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“平价”或要等十年,氢燃料尚不具备大规模推广应用条件

2019年-11月-08日 21:35:02
 【摘要】摘要:在8月31日举行的“2019中国汽车产业发展(泰达)国际论坛”开幕式上,财政部经济建设司一级巡视员宋秋玲直言:“基于氢气的能源管理体系尚未建立等原因,目前尚不具备大规模推广应用燃料电池汽车的条件。”作

佛山南海瑞辉加氢站作为全国第一个加氢站投入商业运营,见证了中国氢燃料电池汽车行业的快速发展。如今,该站的日充氢量超过300公斤,几乎实现满负荷运行。然而,该站的总经理李申成告诉记者,氢气的高成本制约着该行业的发展。

目前,国产氢燃料电池汽车每100公里的燃料成本约为柴油车的1.5倍,汽油车的3倍以上。佛山一些氢燃料电池公交车司机告诉记者,按照目前氢的销售价格,如果没有政府的财政补贴,他们的公交集团肯定会赔钱。

如果政策补贴继续下降,甚至“断粮”,该行业通常会担心蓬勃发展的氢燃料电池汽车在未来能走多远。在8月31日举行的“2019中国汽车工业发展(TEDA)国际论坛”开幕式上,财政部经济建设司一级巡视员宋秋岭直言:“由于缺乏基于氢气等原因的能源管理系统,燃料电池汽车大规模推广应用的条件尚不具备。”

氢气价格高

随着世界越来越重视能源安全和节能减排,氢燃料电池汽车集零排放、长续航时间和快速加氢于一体,被认为是新能源汽车的最终发展方向。

2019年6月,中国氢能联盟30多个成员单位编制的《中国氢能与燃料电池产业白皮书》称,氢能将成为中国未来能源体系的重要组成部分。据估计,到2050年,氢能将占中国能源系统的10%左右,对氢的需求将接近6000万吨,年经济产值将超过10万亿元。

在中国,氢能主要有三种应用场景:传统石化生产的原材料、用于储能和发电的可再生能源以及氢燃料电池汽车工业。

作为世界上最大的氢气生产国,中国在发展氢能和燃料电池汽车工业方面具有天然优势。根据中国氢能联盟,氢和燃料电池将是继煤和蒸汽机、油和内燃机之后的第三代主要汽车能源和动力组合,具有广阔的工业发展前景。

尽管氢的来源丰富而广泛,但以低成本生产大量氢并不容易。

目前,获得氢气的方法主要是通过化学过程将天然或合成化合物中存在的氢元素转化为氢气。根据氢气的不同原料,制氢方法可分为不可再生制氢和可再生制氢。前者由化石燃料制成,而后者由水或可再生物质制成。

中国的制氢方法主要包括煤制氢、天然气制氢、石油制氢、工业副产气体制氢和电解水制氢。其中,煤、天然气和石油制氢统称为“化石能源制氢”或“化石燃料制氢”。

国家能源集团是深度充电(Depth Charge),它已经进入了中央电力企业中的氢能和燃料电池行业。该组织的一名记者在1℃获得的研究报告显示,世界上至少90%的氢来自化石能源。

相对而言,化石能源制氢技术最为成熟,成本最低,但工厂排放量大,产生的氢气需要脱硫脱硝,因此成本较高,不是一种长期的制氢方法。

电解水制氢具有资源和环境双重可持续性,被认为是未来制氢的发展方向之一。该技术路线的原理是向电解质水溶液中引入电流,以电解水产生氢气。

“氢能示范项目目前仍在使用化石能源生产氢气,但当工业真正要发展时,仍有必要使用可再生能源(发电)生产氢气。”中国科学院院士李灿今年年初表示,“否则,制氢技术从源头上是不可持续的。”

记者在1℃的调查中发现,中国一些地方已经开始规划可再生能源电解水制氢产业。例如,吉林省2019年发布的《白城新能源和氢能产业发展规划》称,将力争到2035年安装2000万千瓦风力发电和1500万千瓦光伏发电,年制氢能力100万吨,产值近2000亿元。这是第一个由地方政府牵头的国内可再生能源制氢发展计划,旨在“在中国北方创建一个氢气谷”。

在今年关于白城新能源和氢能产业发展的新闻发布会上,白城市长李明伟宣布:“白城是全国第一个10兆瓦风电基地,也是当地唯一的风电消耗示范区。随着建设成本的不断降低和发电效率的不断提高,可以为制氢提供充足的低成本电力。

"制氢可以将化石能源和可再生能源结合起来."北京低碳清洁能源研究所氢能技术开发部经理何广力在1℃接受记者采访时表示,首先,化石能源制氢将为氢燃料电池汽车产业奠定良好基础,然后可再生能源制氢将缓慢实现转型。他认为这是获得氢气和降低氢气生产成本的好方法。

