争做“三好生”!拨云雾睹“氢”天储存“风光”
发布日期：2022/7/31
发展氢能源是优化替代传统化石能源，真正实现碳中和的优选之举。我国碳排放量位列全球第一，长期发展会导致生态环境不断恶化且能源危机日益显著，已严重威胁到我国在国际中的能源发展地位，促使我国走上发展新能源之路。其中氢能凭借：取环保、获多元、储有量、用有需且高效，既为燃料亦为能源发展使用，成为我国走经济社会可持续发展之路的必要路径。
2060年中国氢能需求量达约1.3亿吨，使用氢能代替传统能源减少碳税效率高达76.7%，合计可节约超过700亿美元碳税。从碳排放降本角度看，2060年工业用氢占比最大超过60%，可实现减少碳排放量141.1亿吨，节约423.3亿美元的碳税；为交通运输领域减少碳排放量72.76亿吨和建筑及其他部分减少21.01亿吨，分别实现减少218亿美元和约63亿美元的碳税。逐步实现2060年碳中和降本、优化能源格局提升国际地位的多元目标。
成本是制约氢能发展最主要的因素，制储运加注各个环节成本均有下降空间。目前，制氢环节上，主要依托化石燃料合化工生产中副产物作为主供氢源的原材料以节省制氢成本，未来最优解绿氢主要通过国家政策引导，从原料供应、技术及相关设备三维度突破；储氢环节上，一方面高压气态瓶改造成为重点，另一方面，需推动低温液态储氢和介质储氢的发展；运氢环节未来趋势主要在液氢运输以及管道运输，通过技术发展与规模化生产双向驱动降成本之路；加注环节加强顶层设计，利用传统能源企业基础设施优势合建加氢站降本。
积极发展新能源和清洁能源运输工具。依托交通强国建设试点，有序开展纯电动、氢燃料电池、可再生合成燃料车辆、船舶的试点。推动新能源车辆的应用。探索甲醇、氢、氨等新型动力船舶的应用，推动液化天然气动力船舶的应用。积极推广可持续航空燃料的应用。
储能是新能源革命的瓶颈新能源还不是“三好生”
锂离电子电池的发明，使电动汽车发生了突飞猛进的变化，带动了可再生能源的大发展，但当前新能源还当不了“三好生”。所谓“三好生”，就是既要供应安全，又要价格便宜，还要绿色环保，这就是经济学上的“不可能三角”，经济可行、绿色低碳、安全可靠，很难同时满足。比如煤炭，安全可靠且经济可行， 但是它绿色低碳不太好；新能源则恰恰相反，绿色低碳 ，但是其他两个又不完全满足，这是目前我们遇到的一个困境。
新能源“靠天吃饭”，影响电网安全稳定以风电和光伏为主体的新型电力系统，通常说风电、光伏价格已经比煤电价格低， 这是指发电价格，实际上我们真正要用的时候，还会遇到一系列的问题。比如说风电、光伏，它是靠天吃饭，一会儿多，一会儿少，不可能24小时发，每天供需不平衡，整年也是不平衡的，区域是不平衡的。电网有一个原理：就是时时要平衡，它才能稳定。所谓稳定性问题，比如说负荷变大，发电的电功率不够，一般交流电的频率是50Hz，如果出现这个问题，交流电频率会下降。我们在发电侧，比方说燃气轮机、蒸汽轮机，锅炉的运行可能就不正常了；比方说变电站，它的变压器就有可能也运行不正常了，它会发热等。这样一来，我们电网就会要断电了，会引起电网的波动，频率的波动带来电网稳定性的丧失，这会导致停电的事故。美国的得州大停电同样也是因为频率下降过于厉害，湖南省在2020年冬季也遇到这个问题。那个时候，正好冬天比较冷，电力负荷达到历史新高，受到汛期光照极寒天气的影响，风电、光伏发出来的电达不到预期。它的出力变小，而火电机组又装机不足，所以导致无法满负荷运作。好在我们中国各省区有国家电网系统，全国协同一致，及时抑制这个问题，没导致大停电。
