A. 制氫的成本高嗎
電解水制氫高,烴類水蒸氣轉化制氫成本低,看你干什麼用了!
B. 氫能源「降成本」為何困難重重
制氫方式決定降成本可能性不高
制氫的常見方式包括:
這是五種常見的制氫方式,第一種的常規燃料指的是天然氣,均為不可再生的化石燃料;很顯然這種方式不能普及,投入巨大的人力物力和財力去研發電動 汽車 ,初衷正是為了減少對常規能源的依賴,同時去減少二氧化碳排放,可是通過這種方式會產生大量的二氧化碳,會加劇溫室效應;且國內天然氣的儲能比較有限,滿足CNG車輛使用都有壓力,更別提去制氫了。
甲醇重整制氫也標記哦常見,上世紀應用的很廣泛,理論上用甲醇制氫確實能做到無排放,但是甲醇可不像江河水一樣隨處可取;制備甲醇主要是以一氧化碳、二氧化碳加壓催化氫化法合成,使用的原料主要是天然氣、石腦油、重油、煤炭和焦炭等,燃料是否清潔不能只看燃料本身,還要看獲取或製造燃料是否存在污染,那麼用甲醇制氫就不是理想選項了,車輛燃燒甲醇也沒有什麼意義。
工業副產品制氫主要是從焦爐煤氣變壓吸附工藝制氫,作為副產物仍舊要去看主體,主體本身不夠清潔也就不用討論氫氣的規模化生產與應用了。水鋁制氫技術近幾年熱度較高,但這種制氫的方式同樣存在污染的問題,以目前的技術似乎就沒有「清潔制氫」的理想方式,至此似乎決定了氫燃料普及無望,唯一的希望就是「電解水制氫」,然而看起來還是不靠譜。
2021年出現過「拉閘限電」,初衷不論是為了去垃圾產能還是對虛擬幣行業進行打擊,實際上也確實有用電緊張的問題;那麼電解水制氫也就行不通了,電解水可以獲得氫氣,這是個很成熟的制氫方式,但是損耗也特別大。
氫燃料 汽車 不是「用氫氣替代天然氣」,以燃燒氫氣產生熱能的「燃氣車」,本質實際是電動 汽車 。
氫氣加註到氫燃料 汽車 的儲氫罐里,增程模式中為消耗氫氣發電,電流輸入到電池組和電機以實現充電和驅動車輛行駛;這是典型的「增程式電動 汽車 」,一公斤的氫在車輛上通過燃料電池發電,能轉化出大約20kwh左右的電能。普通代步車高速巡航駕駛的電耗都在20kwh/100km以上,中大型車可以達到30kwh左右,也就是說「百公里氫耗可以達到1.0-2.0kg」。
但是用電解水制備一公斤的氫所消耗的電大約為60kwh左右,那麼跳過「電制氫、氫轉電」的流程,是不是等於這種氫燃料增程電車的實際耗電量達到了60-120kwh/100km左右了呢?實際上就是這樣,這是在浪費有限的電能。
有些說法認為光伏發電、電解水制氫、氫燃料增程的方式可行,這看起來也有些天方夜譚;光伏發電的效率不高,按照 計算的話,1 的發電功率能有200瓦左右就算不錯。假設一台車要加註5kg的氫,制氫需要耗電300kwh左右,想要在一小時內獲得300kwh的電能,需要的是大約1500 的光伏發電板,發電板的成本是相當高的哦。
所以用這種方式制氫的成本也會非常之高,其次儲氫罐的成本也非常高,目前每公斤高壓儲氫的成本在6000元上下,實製造成本極高、儲備和運輸成本極高,這樣車即便量產也用不起,所以氫燃料 汽車 目前看來沒有什麼前景可言。
天和MCN發布,保留版權保護權利
我們單位就有負責製造氫氣的車間,很危險!特愛容易爆炸,有一次爆炸,兩百多公斤的閥門飛出好幾公里!給附近老百姓的房子都震裂了。我們的技術就是燒煤然後產生一氧化碳在通過反應得到氫氣,成本很高。氫氣不易儲存和運輸,還愛爆炸!如果裝到 汽車 上,稍微泄露一點,遇到一點打火就容易爆炸!
