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锂电、光伏“迷失”,氢能悄然崛起

2022-09-20 13:53
英才杂志
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正当大家受困碳酸锂、硅料涨价,苦寻解脱之道的时候,氢能悄悄站了起来。

“新的第四次工业革命是以什么推动的?我们看到的是数字技术,智能技术,包括生物科技和新材料,但是真正的动力是新能源。”在《英才影响力》的直播节目中,曾先后掌舵中海油和中石化的傅成玉这样说。

不过,近两年备受瞩目的新能源赛道,却上演了一出“冰与火之歌”。缺陷明显的锂电、光伏、风能气势如虹,诞生了一个又一个千亿市值公司,而被称为“21世纪终极能源”的氢能却反而落寞不已。

风光过后,我们看到电动车、锂电池企业为碳酸锂打工,看到硅料暴涨大大吞噬组件环节的利润,看到风电迷失在过去两年的抢装潮。而正当大家为此苦寻解脱之道的时候,氢能悄悄站了起来。

01终极能源

电动车的尴尬源于上游原材料的有限性,而光伏除了同样受困于原材料,还与风电一样受天气、时间影响大,不稳定、不持续。不仅如此,锂电池、光伏还存在固体废弃物、废水污染等问题,锂电池回收劣币驱逐良币的情况至今也没有解决办法。

相比之下,氢能虽不至于取之不尽用之不竭,但受制于主要原材料的可能性要微乎其微。同时,风光资源丰富的地区与用电量较大的地区不匹配,电网消纳和储存都存在一定问题。而氢能则不受时间限制,受地域的影响也极小,气态、液态、固态三种储存形式也比光伏、风电更丰富,长期储存也不影响质量和使用。而且氢能是真正的绿色能源,不像锂电池、光伏一样需要通过回收等手段来“擦屁股”。

隆基绿能的董事长李振国就表示,“氢在元素周期表排名第一位,是宇宙中最多的元素,占到宇宙质量中75%以上。”“氢气的能量密度是汽油的3倍,是焦炭的4.5倍,氢气与氧气燃烧或者发生电化学反应,生成的是水,所以氢是一种清洁高效的二次能源。”

不仅如此,电动车的发展不仅需要充电桩、换电站等基础设施配合,充电速度也要有保证。而新建的基础设施除了需要占用新的资源外,其经营及后期维护也都需要磨合。

与充电桩不同,氢能除了直接新建单一的加氢站外,还可以有油-氢合建站、CNG-氢合建站以及LNG-氢合建站等合建方式,利用现有的基础设施,同时在很大程度上避免了选址、审批等成本,维护上也可以使用现有人员和设施,商业模式不需要从新探索。

更重要的是,氢能的应用并不局限。

根据碳排放交易网,二氧化碳的主要排放源为工业(68.1%左右)、建筑(17.6%左右)和交通(10.2%左右)。要实现碳中和,不能忽视工业领域。显然,锂电池和光伏、风能很难解决工业领域的碳排放问题。

而氢能不仅可以像光伏、风能一样发电,像锂电池一样用于交通领域,同时也可作为冶金、化工等工业领域的燃料使用。艾瑞咨询曾做过测算,预计到2060年,我国氢气利用结构中工业占比最大,约为60%,其次才是占比31%的交通领域。

供给不受限,应用尤其广,这对于深受油价上涨之苦、依赖能源进口的中国来说,意义非凡。

02技术掣肘

“终极能源”有两层含义,除了天然优势以外,也表明目前还不能大规模应用。事实也确实如此。

在《英才影响力》节目中,傅成玉表示,这一次新能源革命是和第四次工业革命相伴生的。前三次工业革命我们没有及时跟上,这次中国有机会在新能源领域、科技领域引领第四次工业革命,这里面的关键则是技术。