风电光伏发电成本低，但电价却不便宜电网的稳定性，须附加调频、调压、调峰等，这需要付出成本；还有电网由于波峰波谷特别大，我们按波峰最大功率来设计电网的话，成本也要增加；因为不平衡，我们就要给配套一些东西来补偿它；所以这三部分成本，我们就叫上消纳成本。风电、光伏发电的成本平价上网，但并不等于平价利用，因为消纳成本会导致电价上升，如果加上这个成本，那么可再生能源比煤发电还是要高的。德国是可再生能源发电比例率先超过50%的国家，按道理风电、光伏发电应该比较便宜。但德国原有的火电厂、煤电厂、燃气轮机组都并没有拆除。因为这些机组作为灵活性调节正好是来做补偿风电、光伏的波动和随机性，以及用来调频调峰，这些成本加上来之后，实际上总电价是上升了。
储能是新能源革命的瓶颈新能源革命的主要的瓶颈是什么呢？中国新能源的主要瓶颈不是风电、光伏，风电光伏技术很成熟，光伏效率在不断提高，成本在不断降低。光伏的原材料是硅，硅不存在资源的问题。新能源革命的瓶颈是储能， 我这里说的储能是广义的储能。针对可再生能源的随机性和波动性，将富余的可再生能源存储起来。当可再生能源不足的时候，把这种能量通过时空变换，再把它补回去，这就叫储能技术。我国光伏的产能极大，想增加产能也非常简单，但大规模推广必须要配储能。全世界认同的新能源革命有五大支柱：第一，可再生能源转型，尤其是光伏风电；第二，集中式转向分布式，让每一栋建筑都变成发电厂、微型发电厂；第三，用氢气电池来储存间歇性能源；第四，发展能源互联网技术；第五，电动汽车作为用能、储能回馈能源的终端。我们可以储能为抓手推动能源转型和新型电力系统发展。这是我们面向碳中和，中国新能源革命的一个重要的技术路径。
储能的技术与安全
提升电池循环寿命，可以有效降成本随着电动汽车的普及，电池产业规模越来越大。预计2025年，中国的电池产能会达到年产30亿千瓦时，而储能所需不到3亿千瓦时，储能所需要的电池大概是电动汽车的1/10。从整个需求来看，到2025年电动车所需电池量是10亿千瓦时。我国总产能规模目前占全球70%，是全球最大规模的，且我们的质量也是位居前列的。随着规模的上升，车用动力电池的成本也将不断下降，寿命也会不断提升。比如说现在储能电池循环寿命大概是5000-8000次，五年之后，我相信循环寿命超过1万次是非常容易的，未来循环寿命到15000次也是完全有可能做得到。所以随着寿命的上升，单次储能成本当然也会下降 。
制造锂离子电池的资源有充分有保障大家会担心一个问题：原材料够吗？最近碳酸锂价格猛涨，涨了十倍， 从过去的4万多涨到了40多万。这实际上是由于近期产能大规模上升，导致的近期波动，并不代表长期的趋势。从资源角度来看，我们资源是足够的，而且我们新发现的资源还在不断提升。2020年对比2015年，我们可采资源的探明储量提升了4倍，还会继续提升。按目前的资源，我们可以做多少电池呢？可以做2270亿千瓦时的电池，如果做电动车，一辆车100度电，可以做22亿辆，这是足够的。总体来看，资源是有保障的。当然供应的安全、偶尔的波动也是我们需要关注的问题，这是国家将来的材料安全必须采取措施的地方。
避免电池事故，要靠技术水平与安全规范储能电站的应用安全性怎么解决呢？主要有三条“安全”途径：一是针对在使用过程中的各种诱因，比如过充，电池中间有一些颗粒，会造成内短路，热管理系统不好，过热了，比方说夏天一般烧车的事故会增加。对于这样一些问题，我们要通过主动监控预警的方式来发现它，这就叫主动安全技术。二是本质安全也就是电池本身的安全性要好，要从电池的正负极材料的选择、电解液的选择、隔膜的选择以及整个设计制造过程来保证它。三是一旦本质安全出了点问题，由于各种诱因没扛住，就像人一样感染了，那怎么办呢？最好不要让它传染，电池系统是由很多个电池组成的，最好不能让它蔓延，阻断蔓延是最后一招，保证就算有诱因、就算是有一个电池发生问题，但整个系统没问题，这要靠隔热散热、消防来解决。这就是被动安全技术。