2022年,即將到來的北京冬奧會颳起了一陣氫能源的旋風。冬奧會的火炬傳遞,全部採用氫能源。在核心賽區,延慶和張家口投入了700餘輛氫燃料大巴車,用於日常的交通運輸。
這股「氫旋風」還刮到了A股市場上,氫能源概念紅到發紫,刺激個股頻頻漲停——主營氣體運輸裝備的京城股份,在去年12月份實現了14個漲停板,股價單月飆漲300%;主營高壓容器的石重裝實現了六連板;開發氫能電源產品的動力源,也在上月下旬連續三個漲停板。
這是氫能源在當下火熱的縮影。與其他新能源相比,氫能源不僅儲量大、無污染,還兼具零碳排的特性。每單位質量所蘊含的能量更是石油的3倍、煤炭的4-5倍。除此之外,氫能源應用場景廣泛,氫燃料電池可以供給重載卡車、有軌電車、船舶、無人機、分布式發電等行業;綠色制氫還可消納太陽能和風能發電間歇式、狀態高低起伏不定的問題。
根據中國氫能聯盟的預測,到2025和2035年,我國氫產業產值將分別達到1萬億和5萬億規模。
氫能前景固然廣闊,但落地的困境卻不容忽視。
在國外,日美的氫能源能佔到各自能源總量的10%以上。日本擁有世界上數量最多加氫站,美國則擁有最低廉的氫能源價格,兩國燃料電池應用均已經投入商業銷售。
反觀國內,當前氫能源的佔比只有4%。據未來智庫測算,2020年我國氫能總成本約為60-80元/kg,距離30元/kg的可商用價格相距甚遠。
氫能源價格居高不下,還要追溯到制氫、儲氫和運氫三大環節,它們使我國氫能發展面臨著開局不利、技術瓶頸與規模化約束等重重難題,令「降成本」困難重重。
那麼,氫能降成本難題究竟如何拆解?又如何破解?
01 點歪「 科技 樹」的制氫
中國的能源結構可以歸納為「富煤、貧油、少氣」。這種特殊的結構令中國成了名副其實的「煤炭大國」——大量的化工產業平均每天要消耗掉95萬噸的煤炭資源,同時產生巨量的化工副產物。
這些副產物中,焦爐氣和氯鹼等是極其便利的制氫原料。我國氫能源產業發展的初期,就依託化工生產中的副產物作為主供氫源的原材料,以節省制氫投資,降低成本。
藉助原生資源的優勢,短短幾年間,我國就成為世界第一大產氫國。2020年中國氫氣產量突破2500萬噸,已連續多年位列世界第一。
但成也蕭何,敗也蕭何。
依託化工副產物生產的氫能源,有個致命的問題——不能算作真正的「綠色能源」。
事實上按照制氫工藝的不同,氫能源大體分為 「灰氫」、「藍氫」和「綠氫」三類。其中,藉由對工業副產物進行提純獲取氫氣,俗稱「灰氫」。通過裂解煤炭或者天然氣所得的氫氣,便是「藍氫」。「綠氫」則是通過可再生能源、電解水等方法,實現全程百分之百零碳排、零污染。
「灰氫」和「藍氫」本質上仍然是用化石燃料提供能量,會產生大量的碳排放。相關研究表明,製造「藍氫」所產生的碳足跡,比直接使用天然氣或煤炭取暖高出20%,比使用柴油取暖高出約60%。而「灰氫」的污染還要高出18%-25%。縱使有碳捕捉與封存技術(CCS)降低碳排放,依舊是杯水車薪。
也就是說,要符合氫能源產業零碳排的核心理念,產業界只能期望於綠氫。
