氢能工业领域替代应用可行性分析

氢能工业领域替代应用可行性分析逐步探索氢能工业领域替代应用在经济性可承受的基础上，以化工、冶金、炼化等高耗能行业为重点，探索利用氢能替代化石能源提供高品质热源，有效扩大工业领域能源消费清洁替代，实现产业再电气化和深度脱碳。鼓励基于可再生能源和绿氢的零碳新工业零碳产业园建设。支持现有用氢较为集中的石化、化工项目有序实施CCS蓝氢和可再生能源绿氢替代，支持合成氨、合成甲醇等传统化工企业新增电解水制氢装置或新建绿氢化工项目，实现绿色化工示范。密切跟进国内氢冶炼工艺发展，鼓励开展以氢作为还原剂的冶金技术研发应用，依托江西钢铁产业基础进行高炉改造，探索建设气基还原工厂进行氢能炼钢，降低传统冶金工艺中碳还原导致的二氧化碳排放。氢能产业发展发展基础从省内来看，我省氢能产业发展已初步涵盖制、储、输、用各个环节，并在相关技术研发和装备、材料制造等领域启动布局，为氢能产业发展打下了一定的基础。（一）氢气制备和应用初具规模制氢方面，据初步统计，我省从事氢能制备的企业已有十余家，主要集中在九江、赣州等区域，氢气年产量约30万吨。其中，九江两个制氢项目分别年产氢18．1万吨和7．5万吨，为目前省内规模最大的制氢项目；其他年产氢1000吨以上的项目主要为氯碱工业副产氢和甲醇重整制氢，成本相对较低，具备进一步扩大规模的潜力。氢能服务方面，部分企业拥有氢气制备、提纯和管束车运输能力，已成熟运营市场化氢气供应服务。氢能应用方面，当前主要集中在石化、化工、有色领域，此外在医药、电子等领域也有一定规模的应用，氢能应用领域与我省传统优势产业的契合度较高，应用前景较好。基础设施方面，九江市已建成全省第一座日加氢500公斤的油电氢混合站，积极推进氢能船舶研制和应用，为氢能在水陆交通领域示范应用的启动提供了先决条件。（二）氢能相关科技创新势头积极省内重点高校和氢能产业骨干企业充分发挥创新主体作用，搭建了一批氢能科技创新和产品研发平台，在储氢合金材料研制、燃料电池电堆与材料制备、工业固废提取制氢剂等领域取得了积极进展。省内相关研究机构建立了稀土储氢合金研发试验线和镍氢电池研发试验线，完善了储氢合金及镍氢电池性能的测试平台，提升了我省在储氢材料领域的技术研发水平，提高了性能测试能力，加快了储氢合金粉新产品的产业化发展。南昌大学共青城光氢储技术研究院研发的工业固废提取制氢剂项目，能够以相对较低的成本从工业固废中提取制氢剂。部分企业在多种类型氢燃料电池电源系统的研发上取得了积极成果，已具备年产1000件以上相关产品的生产能力，并正在着力攻关具有更高水平的产品研发。重点高校和骨干企业的创新实践，为我省氢能产业聚集专业人才、探索产学研结合创新模式提供了有利条件。氢能的概况（一）氢气能量密度高，环保性能好近年来，全球气候变化和化石能源枯竭问题日益突出，作为一种绿色高效的二次能源，氢能具有热值高、无污染、可储存、与可再生能源便捷转换等优点，在交通、工业、建筑等领域具有广阔的应用前景，有望在终端能源消费领域替代石油、天然气等化石能源，有利于保障国家能源安全。（二）国内氢能产业取得了一些突破但仍有大量关键技术、零部件依赖国外。在全球气能产业发展提速背号下，宝内企业持续进行自主研发，但与国际先进水平仍存在明显差距，制氢及氢燃料电池中的催化剂和质子交换膜、储氢环节的液氢加工技术、运氢环节的长距离输送技术和用氢环节的加氢站内关键材料制备技术都掌握在加、美、日、韩、德、法等国家手中，进口依赖高，议价能力差，制约我国氢能产业发展。