车网互动储能
电动汽车能变成电网的充电宝一般时候是电网给车充电，现在我们也可以用车给电网充电，把车变成电网的充电宝。也就是说，车既可以充电又可以往回放电，这就叫车网互动。比如说大家都是在下班六点来充电，电网是受不了的，但如果我们后半夜充电，反倒是把后半夜的波谷填了，波峰没有了，这就叫削峰填谷。这个还不是车网互动，只是有序充电，也就是我们用一个后台来调度大家充电，我们叫广义的车网互动，从有序充电到车网互动，有序叫V1G单向的，车网互动是叫V2G双向的。
车网互动能为多方赢得收益还可以扩展车跟车充电，车跟房子、车跟建筑、车跟微网都可以互动，不一定非要只是跟大电网互动，灵活性就非常大。用户是有收益的，而且可以创造很多就业机会。这么多车，聚合起来有很多人会办这个公司。而且政府也可以参与建立后台，国家电网也会参与调动，大家都有收益。电动汽车储能跟固定式储能电站相比有什么特点呢？第一成本低，电动车本来就是买来的，已经是买了出了钱的；第二风险低，因为电动车不会有特别大的事故，因为电池比较少，当然技术难度有提高。大家会疑问：“我这个车又开车又储能，那个电池就废了对吧”？实际上，我们现在的电池寿命是富余的。如果每次满电跑500公里的电动车，你要是1000次（满充满放）循环的寿命，你能开50万公里。2000次的循环寿命那就是100万公里。一般来讲，私家车一年也就开1万多公里，十年也就是一二十万公里，所以我们电池的寿命是富余的。另外90%的时间车都是停着的，所以在90%这个时间是可以用来进行车网互动赚取收益的。我们一辆车的力量是很小的，如果把所有的车合起来就大了。
2030年后车网互动储能总量将超过储能电站预计到2040年，中国大概会有三亿辆电动车，如果每辆车平均是65度电，那3亿辆车是200亿度电，我们车上可以装200亿度电。200亿度电是什么概念？我们今天全国每天的用电量就是200亿度，也就是说我们车上电池能装的电够我们全国用一天。当然了，我们并不能把所有这些电都拿出来，但至少一半是可以的，也就是100亿度。另外，从调节功率来看，如果每个充电桩15个千瓦，那么最后就会有30亿千瓦。30亿千瓦什么概念？我们2040年的非化石能源装机的一半，大概也就是30亿千瓦，这个也是足够大的。关键是我们怎么把它能够聚合起来？我们现在的国家标准、规范都有，电动汽车接入电网，参与能量互动，已经具备良好的电网硬件基础和设计方法。那么成本多少？其实成本并不高，只是把充电桩由单向变成双向就可以了，所以其他都是软件升级。在2030年之前，我们预测储能电站还是一个主体，在总量上一定会比车网互动要多，因为车网互动我们还需要一个发展的时期。那么到2030年之后，首先是电动车的数量会极大增加，另外新基建也会发展起来。所以由于成本低、安全性好、量大，在储能中，尤其是用户侧储能中占有很大的比例，未来逐步的会在总量上超过储能电站。图片车网互动离不开电池技术的创新随着今后的发展，我们还有不断的电池技术的创新，比如说现在寄予厚望的固态电池。从固态电池目前的研发看，有三种技术路线：氧化物、硫化物和聚合物。硫化物是车用全固态电池的主要选择。因为硫化物是在中间离子导电率最好的一种电解质，现在还有很多的技术难题需要克服，我们预计到2030年全固态电池占整个电池的量不会超过1%；在2030-2060年，现有的锂离子电池仍然会继续发展。目前储能电站的电池，比方说磷酸铁锂电池本身就是一种非常好的低成本、安全、长寿命的电池，所以我们对它也寄予了很大的希望，磷酸铁锂电池是完全中国自主的、不要镍不要钴，是最佳选择之一。
