再生能源脫網(wǎng)與工業(yè)脫碳的完美結合——綠氫,正在普及的路上。 內.容.來(lái).自:中`國`碳#排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai f an g.com
01、什么是綠氫? 內.容.來(lái).自:中`國`碳#排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai f an g.com
能源系統本質(zhì)上為碳氫系統,氫比例越高,能源越干凈、熱值越高,因此從高碳燃料向低碳燃料轉變,最終答案指向完全不含碳的氫能,而氫氣來(lái)源廣泛、熱值高、清潔無(wú)碳,被譽(yù)為“21世紀終極能源”。
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氫制取來(lái)源包括化石能源制氫、工業(yè)副產(chǎn)氣制氫、電解水制氫、其他可再生能源制氫等方式,根據制氫工藝和二氧化碳排放量的不同,可劃分為灰氫、藍氫和灰氫三種路徑。 本*文@內-容-來(lái)-自;中_國_碳^排-放*交-易^網(wǎng) t an pa i fa ng . c om
其中灰氫指通過(guò)化石燃料燃燒/工業(yè)副產(chǎn)轉化而來(lái)的氫能,生產(chǎn)過(guò)程中釋放大量的二氧化碳,無(wú)法實(shí)現零碳生產(chǎn),因技術(shù)成熟且成本較低,是當前主流制氫方式。藍氫是在灰氫的基礎上利用碳捕捉封存技術(shù)(CCUS)減少生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放,實(shí)現低碳制氫,作為過(guò)渡性的技術(shù)手段。
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綠氫則是通過(guò)光伏發(fā)電、風(fēng)電及太陽(yáng)能等可再生能源電解水制氫或生物質(zhì)等其他環(huán)保方式制氫,在制備過(guò)程中不會(huì )產(chǎn)生二氧化碳,為真正意義上的綠色環(huán)保“零碳氫氣”。 內/容/來(lái)/自:中-國/碳-排*放^交%易#網(wǎng)-tan p a i fang . com
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數據來(lái)源:中國氫能聯(lián)盟研究院,《中國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告2020》,鑫欏氫能
從產(chǎn)量結構來(lái)看,2021年全球9400萬(wàn)氫氣產(chǎn)量主要來(lái)源于化石能源制氫,占比高達81%,其中煤制氫占全球產(chǎn)量的19%;天然氣制氫全球占比高達62%,低碳排放制氫占比僅0.7%,其中電解水制氫產(chǎn)量?jì)H3.5萬(wàn)噸,占比0.04%。國內制氫結構中,由于我國天然氣緊缺依賴(lài)進(jìn)口,煤炭資源豐富,我國氫能生產(chǎn)來(lái)源主要以煤炭為主,2020年我國煤制氫占比高達62%,天然氣制氫占比19%,工業(yè)副產(chǎn)氫占比18%,電解水制氫占比也僅有1%。
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綠氫由于是通過(guò)光伏、風(fēng)電以及太陽(yáng)能等可再生能源發(fā)電實(shí)現電解水制氫,生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現零碳排放,同時(shí)以其大規模、長(cháng)周期、長(cháng)距離等儲能優(yōu)勢有效解決可再生能源消納問(wèn)題,以及綠氫制氫的純度也更高,因此綠氫逐步取代灰氫幾乎是必然趨勢。
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氫儲能電站示意圖資料來(lái)源:CNKI 本文@內/容/來(lái)/自:中-國-碳^排-放-交易&*網(wǎng)-tan pai fang . com