但中國的綠氫產能著實少得可憐。由於我國氫能源產業相較歐美日發展較晚,為了在短期內快速發展,我國優先選擇了依託於優勢資源煤炭發展氫產業,其代價便是,「綠氫」制備所需的基礎建設的投資和相關技術遲遲未有發展。2020年,我國灰氫的佔比超過60%,綠氫尚且不足1%。
一筆經濟賬可以看出綠氫與灰氫的成本差距:
在我國,電解水制氫的平均成本是38元/kg,其中電力成本要佔到總成本的50%以上,而使用工業副產物制氫,平均成本僅僅只8-14元/kg。這意味著,工業電價要從當前的0.6kW·h對半折到0.3kW·h以下,綠氫才能在市場上具有競爭性。
但對標歐美日等國家,歐盟的綠氫的成本價低於14元/kg;美國的綠氫在12元/kg左右,而日本的綠氫成本固定在13.2元/kg。
如何讓綠氫從奢侈品行列變成經濟適用型,成為困擾中國氫能產業的一大難題。
而進一步拆分成本,造成綠氫高成本的兩大因素分別是電力消耗量和架設電解槽費用。歐美給出的解答是政府引導+技術革新。
在歐盟,從2020起由政府牽頭投資相繼安裝了6千兆瓦的可再生氫能電解槽,降低企業製造綠氫時電解槽的費用。
在技術上,歐盟摒棄採取工業用電電解水的模式,而使用PEM技術電解制氫。PEM技術的電解池結構緊湊、體積小,這使得其電解槽運行電流密度通常是鹼性水電解槽的4倍以上,效率極高,平均每生產1立方米氫氣可節省1千瓦時的電力。
想要讓這個棵歪掉的「 科技 樹」回到正軌,就需要投入很高的時間成本和資金成本。
去年11月,中石化建成首座PEM氫氣提純設施,其陰極和陽極催化劑、雙極板以及集電器等關鍵核心材料部件均實現國產化,制氫效率達85%以上。而這筆投資的門檻是數十億,研發周期在兩年以上。
寶豐能源也在斥巨資投入綠氫項目。其在互動平台上表示,2021年4月,耗時兩年後,公司首批電解水制氫項目全部投產,預計年產2.4億標方「綠氫」和1.2億標方「綠氧」。據其公開披露數據,近兩年來,寶豐能源在綠氫項目上已投入超過20億元。
除了兩家代表性頭部企業以外,絕大多數中下游的企業,仍在生產灰氫。如何將點歪的灰氫 科技 樹扭轉回綠氫產業,必將需要長時間的產業引導。
02 被「氫脆」卡脖子的儲氫
作為一種化學性質活潑的氣體,氫氣生產之後,需要用一種既安全又經濟的方式儲存起來。儲氫不僅是令我國頭疼的難題,而且在全世界,都沒有很好的解決辦法。
國內的主流方法是採取高壓氣態儲氫。目前,我國儲氫瓶的成本造價在27000元左右,同時配套設施的價格在15萬元,對標美國,儲氫瓶的價格也在22000元左右,略低於中國,但同樣高昂。
高成本源於氫頑皮的特性,學術上稱作「氫脆現象」。
所謂「氫脆」是指,氫氣會在金屬晶粒附近聚集起來,破壞金屬的結構,讓金屬脹氣變脆。氫氣會在金屬內累積成18.7兆帕的高壓,這是地表氣壓187倍。更糟糕的是,氫脆一經產生,就消除不了。
氫脆在 歷史 上引發過嚴重的事故。
1943年1月16日的晚上,俄勒岡州造船廠發出巨響,尚未交付的自由輪一下子斷成了兩半,這在當時引起了巨大的恐慌,眾人都以為是納粹的黑 科技 。