氢储能
除了交通，氢储能还有更广阔的应用我们现在基本上都是纯电路轿车，燃料电池轿车会不会来取代它呢？我个人的观点纯电动轿车还会是轿车的主体，燃料电池轿车要想取代是有难度的，关键是使用成本和方便性。因为纯电路轿车已经能满足轿车所有的需求，成本很低、直接用电。你用氢，如果用可再生能源制氢，能源利用效率只有25%，但是用电是75%，这两者就差别非常大。这种差别就会导致成本的增加，另外加氢的方便性跟充电比的话，大家可能觉得现在充电不是很方便，我相信今后充电会越来越方便，比大家加油还方便。至于寿命、续航，这已经都不是问题。当然，燃料电池在轿车上不一定是最好的选择，并不等于其他方面也不行，将来远洋货轮，它一定是用氢的，飞机也是会用氢燃料，另外还有重型卡车，还有很多无人机也都是它好的应用方面。所以我们看氢能以前都局限在交通，事实上，氢能是一个更大的概念，不仅仅是交通，氢能交通只是氢能的先导，燃料电池轿车只是氢能交通的先驱，所以我们一定要搞清楚，这是一个氢能战略，是一个大战略。
氢生产成本比电高，储存成本比电低氢储能也是一种非常重要的长周期大规模储能方式，这里的关键我们前面说了还是成本，氢经济性不是很好。电是直接就储了，氢还要电电解水制成氢，效率大打折扣。但是我们要记住，氢能讲究的或者说可再生能源讲究的是全链条经济性，包括制备、储运、运输、加充、使用全链条。发电生产成本低，但储电成本是高的，比如说1公斤氢可以储33度电，就算电池储1度电500块钱，储33度电就得15000块钱了。而储1公斤氢，如果在地上储，那1000块钱都不要，所以它储能的成本只是储电的1/10不到。电池不能长期储能，因为它有自放电，也不能大规模储能，因为储能电池的成本太高，所以在电池不适合的这些地方，氢能就有它的优势。储能有高频的、有低频的，有小功率、有大功率，有短周期、有长周期，不同的应用场景，需要不同的储能方式，电池和氢能正好互补，形成一种主流的储能方式。其他的各种储能方式，会与之配合互补，形成一个储能生态。
多种氢储能储运方式各显神通我们有各种各样的氢能的储运技术，比如说西部过来的长距离几千公里，一是靠管道，另外也可以用特高压先输电，输完电到东部再制成氢，也是可以的。现在特高压输电1000公里每度电只要几分钱，很便宜，贵的是配电网，特高压长途输电是比较便宜的，所以在特高压下到配电网的时候，在那个地方制氢，其实是有竞争性的。当然，我们还有其他的方式，比如说我们把它变成液氨。液氨是什么？我想大家都明白，我们很多县里面都有化肥厂，它就是用氨水做，味道不太好闻，但是氨水的整个基础设施、制作方法都是成熟的，它最大的优点是储氢密度极高 。高达什么程度呢？丰田的燃料电池轿车用700个大气压的氢瓶。100公斤的瓶子储5公斤氢，如果把它变成液氨，100公斤可储17.8公斤氢。所以液氨有绝对的储氢密度优势，而且运输便利、产业技术好，使用方式灵活。
氢燃料代替煤，让火电厂实现低碳排放最后把液氨用于发电来完成从电到氢，再从氢回到电，把多余的电存起来，电少的时候，我们再放回去，这就叫储能。那么怎么放回去呢？可以用各种方式发电发回去，也可以把它制成氨水到煤电厂，但我们说碳中和并不一定是要把火电厂消灭，是要把碳减下来。比如现在很多火电厂都是热电联供的，关键问题是燃料是煤，可以把碳捕捉下来，也可以把煤变成氨或者氢，就不会碳排放了。所以这也是一种将来火电厂改造的方式 。
让储能从配角变成主角