此外，我国加氢站等基础设施总量不足以支撑氢燃料电池汽车大规模使用，技术和基础设施的双重掣肘导致氢能全产业链成本高。（三）全球范围内正掀起氢能产业发展热潮将极大推动氢能产业发展，在全球加速能源低碳化转型背景下，发达国家结合自身资源禀赋和产业技术现状，逐步明确氢能源在国家能源体系中的定位，加速引导氢能产业健康发展，全球将迎来氢能社会发展热潮。目前我国正处于氢能产业培育期，但国家层面缺乏顶层设计，尚未明确氢能在国家能源战略层面的重要定位，且部分补贴门槛高、落地困难，大量标准尚为空白或已经过时，近期国家相关部委正在组织制定氢能产业规划和氢燃料电池车发展指导意见，将有效推动氢能产业发展。（四）国内传统石化能源企业纷纷布局氢能业务目前，我国氢能产业处在培育期，预计2023年将进入快速发展期。在具体路线图和详细专项规划尚未出台的情况下，国家能源集团、中石油、中石化、国电投等大型传统化石能源企业从加强新能源发电消纳、工业副产氢价值利用等角度出发，超前谋划、抢抓市场机遇，纷纷布局氢气管道、加氢站、油氢电综合智慧能源站等业务，氢能产业已呈现群雄逐鹿态势。（五）氢能尚不具备应用于储能领域的条件目前氢储能系统效率仅为电化学储能的50%左右、抽水蓄能的60%左右。未来随着单项技术的突破和研发体系的构建、配套基础设施的加速建设，技术国产化和量产化程度将不断提高，氢储能系统效率有望提升，但超过电化学储能和抽水蓄能系统效率的难度较大。氢燃料电池汽车的优势氢燃料电池汽车和传统燃油车使用习惯相近，和纯电动车相比也是有一定优势的。（一）充电时间VS加氢时间首先在补能这块，按目前电池容量普遍在50kWh的电动车为例，在快充条件下从低电量充至80%电量，充电时间也得30分钟左右。而氢燃料电池车加注氢气只需要三到五分钟，基本和传统燃油车加注燃油时间相当。（二）续航里程对比续航里程对于新能源车是绕不开的问题，目前绝大部分的纯电车续航里程都比较低，而且还受外界温气温影响，基本适合短途使用。反观氢燃料电池车，拥有更加接近传统汽车的巡航里程，同时动力不弱，可以满足长途行驶，不过这也得看加氢站的覆盖。（三）国家政策对比到2020年年底，纯电动车和插电混合动力汽车的补贴将会完全退出。氢燃料电池汽车是唯一财政补贴不退坡，不限制地方补贴比例上限的车型；并且2020年后，对燃料电池汽车也会持续支持。氢燃料电池汽车看似环保，使用习惯上也更接近传统燃油车，但是面临的诸多问题使得它的发展依旧缓慢。氢能的发展前景氢气纯化技术方面，美国与日本立足本国能源结构和技术优势，分别聚焦小型天然气重整制氢场景与氨分解重整制氢、有机液体解析氢气场景，开展燃料电池车用氢气纯化技术研究，包括高效小型变压吸附技术、有机膜分离、无机膜分离和全属膜分离技术。我国的氢气来源广泛，尤其是副产气杂质种类多且含量分布宽，单一纯化技术路线难以满足实际需求。尤其在燃料电池车用氢气纯化领域，我国起步较晚，缺乏系统性研究。氢储存技术方面，目前我国对储氢材料的研究比较活跃，研究内容涉及到了高压储氢、碳纳米管储氢、新型合金储氢、有机化合物储氢、碳凝胶储氢、玻璃微球储氢、氢浆储氢、层状化合物储氢等当前国际氢储存技术研发的主要方面，并在金属氢化物储氢、碳纳米管储氢、复杂化合物储氢等方面具有优势。加强氢燃料电池技术和复燃料电池汽车以及相关基础设施的研发。发展复经济的一个重要方面是发展氢能交通运输体系和氢能基础设施建设。