然而,记者在1℃进行的一项调查发现,无论目前使用哪种氢提取方法,在成本方面都难以支持中国氢燃料电池汽车的长期发展。

李申成在1℃时告诉记者,南海瑞辉加氢站氢气主要来自广州南沙,进入加氢站的氢气价格在40元/公斤,其中运输费用在5~10元/公斤之间。

此外,上海浦江特种气体有限公司总经理刘威葳近日向媒体介绍,目前氢气的成本只有三个“10”:即原料成本10元/公斤,净化压缩成本(取决于气源类型和压缩压力)10元/公斤,运输成本10元/公斤。有了一定的利润,进入加氢站的价格是40元/公斤。

所谓原料成本是指制氢原料的成本(如煤制氢);净化是指提高氢气纯度以满足氢燃料电池的要求。压缩是指将氢气从气源压缩到氢气输送器。

记者在1℃采访中了解到,目前,包括南海瑞辉加氢站在内的全国20多个加氢站的氢气销售价格一般在60元/公斤以上。在这样高的价格下,对于传统的氢燃料电池物流车辆,每100公里的氢消耗量约为3公斤,成本至少为180元/100公里。

相比之下,柴油车辆每100公里使用大约18升燃料,成本约为110元。类似地,汽油汽车的100公里油耗通常不到柴油汽车的一半。

没有办法降低成本。

化石能源制氢是成本最低的最成熟技术之一。在化石能源制氢技术中,成本最低的是煤制氢。"目前煤制氢不仅成本低,而且规模很大."中国工程院院士顾大钊在2018年公开表示,“据估计,仅国家能源集团的年制氢能力就可以驱动4000万辆汽车。”

根据中国标准化研究所和国家氢能标准化技术委员会联合组织的《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书(2018)》,记者在1℃发现,煤制氢的最低成本仍超过10.5元/千克,最高成本超过17元/千克。

与化石能源制氢相比,电解水成本更高。根据上述《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书(2018)》,一位1℃的记者发现,如果将一般工业用电用于制氢,这样的电解水制氢成本高达79元,是煤制氢成本的近8倍,以目前每千瓦工业用电1元的价格计算。

在此基础上,再加上净化和压缩成本(取决于气源类型和压缩压力)、运输成本和相应利润,进入加氢站的价格将达到109元/公斤。

“如果工业用电用来电解水生产氢,用于氢燃料电池汽车,那将是一个大笑话。”一家国内电力集团的内部人士在1℃时告诉记者。

2018年12月,国家发展改革委等部委发布了《清洁能源消费行动计划(2018-2020)》,要求“探索将可再生能源剩余电能转化为热能、冷能和氢能,实现附近多种方式的可再生能源高效利用”。

在这种背景下,包括白城市在内的地方政府希望通过剩余电力和相对廉价的可再生能源电解水制氢。

2019年5月,王晓晨等国家电网能源研究所有限公司在一篇题为《氢燃料电池汽车的发展不应是“增量而非定性”的文章中提供的数据显示,2018年中国风能和光伏废弃量分别达到277亿千瓦时和55亿千瓦时。根据生产1千克氢气所消耗的39.7千瓦时电能的转化率,2018年废弃的电能总量可生产约840,000吨氢气,相当于国内天然气总产氢量的1/12和天然气总产氢量的1/3。

然而,文章还指出,从生产成本来看,煤制氢的总成本不到每立方米1元。考虑到废气电价为每千瓦时0.25元,利用可再生能源废电制氢的电费仅为每立方米1.25元,仍不具备竞争优势。

同样在今年的白城新能源和氢能产业发展新闻发布会上,白城能源局局长张晓波表示,目前白城可再生能源风力发电的成本为每千瓦小时0.22元。根据《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书(2018)》,同一电价在不同设备下有不同的制氢成本。即便如此,根据蓝皮书(Blue Book)提供的平均数据,1℃的记者估计,电价为0.22元/千瓦时的制氢电解水成本平均超过20元/公斤,仍远高于10.5元/公斤的制氢煤最低成本。

中国科学院院士、清华大学教授和欧阳明等人普遍认为,目前可再生能源电解水制氢的效率不高。

何光利在1℃向记者解释道:“可再生能源制氢技术还不够成熟,不足以应对波动。仅仅靠弃风弃光很难将制氢转变为一种模式,因为这种模式使设备利用率不高,总成本也不经济。”

扬州中甸制氢设备有限公司相关负责人在1℃对记者表示,要降低电解水制氢成本,关键是电价。公司主要从事电解水制氢设备的研发和生产。

根据上述文章中提供的数据,“氢燃料电池汽车的开发不应是“增量而非定性的”,电力费用约占电解水制氢总成本的78%。

记者在1℃从国家能源集团获得的上述研究报告显示,只有当电力系统成本降低到目前水平的一半时,电解水制氢才会成为主流技术之一。然而,该报告也指出,电力系统的成本应该减少一半,所需时间是2050年。