人人都是能源的消费者，也是能源的生产者在未来中国的电力和储能市场，会出现新的业态，那就是人人都是能源的消费者，同时也是能源的生产者。比方说用电动汽车储能，充电的时候要花钱，放电的时候可以赚钱，花钱的时候我用低价的电，卖电时是高价，这样来赚出收益，这就是未来的能源生态圈。那么，这怎样运营？各式各家的，这是一个运营的模式，就是自上而下，电网公司会有调度来进行指令下达，下达之后，有很多聚合商会响应这个指令来进行聚合，那么我们物业的综合体就取电售电，最后到我们各个车主，它是分层的网络。怎么聚合？相当于开一个炒电股市，或者说炒电的期货，就是每一个车主都是散户，可以开户，而聚合商来撮合这个供需 。你就入市交易，就跟卖股票一样，逢低买、逢高卖，我买是充电，我卖是放电，这实际上跟我们炒股是一样的。要方便实施，就需要建立集能源互联网的全国虚拟电厂，把它聚合起来相当于是一个聚沙成塔的过程。该什么情况卖、什么情况买，不需要你天天来干这个事，你只需要把这些想法规则告诉它，会自动的进行，不需要你做太多的事情。所以分布式的电力交易会完全市场化进行实时交易。在这种情况下，预计会形成万亿级的车网互动的智慧能源的市场规模。加强关键技术研发，让储能从配角变成主角我做一个储能市场发展的综合建议：首先，要明确主流储能技术的战略地位，这是实现碳中和的关键之一；第二，要明确储能在新能源中的角色定位；第三，要加强储能相关的关键技术研发；第四，建设车网互动V2X的基础设施；最后，要健全多层次统一电力市场体系。我想我们最终的愿景就是迎接第三次能源革命和第四次工业革命，就是绿色化和智能化。
新能源出现的原因和重要性 环境恶化和能源危机促使我国发展新能源 2020中国碳排放量全球范围排名第一，碳减排迫在眉睫。交通工具的普及，叠加工业、农业、建筑等各领域生产制造等因素，使用能源带来了大量碳排放，加剧温室效应形成。据《bp世界能源统计年鉴》，2020年中国碳排放量总计9899.3百万吨。在全球范围内碳排放总量排名第一，约占全球排放总量的30.7%。长期不节制排放会使得气温继续升高，从而引发出区域天气奇变、海洋酸化、自然界生态系统紊乱、物种灭绝等一系列威胁人类生存环境和身体健康等不良后果。所以碳减排迫在眉睫。转型发展新能源可以助力减少碳排放带来的危害。新能源来源干净（风、水、太阳等）、污染物排放少，可直接实现保护环境目的、遏制温室效应加剧。同时我国能源结构不平衡属于煤多缺油少气，天然气和石油依赖进口使用，发展新能源亦可逐渐减少和替代化石能源的使用，调整能源使用不均衡局面，逐步拜托依赖，建立自有能源发展体系。开发新能源是保护生态环境、缓解自有能源危机、走经济社会可持续发展之路的必要路径。 能源结构布局影响国际发展 碳中和、能源结构布局关乎国际发展格局 各国均在向碳达峰、碳中和努力推进。 欧洲国家碳排放定价普遍偏高 净零碳承诺需要有严格的短期及中期行动来支持，国家间正在制定愈加严格的碳定价工具。从碳排放交易机制来看，日本、新加坡等亚太国家制定价格为2-3美元/吨二氧化碳；与中国人均碳排放相近的法国、英国等欧洲国家定价已高于20美元/吨，采取更严厉的机制力达净零碳承诺。
我国能源结构布局 传统能源仍然占据主要地位，政策鼓励氢能开发使用 国际氢能产业进入快速发展期。美国、欧洲、俄罗斯、日本等主要工业化国家和地区都已将氢能纳入国家能源战略规划。根据国际氢能委员会发布的报告，全球范围内已有131个大型氢能开发项目，全球项目总数达到359个。预计到2030年，全球氢能领域的投资将激增到5000亿美元，2050年全球氢能产业将创造3000万个工作岗位，减少60亿吨二氧化碳排放，在全球能源消费占比重的达到18%。我国计划于2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。截止2020年，火力发电仍然占据中国发电结构的主导，占比达到57%。同年世界平局水平为33.8%，中国能源结构转变迫在眉睫。氢气作为高效低碳的二次能源，是双碳目标战略下的必然选择。为了实现碳中和2060的目标，我国氢气的年需求量从目前的3342万吨增加到1.3亿吨左右，在终端能源体系中占比达到20%。中国未来有望领跑全球氢能产业发展。
