燃料和煤,氢气会带有不同成分的杂质,如果想满足下游燃料电池级的氢气,还要去除例如煤炭里面带来的硫的成分。

目前燃料电池车数量较少,氢气需求量不大,适合短距离运输的气态长管拖车是目前主要运氢方式;而管道运输当前面临负荷率较低和前期投资大的问题难以大规模推广,通过已经建立好的天然气管道掺氢输送为较好的折中方案,但是此项方案同样需要考虑后期提纯的问题,所以我国要想在未来真正大力发展氢燃料电池汽车,氢气提纯的解决势在必行。

此外,氢气的储运也是影响氢能大规模发展的因素之一,氢能源目前的成本高于其他新型能源和传统能源,这些高昂成本主要来自于储运氢端而非制氢端。从某种程度来看,制氢端的绿氢电解水制氢成本的确较高,且技术突破所需的时间较长,但传统化石燃料制氢的整体成本也就是灰氢其实并不高,但由于氢气的供应链整体网络未能形成(截至2021年,我国累计建成的加氢站数量尚不足200座),且氢气本身较为活跃、易逃逸以及容易造成金属产生氢脆的特性,使得氢气的运输成本极高,因此氢气的制造价和终端氢燃料电池汽车的消费价出现巨大差异,而导致这一差异的主要瓶颈就在于储运氢的高成本,因此提纯和储运的完善与降本将是下一阶段氢能发展需要着重解决的重要环节。

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浪里个啷
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老师的文章一直很专业,赞

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