除了在化工領(lǐng)域對灰氫替代外,長(cháng)期增量空間還有交通領(lǐng)域、天然氣加氫、煉鋼用氫,助力工業(yè)、交通領(lǐng)域的減碳,是全球第四次能源革命的重要載體。
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02、全球都在綠氫賽道上開(kāi)足了馬力
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全球積極推進(jìn)氫能發(fā)展,尤其近年來(lái)在碳中和+能源安全雙輪驅動(dòng)下,都在大力發(fā)展可再生能源制氫。
當前包括日本、德國、美國、中國等在內的42個(gè)國家和地區都已經(jīng)推出氫能政策,36個(gè)國家和地區的氫能政策也正在籌備中,各國在氫能政策中均著(zhù)重提出要加速布局可再生能源電解制備綠氫。 本*文`內/容/來(lái)/自:中-國-碳^排-放“交|易^網(wǎng)-tan pai fang . c o m
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資料來(lái)源:BNEF
其中國內已經(jīng)明確在非化工區制氫松綁,并發(fā)布電解制氫補貼。近年中央頂層設計逐步完善,發(fā)布《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(cháng)期規劃(2021-2035年)》。多地響應國家氫能發(fā)展戰略發(fā)布本地氫能規劃,疊加風(fēng)光大基地鼓勵就地消納,倒逼綠氫項目建設,已有4個(gè)省級行政區、3個(gè)市級行政區發(fā)布關(guān)于新能源制氫制度松綁的相關(guān)政策,并通過(guò)直接生產(chǎn)補貼、電價(jià)優(yōu)惠和配套獎勵(風(fēng)光指標)支持綠氫發(fā)展,國內綠氫招標密集落地,2023年行業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展期。 本+文`內/容/來(lái)/自:中-國-碳-排-放-網(wǎng)-tan pai fang . com
機構統計目前規劃綠氫項目近15GW,其中2023年1-2月開(kāi)標項目達到730MW,預估全年開(kāi)標項目超2GW(對應10萬(wàn)噸),同比翻番。 本%文$內-容-來(lái)-自;中_國_碳|排 放_交-易^網(wǎng)^t an pa i fang . c om
在俄烏沖突的背景下,歐盟對氫能尤其是發(fā)電領(lǐng)域的應用寄予厚望,希望通過(guò)發(fā)展氫能擺脫對外天然氣依賴(lài),并設定了嚴格的綠氫門(mén)檻以配合后續碳關(guān)稅的實(shí)施。歐盟在2022年RepowerEU規劃中明確提出到2030年分別自產(chǎn)、進(jìn)口1000萬(wàn)噸可再生氫。
歐盟對制氫的排放設定了嚴格的門(mén)檻,以配合其未來(lái)碳關(guān)稅的實(shí)施,將推出碳差價(jià)合約(CCfD)以促進(jìn)綠氫在工業(yè)領(lǐng)域應用,并擬成立歐洲氫能銀行;歐盟創(chuàng )新基金承諾出資8億歐元計劃2023年下半年開(kāi)始氫能補貼項目招標(招標項目的制氫有固定溢價(jià))。 本文`內-容-來(lái)-自;中_國_碳_交^易=網(wǎng) tan pa i fa ng . c om
在2022年12月,西班牙、葡萄牙與法國共同公布了約28億歐元的H2Med管道建造計劃,該管道每年將由西班牙向法國和葡萄牙輸送200萬(wàn)噸綠氫??傮w來(lái)看,歐盟綠氫發(fā)展將進(jìn)入實(shí)質(zhì)階段。 夲呅內傛萊源?。骇鎲┨?排*放^鮫*易-網(wǎng) τā ńpāīfāńɡ.cōm
美國的發(fā)展路線(xiàn)同樣明確,給予綠氫豐厚的補貼。美國的《國家清潔氫能戰略和路線(xiàn)圖(草案)》對未來(lái)美國氫能發(fā)展提出明確規劃,到2030、2040、2050年美國清潔氫需求將分別達到1000、2000、5000萬(wàn)噸/年。同時(shí),推出《通脹削減法案》(IRA)和《兩黨基礎設施法》(BIL)等政策工具,從經(jīng)濟性角度刺激綠氫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