氢能源与传统能源对比 高效减排，储量丰富，来源广泛，降低使用成本 储藏有量，用有需。中国目前煤炭储量较为丰富，占世界探明储量的13.3%，石油、天然气较为稀缺。但储产比情况不乐观，以目前的探明储量，石油资源还可以继续开采18.2年，天然气43.3年，煤炭37年。 清洁氢能，热值强，缩成本。热值是指单位重量燃料燃烧时所产生的热量，是评价燃料质量的重要指标，单位以兆焦/千克（MJ/kg）表示。平均来看，石油为41.87MJ/kg，天然气为38.97MJ/kg，原煤为20.93MJ/kg，而氢气的热值达到142.4MJ/kg。国际上多以标准燃料应用的基热值（标准煤当量）29.27MJ/kg计量,石油、天然气折算标准燃料系数分别为1.4286和1.33，氢气达到4.865，是极为优质高效的清洁能源。根据国际货币基金组织给出的全球碳排放平均价格和美国能源协会公布的中国碳排放量数据计算得出，2019年我国煤炭、石油和天然气排放的二氧化碳的碳税价格已经达到323.2亿美元。氢能源使用对于实现时间短、任务重的碳中和目标有重大战略意义。
氢能源与其他新能源对比 氢能综合能力优于其他可再生能源
氢能源战略价值 从传统能源替代角度看氢能减排价值 根据《中国氢能源及燃料电池产业白皮书2020》，当前我国氢气产能约每年4100万吨，产量约3342万吨，是世界第一产氢国，到2030年我国可再生能源制氢有望实现平价，在2060年碳中和情境下可再生能源制氢规模有望达到1亿吨。需求方面，2030年我国氢气的年需求量将增加至3715万吨，2050年可到9690万吨，2060年则增加至1.3亿吨。 已知2020年中国氢气需求量大约为3.34亿吨，其中化石能源制氢（灰氢）占比最大，约为67%左右，灰氢量大约为2.24亿吨，而2020年绿氢占比仅3%，约有0.1亿吨。《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》预计到2050年，中国氢气需求量将达到9.69亿吨，其中灰氢制取比例从67%降至20%，绿氢制取比例提升至80%。（即灰氢约为1.938亿吨，绿氢为7.752亿吨） 因为灰氢通过燃烧化石燃料产氢仍会带来一定的碳排放量，而绿氢完全通过可再生能源和生物制氢等技术将实现零碳排放。相比之下2050年由于绿氢的占比不断增加，优化灰氢，碳排放将会大幅度减少，逐步实现2060年碳中和目标。
使用氢能减少的碳排放 使用氢能代替传统能源减少碳税效率高达76.7% 此处氢能源减少的碳排放量计算为：（氢能需求量同等热量条件下所需传统能源的碳排放量-制取氢能源过程中产生的碳排放量）*每单位碳税价格。其中等量氢需求量下所需传统能源的碳排放量可用其产生的热值作为换算依据，以2050年为例：所需的9.69亿吨氢将会释放的能量约等于65.93亿吨煤释放的热量， 其产生的碳排放等于65.93亿吨煤*化石燃料燃烧过程二氧化碳排放因子（2.64吨CO2 /吨标煤)，也就是174.05亿吨CO2，假设每单位碳税为3美元，则将会产生522.15亿美元的碳税。而制取氢能源过程中产生的碳排放量，主要理解为非绿氢制取中产生的碳排放量，根据北京理工大学能源与环境政策研究中心发布的《碳中和背景下煤炭制氢的低碳发展》研究可知，煤炭制氢将排放约20.90KG CO2e/kg H2，前面信息可得2050年我国灰氢量大约为1.938亿吨，因此灰氢的制取过程将会产生40.50亿吨二氧化碳。综合来看，到2050年，若氢气完全替代煤炭作为能源，将减少133.46亿吨二氧化碳排放。假设每单位碳税为3美元，则节约的碳税价格达到400.38亿美元，综上，氢能减少的碳税效率高达400.38亿美元/522.15亿美元=76.7%。有效实现降碳税节约我国能源发展成本。