無獨有偶,2013年,世界上最寬的橋,舊金山-奧克蘭海灣大橋為即將到來的通車進行測試。然而僅僅2周,負責把橋面固定在水泥柱上的保險螺栓就出現了裂痕,96個保險螺栓里有30個壞掉了,使得這座大橋幾乎成了廢品。
為了緩解「氫脆」的困擾,全球想出了一種特殊的解決方法——低溫液態儲氫。將氫氣壓縮成液體,能大幅避開氣態氫造成的安全隱患。
學界普遍認為,液氫儲運技術是儲氫技術發展的重要方向。
但目前,我國液氫儲運技術相對落後,缺少大容量、低蒸發率的液氫存儲設備的開發。僅有的一些研究,多聚焦在高壓氣態儲氫方面。
例如,2020年,中科院寧波材料所使用高強高模碳纖維作為儲氫瓶的內膽,大幅提升了儲氫瓶性能。企業方面,京城股份投建了全亞洲最大的高壓儲氫瓶設計測試中心及生產線。
儲氫成本的大山,路漫漫其修遠兮。
03 「爹不疼媽不愛」的運氫
作為氫氣「出廠」前的最後一步,運氫在整個氫能產業鏈中地位舉足輕重。
然而長期以來,我國的氫氣運輸產業處於「爹不疼媽不愛」的境地,沒有系統性的規劃——幾乎所有中央和地方層面的戰略規劃中,都提到了制氫和終端應用環節。
理論上,氫氣運輸產業分為短途和中長途兩種。短途的運輸可依賴長管拖車,中長距離的運輸對成本敏感許多。其中一種經濟的方式,是先將氫氣轉為高密度的液氫狀態再進行運輸。
液氫能適應陸運和海運的模式。在陸運上,液氫儲罐最大容積可達到200立方米,是長管拖車模式的2倍。海運的液氫儲罐最大容積可達到1000立方米,在歐洲和加拿大氫氣運輸中,就均採用液氫海運的模式。
如此重要的液氫在中國卻產能極低。目前,液氫工廠僅有陝西興平、海南文昌、中國航天 科技 集團有限公司第六研究院第101研究所和西昌衛星發射中心等,主要服務於航天發射, 總產能僅有4t/d, 最大的海南文昌液氫工廠產能也僅2t/d。目前, 中國民用液氫市場基本空白。
而對標歐美,美國是全球最大、最成熟的液氫生產和應用地域,擁有15座以上的液氫工廠, 全部是5t/d以上的中大規模,總產能達到375t/d。此外,亞洲有16座液氫工廠, 日本佔了2/3。
另外一種是藉由管道運輸,但現實是,我國氫氣管網嚴重不足,全國累計僅有100km輸氫管道,且主要分布在環渤海灣、長江三角洲等地。在2016年的統計數據,全球共有4542km的氫氣管道,其中美國有2608km的輸氫管道, 歐洲有1598km的輸氫管道。
目前,我國僅僅在《中國氫能產業基礎設施發展藍皮書》提到,期望在2030年建成1000m長的氫氣運輸管道。而對比國外,管道運輸已經開始全面與上下游形成聯動。
例如,德國在北萊茵至威斯特法倫州鋪設的240km的氫氣管道,在給用戶供氫的同時這些氫氣管道也為工業所用。德國Frankfurt的氫氣管道直連加氫站與氯鹼電解工廠,可以免去壓縮機直接供氫。
總結來說,由於上層規劃的缺失,我國氫能運輸仍處於「地方割據」的局面,還未形成規模經濟。
04 破題關鍵詞:液氫
氫能源產業的相關的難題是多方面的,但抽絲剝繭,氫能源產業迫切需要解決的問題集中在存儲和運輸之上。