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IRA根據制氫碳排放水平,給予不同程度稅收補貼優(yōu)惠,有效電解制氫成本將進(jìn)一步下降,刺激綠氫行業(yè)發(fā)展。BIL也通過(guò)近100億美元預算,通過(guò)扶持不同細分環(huán)節,構建完整的氫能產(chǎn)業(yè)鏈。 本文@內/容/來(lái)/自:中-國-碳^排-放-交易&*網(wǎng)-tan pai fang . com
03、綠氫替代并不遙遠
未來(lái)市場(chǎng)空間巨大 本`文@內-容-來(lái)-自;中_國_碳排0放_交-易=網(wǎng) t an pa ifa ng . c om
綠氫性?xún)r(jià)比提升,主要來(lái)自于電費成本下降和碳排放考核的趨嚴。
目前國內最成熟的電解水制氫技術(shù)為堿性電解,整個(gè)制氫成本主要在于電費和設備折舊,其中電費占比70%-90%,折舊占比10%-30%。按照年生產(chǎn)時(shí)間2000小時(shí),電耗5kwh/標方,電價(jià)0.3元/kwh,1000標方的電解槽制氫成本為25元/kg。目前煤制氫成本9-10元/kg,天然氣制氫成本15元/kg,差距還有些大。 本+文內.容.來(lái).自:中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) ta np ai fan g.com
理想情況下,按照電耗4kwh/標方,電價(jià)0.15元/kwh,對應成本為15元/kg,則基本可與天然氣制氫平價(jià);若綠氫與風(fēng)光、風(fēng)電耦合,年利用小時(shí)提高至4000小時(shí)以上,則成本有望進(jìn)一步下降至11元/kg以?xún)?,則基本可以實(shí)現與煤制氫平價(jià)。
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同時(shí),綠氫實(shí)現零排放,若考慮碳價(jià)加持,若碳價(jià)從50元/噸提升至200元/噸,則綠氫成本在16-18元/kg即可實(shí)現制氨制甲醇平價(jià)。 夲呅內傛萊源?。骇鎲┨?排*放^鮫*易-網(wǎng) τā ńpāīfāńɡ.cōm
專(zhuān)業(yè)機構預測,在零碳加持下,預估綠氫在2025-2027年基本可實(shí)現平價(jià)。
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那綠氫帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的市場(chǎng)有多大?
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根據國際能源署,2021年全球氫氣總產(chǎn)量(含合成氣)約9400萬(wàn)噸,同比增長(cháng)5.5%,占全球終端能源比重約2.5%,其中每年純氫制備產(chǎn)量約為7000萬(wàn)噸。伴隨世界各國減排承諾方案的推進(jìn),預計2030年全球氫氣產(chǎn)量有望突破1.5億噸。
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根據主要國際能源組織的預測,到2050年全球的綠氫產(chǎn)量將遠遠高于藍氫。IEA預測2030年電解水制氫及生物質(zhì)制氫等綠氫產(chǎn)量占比將達34%,2050年全球綠氫產(chǎn)量將達3.23億噸,較藍氫產(chǎn)量高58%。 本文@內/容/來(lái)/自:中-國-碳^排-放-交易&*網(wǎng)-tan pai fang . com
至2060年,幾乎全部的氫氣需求都將由低排放技術(shù)滿(mǎn)足,其中近80%是電解水制氫,屆時(shí)電解水制氫將成為具有成本競爭力的制氫工藝,耦合CCUS的化石能源制氫產(chǎn)量則將滿(mǎn)足16%的氫氣需求。而彭博新能源財經(jīng)則預測2050年全球氫能產(chǎn)量將達到8億噸,且全為綠氫。 本+文+內/容/來(lái)/自:中-國-碳-排-放(交—易^網(wǎng)-tan pai fang . com