面对不可降低的成本,为了促进氢燃料电池汽车产业的发展,政府不得不对氢给予财政补贴。

1℃的记者在采访中了解到,目前南海瑞辉加氢站氢气销售价格为60元/公斤,当地政府补贴20元。在此基础上,车主可以以40元/公斤的最低价格使用氢气。

根据这一计算,减去目前每公斤40元的氢气成本,加氢站每公斤氢气可以赚取20元的收入。记者在1℃采访中了解到,除去其他成本,加氢站的净利润约为5元/公斤。

根据南海区人民政府新发布的《佛山市南海区促进加氢站建设和运行及氢能汽车运行办法》(以下简称《南海办法》),2018年至2019年,氢气销售价格为40元/公斤,每公斤氢气补贴20元,逐步下降。其中,从2020年到2021年,氢的销售价格为35元/公斤,每公斤氢补贴14元;2022年,氢的销售价格为30元/公斤,每公斤氢补贴9元。

据1℃记者了解,目前氢补贴金额因地而异,但差异不显著。

上述南海扶持措施并未提及当氢气销售价格降至每公斤人民币时,将不会给予相应补贴。然而,就燃料成本而言,如果氢燃料电池汽车要与柴油汽车竞争,它们的燃料成本需要降低到目前的一半左右,即大约20元/公斤。

当氢成本降至20元/公斤时,车主将需要每公斤氢40元/公斤,无需补贴和加氢站20元/公斤车的服务费。根据车辆每100公里需要大约3公斤氢气的事实,总成本为120元,接近柴油车辆。

“均等”可能需要十年时间

何光利在1℃时告诉记者,虽然中国生产的氢气量是世界上最多的,但目前的制氢企业一般在国内生产和销售氢气,对外供应很少。国内生产和销售氢气的成本相对较低,国外销售氢气的成本过高。他认为,现有氢供应企业的相关市场已经被锁定。即使氢燃料电池汽车被用于这个新市场,氢生产企业也没有理由降低价格。这也是目前氢燃料电动汽车氢成本过高的原因之一。

业界普遍认为,随着氢燃料电池汽车产业的大规模发展,氢的成本将相应降低。例如,2019年8月27日,正在规划加氢站的中石化发布新闻稿称,未来氢气成本可能低至20元至30元/公斤。该公司目前是中国制氢企业之一。

值得注意的是,中石化的上述新闻稿没有透露“未来”将是什么时候。对此,上述国内电力集团的内部人士在1℃对记者表示,“这可能需要10到8年的时间。”他解释说,从化石能源,特别是煤中生产氢气的成本,在未来十年可以降低到34元/公斤,相当于原材料成本降低60%到70%。

在降低原料成本的基础上,氢气总成本中的净化、压缩和运输费用也需要相应降低。以运输成本为例,何光利在1℃时告诉记者,至少有两种方法可以降低运输成本。一是在加氢站附近建造制氢设备,从而降低运输成本。二是增加氢气的单位输送量。然而,他说前者面临法律限制,而后者主要依靠相关技术的突破和进步。

这是因为氢气主要以高压气体和低温液体的形式储存和运输,但每种形式都有一定的局限性。高压气态储氢存在泄漏爆炸和运输效率低的隐患。低温液体储存和运输需要储存容器的高隔热性,液态氢会“吸收”金属容器产生氢化物,降低氢的纯度,不利于直接利用。

然而,何光利认为,“根据目前的发展状况,针对氢燃料电池汽车领域将会有一些新的制氢能力慢慢出现,氢的购买成本将会进一步降低。”

换句话说,当氢燃料电池汽车的氢供应增加时,市场上会有竞争,这可能会降低加氢站购买氢的成本。受访者认为,短期内很难取得技术突破来降低制氢成本,但要从模式供应方面进行改变。

未来,随着氢燃料电池汽车数量的增加,氢能在区域间的不平衡分布将带来氢的大规模储存、运输和部署问题。然而,如何通过供应方改变这一现象仍不得而知。

在8月31日举行的“2019中国汽车工业发展(TEDA)国际论坛”开幕式上,宋秋岭指出,“一些媒体片面解读了国家对燃料电池汽车而非纯电动汽车的支持,一些企业还认为中国新能源汽车的技术路线将会动摇。”她意味着中国新能源汽车技术路线不会动摇。

她解释说,由于中国氢燃料电池汽车核心技术和零部件技术缺乏突破,基础设施建设不足,缺乏标准和法规,以及缺乏氢能管理系统,还不具备大规模推广和应用燃料电池汽车的条件。

"警告来得非常及时。"一位来自国家相关部委的内部人士告诉1℃记者,“她(宋秋岭)说的是实话。”

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