氢能产业有哪些?氢能源致命缺点是什么?燃料电池系统是化工吗
【氢能产业有哪些】
氢能产业链包含上游制氢、中游储运氢以及下游用氢等众多环节
上游制氢
氢能源按生产来源划分,可以分为“灰氢”、“蓝氢”和“绿氢”三类。“灰氢”是指利用化石燃料制取氢气,成本较低但碳排放量大;“蓝氢”是指使用化石燃料制氢的同时,配合碳捕捉和碳封存技术,碳排放强度相对较低但捕集成本较高;“绿氢”是利用风电、水电、太阳能、核电等可再生能源电解制氢,制氢过程完全没有碳排放,但成本较高。
我国的氢源结构目前仍是以煤为主,来自煤制氢的氢气占比约62%、天然气制氢占19%,电解水制氢仅占1%,工业副产占18%。目前的氢能基本全部用于工业领域。
综合能源效率、污染物排放、碳排放、成本来看,目前工业副产氢是中短期最为理想的氢源,我国有大量工业副产氢资源,足以满足近期和中期氢气的增量需求。
长期来看,使用可再生能源风/光能电解水制氢将是大势所趋,电解水制氢具有绿色环保、生产灵活、纯度高以及副产高价值氧气等特点,这种方式的主要问题在于制取成本受电价的影响很大,电价占到总成本的70%以上。
(深冷股份、美锦能源、佛然能源、建龙微纳、鸿达兴业、华昌化工、中泰股份、卫星石化、宝丰能源、东华能源、嘉化能源、金能科技、航锦科技、九丰能源、诚志股份、凯美特气、富淼科技)
中游储运
在氢能制取、氢能储运、氢能应用三大环节中,储运环节是高效利用氢能的关键,是影响氢能向大规模方向发展的重要因素。
从终端氢气价格组成来看,氢气储运成本占总成本的30%左右,经济、高效、安全的储运氢技术已成为当前制约氢能规模应用的主要瓶颈之一。
储氢技术主要包括物理&化学两大类,根据存储状态可细分为高压气态储氢、低温液态储氢、固态储氢(和有机液态储氢,其中高压气态储氢技术成熟度高、成本较低,是现阶段我国主要的储氢方式。
高压气氢是我国氢气目前主要的运输途径,这种方式灵活性高但载氢量小,适用于短距离&小体量输氢;液氢槽车运输效率高,约为气氢拖车运量的10倍,适合远距离&大批量运输,但氢气液化功耗与运输损耗较大,而且液化关键设备高度依赖进口,成本较高。
长期来看,管道运输是实现氢气大规模、长距离、低成本运输的重要方式,但输氢管道造价成本高,是主要制约因素。
受益氢燃料汽车渗透率不断提升,车载储氢罐市场将快速打开,短期来看,政策驱动下氢燃料汽车进入导入期,我国车载储氢瓶市场有望实现快速增长,
连接储运和下游应用的是加氢站环节,加氢站的主要技术路线有站内制氢技术和外供氢技术。目前我国的加氢站基本都是高压气氢站,液氢储运加氢站主要分布在美国和日本,在国内,中科富海和美国空气产品公司合作的首座加氢站正在建设中,尚处于探索阶段。
(京城股份、雪人股份、深冷股份、美锦能源、厚普股份、冰轮环境、鸿达兴业、嘉化能源、华昌化工、春晖智控、东华能源、金通灵、卫星石化)
下游燃料电池
燃料电池是氢能下游最关键的应用,作为一种能量转化装置,等温的把储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能,而使用这种电池的汽车称为燃料电池汽车,运行过程零排放、无污染,能量转换效率高。
相较纯电动汽车,燃料电池汽车可解决两大痛点:①氢气热值高、能量密度大,燃料电池汽车续航能力可比肩甚至超越传统燃油车;②燃料电池汽车加注时间一般仅需15Min,可解决纯电动汽车充电时间长的短板。
目前我国燃料电池车市场定位与海外存在较大差异,仍以中长距离&重载的商用车为主,与纯电动汽车在车型上形成互补效果。特别是2020年开始示范城市群政策开始重点推进燃料电池车在重卡车型上应用。
从成本端看,燃料电池系统是燃料电池车的价值量中心,在整车成本中的占比高达64%。从技术层面来看,国内燃料电池系统(亿华通、新源动力、重塑股份、清能股份、雄韬股份等)在额定功率、质量功率密度、低温启动能力等关键指标上已逐步接近国际领先水平。
整体来看,我国燃料电池系统已基本实现国产化。不过燃料电池系统竞争格局较差,行业集中度下降,而且头部企业洗牌较为严重,产品价格迅速下降。
而在燃料电池系统中,电堆为电化学反应发生场所,是燃料电池动力系统的功能核心和价值量中心,在燃料电池系统中的成本占比高达约65%。在技术水平上,国外电堆技术水平仍处于领先地位,但在持续高研发投入下,我国在70kW以下电堆已可以基本实现国产化。
对于电堆核心部件,石墨双极板已基本实现国产供应,但高活性催化剂、质子交换膜、碳纸、低铂电极等部件涉及复杂的材料学机理,仍停留在实验室级别,尚不具备产业化批量生产的能力
【氢能源致命缺点是什么】
1、国内对于氢能源的研发以及推广都尚在起步阶段,而之前氢能源试用车发生泄漏引起爆炸,所以就没有在家用领域继续推广。不过在公交车上的应用开展顺利,部分地区已经在道路使用了。
2、氢能源的提取本身也要来源于其他地方。比如消耗电能电解水产生,或者从其他气体反应而来。这当中消耗的电能或产生的其他有害气体并不少,综合来看性价比很低且优点存在风险。
3、储存氢气条件严苛。由于氢气的分子机构,导致它不像其他气体那样容易被压缩。通过管道运输,这又是一笔巨额成本。
4、续航不够。加氢站的人说车辆每次加满氢气,理论上可以达到300公里的续航,但是实际上只能开到170-200公里。