而自2020年“雙碳”目標提出以來(lái),我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展加速,氫能產(chǎn)量由2017年的1915萬(wàn)噸增長(cháng)至2021年的3300萬(wàn)噸,5年CAGR達14.6%,2021年32%的同比增速更是創(chuàng )下新高,目前已是第一大制氫國。并且氫儲能2023年就是產(chǎn)業(yè)化元年,長(cháng)周期氫儲能項目建設還會(huì )加速綠氫生產(chǎn)。 夲呅內傛萊源?。骇鎲┨?排*放^鮫*易-網(wǎng) τā ńpāīfāńɡ.cōm
內/容/來(lái)/自:中-國-碳-排-放*交…易-網(wǎng)-tan pai fang . com
數據來(lái)源:中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì ) 本`文-內.容.來(lái).自:中`國^碳`排*放*交^易^網(wǎng) ta np ai fan g.com
04、產(chǎn)業(yè)鏈哪個(gè)環(huán)節正在受益? 本*文`內/容/來(lái)/自:中-國-碳^排-放“交|易^網(wǎng)-tan pai fang . c o m
當前,綠氫生產(chǎn)技術(shù)主要有堿性電解(ALK)、質(zhì)子交換膜電解(PEM)、陰離子交換膜電解(AEM)以及固體氧化物電解(SOEC)四種。其中堿性制氫技術(shù)成本最低,國內90%項目采用該技術(shù),海外此前以PEM為主,近兩年為降本也逐步轉至堿性路線(xiàn),預計未未來(lái)的規?;惺诫娊馑茪湟詨A性為主。 本*文@內-容-來(lái)-自;中_國_碳^排-放*交-易^網(wǎng) t an pa i fa ng . c om
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數據來(lái)源:中國石化官網(wǎng) 本`文-內.容.來(lái).自:中`國^碳`排*放*交^易^網(wǎng) ta np ai fan g.com
堿性電解水制氫設備由四大部分構成,其中電解槽又是最核心的設備。
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全套水電解制氫裝置主要設備有:前端電器設備(變壓器、整流柜、PLC程控柜、儀表柜、配電柜等),占成本比重20%;核心設備電解槽,占成本比重50%-60%;固液分離裝置,占成本比重15%;后端干燥純化系統,占成本比重10%;其他輔助系統如純水機、冷水塔、冷水機、空氣壓縮機、堿液箱、原料水箱、補水泵等占成本比重5%。以1000標方/h的裝置為例,目前售價(jià)1000萬(wàn),其中電解槽售價(jià)500萬(wàn)左右。
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未來(lái)幾年電解槽設備招標有望期翻番增長(cháng),高峰期10倍空間。根據高工氫能統計,2021年國內電解水制氫設備出貨722MW(含出口,不含研發(fā)樣機),根據機構對各大項目跟蹤,預估今年國內電解槽招標量可達2GW,對應400臺1000標方堿性電解槽。
若2030年全球到綠氫占比有望達到30%,則高峰時(shí)期電解槽設備求需求2.5萬(wàn)臺左右1000標方,按照單線(xiàn)價(jià)格700萬(wàn),對應市場(chǎng)空間1750億,其中國內占三分之一,市場(chǎng)空間近600億。
此前電解水制氫行業(yè)規模還小,主要由718所(派瑞氫能為中船718所下屬市場(chǎng)化企業(yè))、考克利爾競立和天津市大陸制氫設備三家占據絕大部分份額。2021年提出雙碳目標后,隆基、陽(yáng)光等光伏企業(yè)進(jìn)入電解水行業(yè),2022年大批廠(chǎng)商涌入,1000標方產(chǎn)線(xiàn)密集下線(xiàn)。
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目前行業(yè)內可做及計劃做堿性電解槽廠(chǎng)商超100家,行業(yè)產(chǎn)能或超10GW。2022年718、競立、隆基三家占據市場(chǎng)近75%份額,三家訂單主要來(lái)自中石化庫車(chē)52臺項目,其中競立2022年出貨230MW,市占率32%,份額第一。