氢能源战略价值 从不同应用领域看氢能减排价值 到2060年我国氢气利用结构中工业占比最大（约占60%），其次为交通（31%）。利用于工业领域，如炼油、氨生产、炼钢等，氢不仅可以当作能源亦可以当作燃料实现大规模应用。其次氢能凭借其高储能、高效释放和优秀燃料电池等特性，将有31%用于交通领域下，尤其在商用车、重型卡车中替代率高。在预计2060年我国氢需求量大约为1.3亿吨的前提下：工业领域用氢7.8亿吨，相当于减少53.07亿吨煤炭用量（利用热值对比氢得出）；交通运输领域用氢4.03亿吨，相当于减少27.56亿吨煤炭用量；建筑及其他领域用氢1.17亿吨，相当于减少7.96亿吨煤炭。根据化石燃料燃烧过程二氧化碳排放因子，工业、交通和其他领域减少的碳排放量分别为141.1、 72.76和21.01亿吨，工业领域将实现减少423.3亿美元的碳税，由于工业领域具有规模大占比高、多为B、G端为主导发展制造、自我传统能源转型压力大，产生的碳排放成本庞大等特点，所以氢能优先大规模布局工业领域一方面可以加速实现节能减排绿色环保碳中和目标，另一方面高效减少碳税，帮助企业和国家在国际舞台中实现可持续发展，其次是交通领域的用量将提升， 2060年将实现减少218.28亿美元碳税的成果。
从产业链看氢能目前发展困境 成本技术为主要制约因素制氢环节现状分析 灰氢仍是主流，绿氢为最终利用理想形态，以蓝氢作为过渡 根据制取方式和碳排放量的不同，分为灰氢，蓝氢及绿氢。灰氢是通过化石燃料（例如石油、天然气、煤）燃烧产生的氢气；蓝氢是在灰氢的基础上，应用碳捕捉、碳封存技术，实现低碳制氢；绿氢是通过光伏发电、风电以及太阳能等可再生能源电解水制氢，在制氢过程中基本上不会产生碳排放，被称为“零碳氢气”。目前主要有三种主流制取路径：1）以煤炭、天然气为代表的化石能源重整制氢；2）以焦炉煤气、氯碱尾气、丙烷脱氢为代表的工业副产气制氢；3）电解水制氢。我国现阶段约97%的氢气都是由化石能源制氢或副产氢获得。
氢能源储运环节现状分析 氢的特性对储运提出挑战，长管拖车高压气态储运为主流 储运环节是制约氢能源成本的重要因素。氢能源的储运可以分为高压气态储运、低温液态储运、有机液态储运、固态介质储运、合成燃料储运等多种方式。现阶段我国储运处于早期阶段，普遍采用20MPa气态高压储氢与集束管车运输的方式，车载高压储氢瓶我国目前主要采用35MPa。质量能量密度最高：氢在常温下为气态，体积能量密度较低，仅为天然气的1/3(20MPa），约为硬煤的1/20。所以与天然气等相比，氢气的储运更需要考虑压缩密度提高运输效率，当前的措施主要为高压压缩以及液化处理。氢流速更快：氢气在管道中的流速大约为天然气的2.8倍，可以改善氢体积密度低的缺陷，采用天然气管道的氢气运输可以达到80%-90%的原始输送能力。氢脆特性：过量的氢原子进入金属基体后 ,在应力作用下, 会引起金属韧性或承载能力的降低 , 从而发生断裂(通常是亚微观的断裂) 或者突然脆性失效。