在氢燃料电池方面，我国可重点发展:大功率质子交换膜燃料电池技术、中低温固体氧化物燃料电池技术、基于燃料电池的系统集成技术、质子交换膜技术、电催化剂技术、先进的膜电极组件技术、无铂催化剂技术等。氢能发展状况（一）制氢制氢环节主要包括电解水制氢、煤制氢、天然气制氢、生物质制氢、光解制氢、热化学制氢、工业副产氢等方式。电解水制氢是未来重要发展方向。电解水制氢具有制取过程无污染物和温室气体排放、氢气纯度高等优势。从制取成本看，化石能源制氢约10元/kg，工业副产氢约21元/kg，电解水制氢约30元/kg。受成本因素影响，目前全球约96%的氢气来源于化石能源制氢和工业副产氢，仅有约4%的氢气来源于电解水。2018年，中国年氢气产量约2100万吨，占全球总产量的比例超过30%，是世界第一大氢气生产国，其中电解水制氢仅占约5%。随着可再生能源规模化发展和能源互联网建设日趋完善，电解水制氢已逐步成为各国能源科技创新和产业支持的焦点。电价是制约电制氢发展的关键。目前电价占电制氢总成本比重约为85%，按电制氢电价约0．4~0．6元/kWh计算，我国电制氢成本约30~40元/kg。当电价降低到0．1元/kWh时，电制氢成本可下降至10元/kg与化石能源制氢价格相当。目前各地发展氢能产业，其中氢气主要来源于化石能源制氢和工业副产氢。（二）储氢根据状态，储氢可分为高压气态储氢、低温液态储氢、有机液态储氢、固态储氢。高压气态储氢是我国目前应用最广泛的氢气存储形式，其中35MPa储氢瓶已批量化应用，70MPa储氢瓶也步入产业化推广阶段。低温液态储氢被认为是前景较好的氢气大规模存储发展方向之一，但目前我国液氢仅用于航天，与国外70%左右氢气采用液氢运输相比差距较大，且成本是美国等技术垄断国的20倍以上。（三）运氢运氢主要方式包括气氢拖车、液氢槽车、管道运输。目前国外以液氢槽车和管道运输为主，国内绝大部分采用气氢拖车运输并建有少量氢气管道。国内气氢拖车运输发展非常成熟，设计制造技术已达到国际先进水平;液氢槽车运输在我国仅应用于航天领域，尚不允许民用领域开展液氢公路运输，但长期来看液氢槽车将取代气氢拖车成为主要运氢方式;管道运输仍处于试点示范阶段，我国氢气管道里程仅约400km，占比不到全球总规模的8%，最具代表性的大口径氢气管道有济源-洛阳（25km）、巴陵-长岭（43km）等。受运输技术及成本限制，短期内氢能消纳以就近消纳为主，难以实现远距离运输消纳。（四）用氢目前我国生产的氢气95%作为化工行业的原材料应用于传统工业领域，其余5%用于以氢燃料电池为核心的能源网络。其中，氢能主要有动力、电力、家庭三个应用方向。1、动力领域应用状况动力方面，氢气可用于汽车、飞机、轮船、火箭等领域，其中目前最主要、前景最广阔的应用场景是氢燃料电池车。氢能汽车包括氢燃料内燃机车、氢燃料电池车两种。氢燃料电池车能量转化效率可达60%~80%，而氢燃料内燃机车能量转化效率仅30%左右，所以业界将氢燃料电池车作为氢能汽车主要发展方向。相比于纯电动汽车，氢燃料电池汽车具有续航里程长、燃料加注快（3到5分钟）、低温性能好、回收无污染等优势，在远距离、载重大、点对点的商用车领域具有良好的应用前景。目前氢燃料电池汽车成本明显高于燃油和纯电动车型，燃油车百公里油费约为50元，纯电动汽车百公里电费约为6元（家用充电）~15元（商用充电），氢燃料电池车燃料费用约100元（百公里耗氢量为1．5kg，氢气价格70元/kg）。