原理很簡單,「綠氫」的生產技術可以逐步迭代,但氫氣如果不能長期低成本地存儲,生產再多的「綠氫」都是徒增消耗。
此外,氫氣如果不能便捷運輸,氫能的廣泛應用就是無從談起。對照電力行業,正是高壓輸電技術的成熟,電力才能在全國范圍內大規模應用。
而儲氫與運氫問題的源頭,在於液氫。
無論是存儲端的低溫業態儲氫技術,還是中長距離的液氫運輸,都少不了大規模液氫的身影。因此,如何提升液氫產量、開發相關儲運設備,是氫能應用降成本的關鍵。
歐美日氫能產業的發展也能佐證這一點。歐盟早《未來氫能和燃料電池展望總結報告》就提到液氫重要性,同時在液氫方面的投資也從不吝嗇。2021年在法國,一個液氫廠的投資就超過1.5億美元。
美國壟斷了全球85%的液氫生產和應用,根據美國氫能分析中心的統計,在液氫的幫助下,美國的氫能源被大量用於石油化工行業和電子、冶金等行業,兩大行業平均每年要消耗掉82000噸的液氫。
日本則在液氫加氫站方面走在了前列。液氫加氫站具有佔地小,儲量大的優勢,甚至能完成制氫就發生在加氫站里。
目前,日本有建成142座,佔全球加氫站總數的25%,依託於加氫站,日本燃料 汽車 投放使用全球領先,燃料 汽車 的商業化也是全球最好的。
所以,中國的液氫亟需從當前軍用、航天領域,走向大規模民用環節。
思考歐美日液氫的發展歷程,我們有許多借鑒之處,概括而言,包括三點:
一、政策引導,為相關工作提前鋪好路。2021年5月,國家相關部門陸續出台了《氫能 汽車 用燃料液氫》、《液氫生產系統技術規范》和《液氫貯存和運輸技術要求》三個文件,制定了三項國家標准,這將對液氫發展起到關鍵性引領作用。
二、龍頭企業牽頭,建成大規模氫液化系統。液氫生產工廠的建設成本高,必須由龍頭企業率先投產,提高生產規模,才能有效降低單位成本。
三、系統整合相關資源,發揮產學研機製作用。例如,建立政府、研究機構和企業的氫能源產學研合作平台,將科研產品第一時間應用到實際生產當中。
05 結語
世界已進入雙碳時代。國際氫能委員會預計,2050 年氫能源將佔全球能源消耗總量的18%,催生年產值2.5萬億美元的產業。
世界各國對氫能源越發重視,歐美日各國氫能源產業的規劃已經做到了2050年後,並且還在迭代更新;而在我國,自2021年氫能被列為「十四五」規劃重點發展產業後,國家和各地政府迅速出台了400多項政策,規劃了2025年之前的產業發展目標。
一場事關產業政策、技術競技的產業爭霸賽已經打響。
C. 工業制氫工藝有哪幾種成本又是怎麼樣的工業氫氣價格是怎麼樣高純氫氣價格又是多少
第一:高級石油烴裂解時候的裂解氣裡面有氫氣
第二:甲烷在高溫下分解也可以有氫氣
第三:用炭和高溫水蒸氣可以合成水煤氣,也含有氫氣
第四:點解水可以有高純度氫氣
總體來看 4成本最高然後2次之然後1最廉價是3
D. 製作一個氫氣球的成本
生產氫氣球成本最底[每個氫氣球0.02元,直徑25cm]
街頭上的氫氣球的灌氣,不是用正規的瓶裝工業氫氣,而是小販土造的。
在一個鐵罐中,用氫氧化鈉和鋁反應,生成氫氣,但是沒有任何安全措施,加入的氫氧化鈉和金屬鋁的量全憑經驗,如果超壓也不能泄放,引發人身傷害屢見不鮮。
