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绿氢正在掀起新一轮能源革命:欧洲领先 中国落后了

北极星氢能网 来源:香橙会研究院  作者:于海南  2021/5/10 11:39:32 我要投稿

北极星氢能网讯:氢能作为一种清洁、高效、可持续的的二次能源,将在未来能源格局中发挥重要作用,不少国家将氢能作为未来国家战略不可分割的一部分。截止2020年底,至少有35个国家正在研究推广氢气,其中约20个国家地区已经发布国家级氢能战略。

(来源:微信公众号“香橙会研究院”ID:xch-club 作者:于海南)

在诸多制氢路线中,依托电解槽和可再生能源发电制备的绿氢因其真正意义的清洁性而备受行业重视。随着可再生能源发电及电解槽成本的下降,绿氢未来有望成为一个带动当地发展、创造新型就业的规模产业,并在长远的未来逐步取代石油等化石燃料,重塑全球进出口供需关系格局。

1全球吉瓦级绿氢建设项目激增,规模达144GW

据香橙会氢能数据库统计,全球已有约70个在建中的绿氢项目,其中吉瓦级项目22个,主要分布在欧洲(11个)和澳大利亚(7个),中东和南美也有巨大潜力。从绿氢产能来看,全球规划中的吉瓦级绿氢项目产能合计144.1GW,其中欧洲和澳大利亚占了接近93%,处于绝对领先。按照之前欧盟提出的2024年电解槽规模达6GW、2030年达40GW的目标来看,现有规划中的绿氢项目如能顺利投产则将大幅超额达标。

目前全球规划中最大的绿氢项目是位于西班牙的Hydeal计划,由欧洲三十家公司联合启动。该计划预计于2022年启动,目标是到2030年形成67GW的电解槽规模和95GW的光伏产能,每年将生产360万吨绿色氢,供给能源、工业和移动用户,可替代西班牙两个月的石油消耗量。

2碱性电解技术是大规模制氢助力,PEM电解技术是未来趋势

从技术路线来看,全球目前主流电解水技术为质子交换膜(PEM)和碱性电解(ALK)两种。

碱性电解水技术历史悠久,技术成熟,早在上世纪20年代就已经实现工业化制氢,主要应用于石油精炼和制氨等领域。为克服碱性电解槽的缺点,通用电气于上世纪60年代开发了PEM电解水技术,随后受太空探索等需求推动,PEM电解水技术于70-80年代得到行业瞩目和发展,目前处于研究和小规模应用阶段。两个技术路线各有利弊:

碱性电解技术:

优势:技术成熟,寿命长,系统功率高,单堆产氢量大

劣势:碱性电解液具有腐蚀性,响应速度慢,生产速率低,灵活度差

PEM电解技术:

优势:工作电流密度和系统效率更高,动态响应速度快,氢气纯度高

劣势:使用贵金属催化剂导致成本高,寿命相对较短

由于碱性电解技术成熟且制氢量大,适合吉瓦级绿氢项目。PEM技术灵活迅速,在兆瓦级项目中多有应用,未来随着技术突破和降本将有望提升规模。

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3全球主要电解槽供应商

全球绿氢项目离不开优质的电解槽企业。据香橙会氢能数据库不完全统计,全球(除中国外)主要的电解槽供应商约有15家,主要集中于欧洲。主要技术路线为碱性电解槽和PEM电解槽,亦或两者兼有。

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Nel是全球最大规模的电解槽制造商,产品覆盖各种型号的PEM电解槽和碱性电解槽两种。自公司于20世纪70年代开始商业化销售以来,已在全球80多个国家交付超3500台电解槽,目前正建设全球最大电解槽工厂,产能将达2 GW。

ITM Power英国的PEM电解槽制造商,现有产能1 GW,为世界最大。公司2021年1月向林德出售了目前全球最大的单体PEM电解槽,功率达24MW,投放于德国洛伊纳化工园区,预计2022年下半年投产,将搭配林德管道网络为周边工业用户提供绿氢。

康明斯2019年收购水吉能后获得HyLYZER PEM电解槽技术,今年年初在加拿大投放了一个20MW的PEM电解槽项目,正式投入商业运营。该项目位于加拿大魁北克省的液化空气制氢厂,每年可生产3,000吨以上的绿氢,日产量高达8.2吨,是目前世界上运营中产量最大的PEM电解水制氢装置。