而氢能之所以没有获得显著的发展,直接原因是成本高,根本原因还是技术不够成熟。这体现在从制氢、储运、加氢到应用的全过程,其中储运和加氢十分关键,这也是此前二级市场炒作最热的环节。京城股份就曾在去年底,因为储氢瓶短短一个月左右上涨了3倍。

氢气的制取主要有三种方式:化石原料(石油、天然气、煤炭)制氢、工业副产氢和电解水制氢。前两个称为灰氢,在灰氢基础上应用碳捕捉技术则为蓝氢,可再生能源电解水制氢为绿氢。很明显,实现碳中和最需要的是绿氢。

我国是全球第一大产氢国,2021年氢气产量约 3300 万吨,制氢工业体系比较成熟。不过目前主要还是灰氢,绿氢占比不足5%。未来随着光伏、风电装机规模的不断增加,绿氢的发展潜力将会逐步释放。只是降本不会一蹴而就,《中国氢能源燃料电池产业白皮书2020》预计到2030年我国可再生能源制氢才有望实现平价。

储运是掣肘氢能源发展的重要一环。因为氢在常温下为气态,体积能量密度仅为天然气的1/3、硬煤的1/20,所以在储运时更需要压缩密度来提高运输效率。这就涉及到什么运输方式最有效率,压缩到什么程度既安全又经济的问题。

在三种储运形态中,气态储运主要有高压气态储运(即长管拖车)和管道运输,液态储运包括液氢槽罐车、液氢储罐,固态储运包括储氢金属和稀土储氢材料。目前长管拖车是国内外最成熟的储运方式,在我国占比超过90%。液氢储运仅用于航空和军事,暂时未推广民用,固态储运则还处于试验阶段。

以应用最广的长管拖车为例,虽然成本较低、压缩过程耗能低、释放简单快速,但也存在体积储氢密度极低的缺陷,同时也有泄漏、爆炸的安全风险。当前我国长管拖车工作压力仅为 20~25MPa,单车氢气装载量在 350~400 公斤,成本随着运输距离而增加,经济半径只有120~150 公里。也就是稳定性还需要提高,暂时也不够经济。

加氢站之于氢能源车,就像充电桩之于电动车、加油站之于燃油车,没有加氢站,氢能源车寸步难行。加氢站建设成本包括氢气压缩机、储氢罐、加氢机、管道及阀门、站控系统以及土建成本等。中商产业研究院数据显示,在不考虑土地成本的情况下,一座加注能力为 500kg/d 的固定式加氢站,投资规模达到 1200 万元,相当于传统加油站的2-3 倍。

关键设备是加氢站不可承受之重。以目前我国建设最多的外供氢加氢站为例,其核心设备氢气压缩机、站用储氢容器、加氢机约占 500kg/d 外供氢加氢站建设总成本的58%,其中氢气压缩机、加氢枪仍为进口产品把控,而氢气压缩机占到建设成本的30%左右。

还有关键的燃料电池。作为能量转化系统,燃料电池是氢能源发展的核心,被誉为继水电、火电、核电之后的第四种发电技术。可以说没有燃料电池,以上关于氢能的一切都很难商业化。与纯电动汽车、传统燃油车相比,燃料电池汽车具有燃料热值高、温室气体排放低、燃料加注时间短、续航里程高等优点,比较适合中长距离或重载运输。因此,商用车或重卡就成了燃料电池发展的突破口。

但是燃料电池汽车对低温性能要求和动力系统成本都比较高,再加上基础设施缺乏等原因,至今也没有实现大规模推广。2022 年 1-7 月我国燃料电池汽车产销分别完成 2094 辆和 1633 辆,这还是在销量同比增长130%的情况下实现的。

与此同时,核心零部件电堆、双极板、质子交换膜、膜电极等都具有较高的技术壁垒,需要企业持续投入较高的研发费用。而在商业化前景不明的情况下,企业生存状况面临不小挑战,从燃料电池龙头亿华通的业绩和股价走势就不难理解。

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