土法制氫是極其危險的,就是玩氫氣球也沒有少出事故,遠離這種危險。
E. 電解水制氫一公斤利潤多少
電解水制氫一公斤利潤為33億元一噸。制氫成本8元~10元一公斤,賣到35~70一公斤,平均凈利潤30元一公斤左右光目前110萬噸產能就是33億凈利潤,液態氫利潤更高些。美錦制氫成本1公斤12元,公司終端售價1公斤20元(不含補貼),公司氫年產量18.7萬噸,利潤多少。
F. 電解水制氫一公斤需要多少電
56度電。
目前的電解水制氫還有一個成本問題,電解水制氫的耗電量是每公斤氫需56度電,按一度電0.3元的電價計算,1公斤氫的用電成本就是16.8元。用光伏電電解水制氫的成本也約為16.94元/公斤。
水電解制氫是一種較為方便的製取氫氣的方法。在充滿電解液的電解槽中通入直流電,水分子在電極上發生電化學反應,分解成氫氣和氧氣。
製作原理:
在一些電解質水溶液中通入直流電時,分解出的物質與原來的電解質完全沒有關系,被分解的是作為溶劑的水,原來的電解質仍然留在水中。例如硫酸,氫氧化鈉,氫氧化鉀等均屬於這類電解質。
在電解水時,由於純水的電離度很小,導電能力低,屬於典型的弱電解質,所以需要加入前述電解質,以增加溶液的導電能力,使水能夠順利地電解成為氫氣和氧氣。
G. 新能源大時代,誰是大贏家——光伏、鋰電、氫能行業全解析
題記:在30·60的號角下,中國正進入一個全新的且富有絕對想像空間的新能源大時代,這其中既有浮沉十年走向平價的光伏,也有逐步大放異彩的鋰電池、儲能以及被寄予厚望的氫能,它們將共同推動中國走向碳中和的星辰大海。
同樣是新能源,上述幾個行業,既有共性與融合,也有其獨特的發展路徑與特點。本文作者試圖從技術路線、發展路徑、潛力空間、數據測算等多個維度就新能源涉及的多個行業進行剖析。
2021年寧德時代(CATL)的全球市場份額將進一步攀升,比亞迪刀片電池批量供應,刀片一出安天下。預計前五大:寧德時代(CATL)、LG、松下、比亞迪、三星會占據全球市場份額的85%以上,前十名占據95%的份額。鋰電池行業既是資金密集型行業,又是技術密集型行業。
鋰電池行業競爭比光伏更加慘烈,光伏設備投資也會面臨技術路線和成本之爭,但是一般不會清零。而鋰電如果沒有合適的客戶和過硬的產品,極有可能面臨設備投資打水漂,這方面已經有案例出現。
本質上光伏產品及組件相對標准化同質化,一線品牌和一般產品差異不大,很難賣出產品溢價;而鋰電池涉及到電化學,易學難精,一線產品往往比一般產品溢價5%以上,有些細分產品甚至會更極端;導致有效優質產能嚴重不夠,差的產品即使低價也無人問津。
關於磷酸鐵鋰和三元:寧德時代董事長曾毓群認為,磷酸鐵鋰電池的增長速度會非常快,因為它比較便宜。隨著充電樁越來越多,電動 汽車 的續航里程就不需要那麼長。「沒開過電動車的人比較焦慮,真正開過的人就不大焦慮,所以應該來說磷酸鐵鋰比例會逐漸的增加,三元佔比會減少。」