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趨勢上看,龍頭公司技術(shù)積淀深,性能指標領(lǐng)先且產(chǎn)品經(jīng)過(guò)實(shí)地長(cháng)時(shí)間運行檢驗過(guò),優(yōu)勢明顯,且從當前大項目招標看,由于電解槽要求穩定運行15年以上,業(yè)主方更傾向于與第一梯隊、第二梯隊廠(chǎng)商合作。 本文+內-容-來(lái)-自;中^國_碳+排.放_交^易=網(wǎng) t a n pa ifa ng .c om
不過(guò)2023起開(kāi)始,價(jià)格競爭會(huì )有所加劇,傳統業(yè)務(wù)協(xié)同效應明顯,可提供資源支持,技術(shù)研發(fā)激進(jìn)的企業(yè);以及依托集團內部資源(風(fēng)光電站、化工園區),獲得項目招標的公司,同樣具備較強的發(fā)展潛力。 本+文`內.容.來(lái).自:中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai fan g.com
其中隆基綠能是全球光伏龍頭,已實(shí)現組件一體化布局。公司在氫能領(lǐng)域研發(fā)的核心航道是降低制氫的單位電耗,2月推出世界領(lǐng)先的制氫裝基備系列產(chǎn)品隆基ALKHi1,直流電耗滿(mǎn)載狀況低至4.3千瓦時(shí)每立方米,Hi1plus產(chǎn)品低至4.1千瓦時(shí)每立方米,可以降低10%以上的直流電耗,大幅降低LCOH,驅動(dòng)綠氫經(jīng)濟性提升。隆基氫能2021年實(shí)現500MW產(chǎn)能,2022年實(shí)現1.5GW產(chǎn)能,預計2025年達到5-10GW。 本文+內-容-來(lái)-自;中^國_碳+排.放_交^易=網(wǎng) t a n pa ifa ng .c om
陽(yáng)光電源則是全球逆變器龍頭,從光伏制氫入局氫能,成立全資子公司陽(yáng)光氫能。目前已建有國內首個(gè)光伏離網(wǎng)制氫及氫儲能發(fā)電實(shí)證平臺、國內最大的5MW電解水制氫系統測試平臺、PEM電解制氫技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗室,及年產(chǎn)能GW級制氫設備工廠(chǎng)。 本/文-內/容/來(lái)/自:中-國-碳-排-放-網(wǎng)-tan pai fang . com
陽(yáng)光氫能獨立生產(chǎn)1000標方堿性制氫系統、兆瓦級PEM制氫系統對應的電解槽,可以提供包括制氫電源、電解槽、智慧氫能管理系統在內的成套系統解決方案。2022年,為內蒙古綜合能源站項目提供堿性水電解制氫裝置,為寧夏等地項目提供200標方PEM制氫裝置。
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背靠華電集團的華電重工,公司規劃從上游制氫端和下游應用環(huán)節兩個(gè)角度切入氫能領(lǐng)域。目前上游制氫端形成了1200標方堿性電解槽產(chǎn)品,年產(chǎn)能100套左右。22Q4公司和集團企業(yè)簽訂3.4億元達茂旗項目,計劃23年完工,需要交付堿性電解槽1000標方11臺,PEM電解槽200標方5臺。公司與下游各大汽車(chē)廠(chǎng)商都在做樣品測試,與捷氫有合作,和布拉德也形成戰略合作。子公司河南華電在研發(fā)儲氫氣瓶,未來(lái)計劃布局氫氣管道。
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此外還有中長(cháng)期戰略規劃智能加氫站的昇輝科技,定位PEM槽檢測設備的科威爾,有風(fēng)光制氫項目和參股投資的堿性電解槽產(chǎn)品的億利潔能,制氫、儲氫和加氫站裝備業(yè)務(wù)的蘭石重裝,以及定位儲存裝備、運輸裝備、加氫裝備的中集安瑞科,均能一定程度享受綠氫浪潮帶來(lái)的市場(chǎng)紅利。
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