加氢站建设现状分析 加氢站成本较高，顶层设计加快推动企业积极布局 我国加氢站数量处于全球第一，但建设主要受政策驱动，存在审批、成本等困境：1）加氢站土地审批流程繁琐，还涉及环评、消防审批等；2）我国加氢站设备成本约占70%以上，据中国氢能联盟数据，建设一座500kg、加注压力35MPa的加氢站的成本为1200万元（不含土地费用），相当于传统加油站的3倍，单位加注成本约13-18元/kg；3）氢气压缩机、加注机成本占据65%左右，关键设备及其核心零部件的进口依赖度高。2022年3月发布的《氢能产业发展中长期规划（2021-2035）》提出部署建设一批加氢站，各地也针对性进行了加氢站布局，如内蒙古提出到2025年累计建成60座加氢站，四川成都最高给予1500万元建设运营补助，合力推动加氢站发展。
全球氢能发展现状 与其他发达国家相比，我国运输环节存在巨大空间 相较我国，美、日、欧发展氢能时间长，技术与产业链更加成熟与完善，在储运环节液态运输技术及配设设施较为成熟，而我国现阶段氢的运输主要以高压气态长管拖车运输为主，管道运输仍为短板弱项，需积极推进进行天然气掺氢、管道输氢、有机液体储运、固体材料储运等技术的开发和布局，尚存广阔发展空间。此外，美、日、欧也建立产业联盟协同上中下游各个企业协同发展。从产业链看氢能未来之路 技术革新+政策引导共同推动绿氢发展之路 我国氢能源发展起步晚，速度快，目前主要依托化工生产中的副产物作为主供氢源的原材料，以节省制氢成本。然而，依托于工业原料及副产物所制的“灰氢”及结合CCUS技术的“蓝氢”仍会产生较大碳排放，根据国际氢能委员会测算，2030年碳排成本约为50美元/吨二氧化碳，使得灰氢成本达46.22元/kg，或与“绿氢”同价，须加快推动通过可再生能源、电解水等方法，实现全程百分之百零碳排、零污染的“绿氢”继续发展。目前，“绿氢”的制取方式为电解水制氢，主要的制取工艺为碱性电解、PEM电解（质子交换膜电解）、固体氧化物（SOEC）电解，其中ALK碱性电解与PEM电解技术应用较为成熟。
“绿氢”降成本基本路径主要通过国家政策积极引导，从原料供应、技术及相关设备三维度突破。技术、成本多环节突破，发展多样化储氢方式 从氢的储存来看，氢的大规模应用下，一方面高压气态瓶改造成为重点，另一方面，需推动低温液态储氢和介质储氢的发展。高压氢能瓶未来主流为金属内胆纤维缠绕瓶（III型）和塑料内胆纤维缠绕瓶（IV型），VI型瓶内胆采用树脂，在70MPa标准下可以实现更长的寿命，助力氢储存降本增效。低温液态储氢从储能密度来看是最为理想的储氢方式，但对容器绝热性能要求很高，目前主要应用于航天领域。介质储氢主要分为固态金属、有机液体（甲苯、二苄基甲苯等）、合成燃料（甲醇、氨等）等，其中固态储氢方式通过化学或物理吸附原理将氢气吸附后储存，载体一般为纳米材料或者金属氢化物。液态有机储氢可以利用传统的石油基础设施进行运输、加注，方便建立加氢网络。储运环节发力管道输送，加注环节合建加氢站降本 氢能源储运环节主要瓶颈在于解决高成本、效、安全性难题，从氢能规模化来看，目前的长管拖车高压气氢不能满足大面积区域辐射，未来趋势主要在液氢运输以及管道运输，其中，液氢技术门槛较高，国产化程度低，大规模应用还难以满足，可先通过驳船应用于洲际运输。美国、欧洲分别已有氢气管道2500km、1598km，我国仅有400km左右，发展较为滞后。管道运输的成本难题主要是初始投入高，但随着规模化应用，后期运输成本很低，是氢能储运的未来所在。单一的加氢站审批程序复杂，成本高昂，合建加氢站可分为油-氢合建站、CNG-氢合建站以及LNG-氢合建站，可利用现有加油加气站的场地设施改扩建，探索站内制氢、储氢和加氢站一体化的加氢站等新模式部分。中国石油、中国石化等企业拥有庞大的加油站，具有发挥氢能业务的网络优势。
来源： 巅峰能源