隨著磷酸鐵鋰佔有率提高,現階段再布局鋰電池首先得明確產品定位,確保產品有市場機會,市場得精準細分,專注做好一款磷酸鐵鋰動力電芯兼顧儲能可能有大的市場機會。
磷酸鐵鋰的巨大想像空間不僅體現在對續航要求較低的乘用車上,更大空間在對壽命要求更高的商用車領域,儲能領域。
電池是能源的儲存介質,大能源領域本質是成本為王,效率優先;光伏、鋰電概莫如是。
像早年的光伏領域,2016年前都是成本更低的多晶矽片電池占據主流,一度市佔率超過85%。在光伏巨頭隆基持續產業投入的影響下,金剛線切割矽片工藝異軍突起,徹底打破單晶矽片成本瓶頸,2020年單晶市佔率超過85%。在下一代大矽片,薄片化工藝趨勢下,N型單晶topcon工藝將引領下一代光伏技術變革,單晶將淘汰掉多晶矽片;N型topcon電池與HJT電池之爭,同樣基於成本考慮,topcon將成為下一代光伏電池主流;
主要考慮以下三方面因素:1、即使量產情況下,設備投資HJT是topcon的2倍左右,而且老產線沒有辦法改造,所有產線得重置,這是所有巨頭們最頭疼的;2、HJT及topcon效率相當,在疊加鈣鈦礦方面機會均等(鈣鈦礦市場機會尚未出現),需處決於鈣鈦礦的成本和方案;3、耗材成本HJT的銀漿遠遠高於topcon,topcon漿料未來有可能全面使用更低成本漿料,成本差距會更加巨大。
電動車領域的電池情況稍微溫和些,三元和鐵鋰,不存在誰淘汰誰,基於用戶多元化選擇。
三元能量密度更高,體積更小,低溫性能更好,將在部分高端車型始終占據一席之地。而磷酸鐵鋰以低成本長壽命等特性快速搶占其他其他市場,尤其以電動重卡,工程機械,儲能領域最為矚目。
2021年將是大力出奇跡的一年,電動車及動力電池領域將迎來未來十年增長最快的一年,也是行業巨擘瘋狂布局奠定江湖地位的一年;之前的各種預測都有可能出現極大偏差。半年前筆者曾做過一個預測,回頭看行業已經發生重大變化,新能源替代的腳步,正以大家難以估量的速度在加速替代;我們通常會高估1-2年的變化,而低估未來10年的變化,確實替代的速度將更加猛烈。
2021年動力電池出貨量,全球大概率超過350gwh,比2020年增長150%,全球電動車2021年出貨量達到600萬輛以上,中國市場有機會成倍增長到250萬台,發展勢不可擋。筆者之前調研到部分廠家出貨量甚至增長3-500%,磷酸鐵鋰用量接近60%,這種驚人的發展速度可能持續一段時間。鋰電前5名,甚至前10名都在瘋狂布局產能。
2025年,全球電動車佔有率超過35%,達到3000萬輛,按平均60度/車計算,電池用量達到1800gwh,C公司產能可能達到1000gwh,巨頭正式步入TWH時代。儲能及商用車領域用量估計超過500gwh,三元與磷酸鐵鋰的比例可能接近35:65,磷酸鐵鋰將占據市場絕對主流。
展望2030年,全球電動車出貨量會整體超過90% ,達到9000萬輛,動力電池用量超過6000gwh,0.6元/kwh,則動力電池市場為3.6萬億人民幣,燃油車無限接近禁售,算上儲能市場鋰電池的出貨量極有可能接近1萬億美元。
2030年,以光伏+儲能為代表的新能源將顛覆整個傳統能源生產的格局!