McPhy是一家法国碱性电解槽和加氢站制造商,将为全球规划最大的绿氢项目Hydeal提供电解槽。

Enapter是一家意大利电解槽企业,其技术路线较为特别,从2020年4月起在其官网发起众筹,资金用于推动阴离子交换膜(AEM)技术的商业化。AEM技术优势包括高电流密度,快速响应,长寿命和材料廉价等,不需要贵金属,兼备PEM和碱性电解槽优势,有利于模块化生产电解槽,灵活应用。

4绿氢降本速度加快

总体来看,绿氢降本速度将有望提升。今年4月,BloombergNEF发布氢能平价更新报告建模预测了15-28个国家未来的绿氢降本路线,指出到2050年绿氢价格将低于天然气、灰氢和蓝氢,届时绿氢成本将较现在降低85%,低于1美元/kg。报告同时表示到2030年,从成本上来讲蓝氢项目的必要性将大大降低了。受益于光伏成本的大幅降低,未来绿氢降本有望提速。

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目前全球主要机构和公司对未来绿氢的降本路线均有预测,不同国家地区受制于当地资源禀赋的差异,降本速度和路径会有差异。


5未来绿氢进出口格局

从未来供需关系来看,欧洲和日韩为主要绿氢消费地区,澳大利亚、中东、北非和南美定位为绿氢供应地区。

欧洲本土可再生能源丰富,但未来绿氢消耗量也大,自产和进口并行。计划到2050年实现完全脱碳,并增加欧洲能源系统中的可再生能源电力所占的份额将是这一战略的核心。其中,德国将有望成为最大的氢气消费国之一。德国目前的战略草案是计划到2030年,清洁氢占德国工业用氢总量达20%,德国未来将安装5吉瓦电解槽能力。到2026年,德国相关领域投资将超过14亿欧元。德国工业联合会(BDI)称,发展氢能经济将是德国工业重中之重。该国除了在欧洲各国布局以外,也积极规划从中东、北非和澳大利亚等地区调用外部氢源,以满足未来氢气需求。

欧洲的可再生能源分南北两部分,北方以海上风力发电为主,尤其是在北海、爱尔兰海、波罗的海和地中海部分地区,大型海上风力发电具有巨大的潜力,可以在没有补贴的情况下以有竞争力的价格进行(Vattenfall, 2019)(Guardian, 2019)。南方以伊比利亚半岛、意大利和希腊为代表,具备丰富的太阳能资源,可以无补贴、有竞争力地建造光伏设备(Energylivenews, 2019) ,另外,英国、爱尔兰以及葡萄牙、波兰和德国等许多欧洲沿海地区也有大规模陆上风能潜力。

澳大利亚成为未来日韩的重要氢气供给国。澳大利亚坐拥丰富的风光资源,其绿氢项目主要位于国土西部,除满足皮尔巴拉矿区的自有需求以外,未来绿氢产能主要满足日韩等国家的需求。澳大利亚总理Scott Morrison推出5.39亿澳元清洁能源计划,其中2.75亿澳元用于开发4座清洁氢能中心以及设立清洁氢认证计划。剩下金额用于支持清洁氢发展,碳捕捉和储能项目。2019年12月,日本川崎重工宣布全球首艘液氢运输船SUISO FRONTIER”该公司位于日本神户港的船厂下水。这是世界上第一艘运输液化氢的海上运输船,极大地扩大绿色能源的货运能力。2020年12月,德国和澳大利亚当天启动为期2年、名为“HySupply”的绿色氢气合作项目,从澳大利亚输送氢气到德国,有助于德国未来以有竞争力价格进口绿色氢气。

南美洲以智利和巴西为代表,其中智利依靠其丰富的太阳光资源野心勃勃,2020年提出未来10年内成为未来世界上的绿氢出口大国的目标,但财政支持不足且经济基础较差,难以快速扩大规模。

中东和北非绿氢项目起步较晚较慢,但可再生能源丰富。北非的太阳能资源比南欧好且丰富,撒哈拉沙漠是世界上全年阳光最充足的地区,每年有3600小时的日照,一些地区可达4000小时(Varadi, Wouters, & Hoffmann, 2018)。丰富的光能使得中东地区电价较低,未来可向欧洲出口廉价绿氢。

原标题:绿氢正在掀起新一轮能源革命:欧洲领先,中国落后了

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