在氢气加注方面，我国具备设计建造35MPa加氢站的能力，而国际主流的70MPa加氢站及其关键设备领域在国内仍处于示范验证阶段。到2030年预计将建成1000座加氢站。2、电力领域应用状况与其他储能技术相比，氢储能主要优势是环保性能好，但其投资成本远超抽水蓄能、电化学储能、压缩空气储能，且响应速度慢、效率低，如果制氢电价为0．1元/kWh，则氢储能能源成本将下降到0．5元/kWh左右，低于电化学储能能源成本。3、家庭领域应用状况主要用途是家用燃料电池热电联供系统。该方面外国企业技术优势明显，国内企业技术水平尚不具备商业化条件。4、国内氢燃料电池状况氢能应用的核心技术和产品是氢燃料电池。国内氢燃料电池与国际先进水平还存在一定差距，主要表现为使用寿命较短，车用氢燃料电池寿命一般为2000~3000小时，国际领先水平可达到5000小时，另外氢燃料电池关键零部件质子交换膜目前仅有美国、日本、德国等发达国家具备商业化供应能力，催化剂等核心材料也主要依赖进口。氢能产业发展基本原则（一）整体跟进，局部突破氢能产业发展充分借鉴国内外先进经验，发挥比较优势，坚持统筹布局、以点带面，逐步构建区域集聚、上下游协同的氢能产业体系，夯实产业发展基础，结合实际找准突破方向和环节，避免盲目追求全产业链发展和低水平重复建设等问题。（二）组织引导，开放发展氢能产业遵循氢能作为新兴产业的发展规律，在发挥市场在资源配置中决定性作用的基础上，加强规划引导和政策激励。加强氢能产业合作，吸引行业龙头、科技新锐落户，带动产业规模快速增长。找准区位定位，积极融入周边区域氢能产业大市场。（三）创新驱动，示范引领氢能产业发展坚持在引进消化吸收已有成熟技术的同时加强有差别的自主创新，支持高校、重点企业和科研机构加强人才引进和技术研发，突出氢能清洁化、低碳化发展导向，推动科研成果转化落地，加快氢能多元化示范应用，促进氢能产业有序迈向规模化、市场化发展。（四）安全为先，稳慎应用氢能产业牢牢把握氢能安全生命线，合理把握产业发展节奏，因地制宜拓展氢能应用场景，稳妥有序推进氢能基础设施建设，加强氢能制、储、输、用全过程安全标准和规范体系建设，稳慎推动氢能在电力、交通、工业等领域的应用。氢能源的战略地位整个市场其实大大低估了氢能源未来的发展前景与国家推动氢能源产业链的决心，其逻辑在于绝对的自主可控、产业利润全中国化、减少对石油依赖。目前在新能源汽车中，核心材料就是电池，新能源电池主要有三种，分别是铅酸电池、鲤动力电池、燃料电池，未来小的技术迭代暂且不考虑，大的技术迭代有钠离子电池，但主要是替代铅酸电池和钾电池中的磷酸铁鲤电池的。理电池目前作为新能源汽车与储能电池的主流，使用主要材料为理、镍、锰、钻。但是，目前世界上，鲤矿储量前三位的国家，分别为智利、澳大利亚、阿根廷，镍矿储量的前三位，分别是澳大利亚、法属新喀里多尼亚、巴西;锰矿储量的前三位，分别是南非、澳大利亚、加蓬;钻矿的储量前三位分别是刚果、澳大利亚、古巴这也就意味着什么？一旦中国的锤电池规模发展，中下游企业都将被上游，其次利润主要都集中到上游去大家可以看看头部新能源整车企业，蔚来、小鹏、理想、哪吒等，哪一个赚钱了?中游的核心企业，宁德、亿纬鲤能哪一个赚大钱了?都是毛利率很低，甚至整车企业，越卖越亏，只有-体化的比亚迪还有一定的利润，但也毛利率很低。如果完全依赖鲤镍钻等资源，这个数十万亿的工业体系一旦完成，如果完全离不开钾锦等贵金属，不仅被人死死掐住脖子，新能源产生的利润也会被上游企业，以及背后的华尔街资本全部吸走。因此站在整个大的国家自主