全面顛覆傳統能源需要解決的問題?實現低成本光伏+低成本儲能,綜合成本低於火電。光伏的系統成本已經降到3元/W,部分分布式電站已經降到2.35元/W的成本,遙想2007年系統成本達到60元/W,13年時間,成本降到5%;很快磷酸鐵鋰儲能系統降到1元/wh以下,充放次數可以達到10000次。
2025年光伏系統成本到2元/W,攤到25年折舊加財務成本,1500小時/年發電小時數,度電成本0.1元每度電以內;儲能系統成本低於1元/WH,充放次數10000次,按15年折舊,度電存儲成本低於0.1元每度,;光伏+儲能系統成本0.2元/kw,2030年成本有望降到0.15元每度電以內,成本遠低於化石能源。
2020年全球用電量約30萬億度,隨著電動化的迅速發展,則2030年全 社會 用電量將達到50萬億度。2030年大概率發生事件,光伏+儲能可以佔領全球電力市場30%,約15萬億度電。按全球范圍發電條件來看,平均1250小時的年發電量可以期待,1GW(100萬千瓦)裝機量約12.5億度電。
則15萬億度電,需要總裝機量12000GW,地面裝機佔地面積約12萬平方公里。預測光伏地面系統成本2025年2元/W(組件1元/W);2030年1.8元/W(組件0.8元/W),光伏市場未來需求10年需求,12000*18-=216000億,21.6萬億人民幣。
2040年全球電力需求將達到70萬億度,2040年佔領全球電力市場60%,約42萬億度電,需要總裝機量33600GW,2030-2040年得新增21600GW光伏裝機量,地面裝機新增土地面積21萬平方公里。
成本方面,2035年1.6元/W(組件0.7元/W),2040年1.5元/W(組件0.6元/W),整體光伏市場21600*15=32.4萬億人民幣,進入平穩發展期。
2021-2030將是光伏行業的白金十年。
2030年,15萬億度電約需要60%儲能,9萬億度電儲能,平均每天充放1.2次計算,工作按300天計算,需要7.5萬億kwh儲能,需要250億kwh儲能裝機量,約25000GWH。
儲能市場按照均價0.8元/kwh計算,市場總量20萬億,跟光伏市場相當並駕齊驅。
2040年,42萬億度電約需要60%儲能,25.2萬億度電儲能。平均每天充放1.2次計算,工作按300天計算,需要21萬億kwh儲能,需要700億kwh儲能裝機量,約70000GWH;新增45000gwh。
儲能市場按照均價0.65元/kwh計算,市場總量29.25萬億,跟光伏市場體量相當。
未來十年毫無疑問是光伏和儲能最為輝煌的十年,誕生的機會不可估量。
隆基股份與朱雀投資布局氫燃料,光伏龍頭布局氫燃料,給了大家很多想像空間,光伏+氫能戰略浮出水面,利用越來越廉價的光伏發電來制備儲存氫氣,既解決了光伏發展的天花板,也生產出大量可替代石油的清潔能源。日本最近投產了全球最大的光伏制氫項目,國內領先企業陽光電源,隆基抓緊產業布局。中石油,中石化等傳統能源企業同樣在加快光伏+儲能+制氫的產業布局。
實際上最近中東的光伏招標電價以及達到1.04美分/kwh,真是沒有最低只有更低,技術的迅速發展大大超過我們的想像,中東地區的光伏+儲能有可能在2025年達到2美分/kwh,那中國鄂爾多斯高原,青海格爾木地區2025年光伏+儲能成本將達到2.5美分/kwh,摺合0.1625元/kwh,光儲聯合制氫將大行其道,電解水制氫的直接能源成本將低於10元/KG。
氫能市場將異軍突起,氫能來源廣泛,燃燒性能好且零排放,有望成為碳中和戰略中的核心一環。氫是宇宙中分布最廣泛的物質,約占宇宙質量的 75%。氫氣燃燒性能良好,且安全無毒。氫氣空氣混合時可燃范圍大,具有良好的燃燒性能,而且燃燒速度快。
同時氫氣燃燒時主要生成水和少量氨氣,不會產生諸如一氧化碳、碳氫化合物等,與其他燃料相比更清潔。同時氫氣導熱性能、發熱值高。氫氣的導熱系數高出一般氣體導熱系數的10倍左右,是良好的傳熱載體。
氫的發熱值 142,351kJ/kg,是汽油發熱值的 3 倍,遠高於化石燃料、化工燃料和生物燃料的發熱值。氫的獲取途徑多、熱值高、燃燒性能好、清潔低碳,更重要的是反應後生成的水,又可在一定條件下分解出氫,實現循環再生可持續發展。
作為燃料廣泛應用於交通運輸行業,用於氫燃料電池或者直接燃燒;供熱:鋼鐵水泥造紙氨氣應用或者建築行業直接供熱;作為冶金及鋼鐵行業還原劑還有石化行業的原材料。水泥行業燃燒大量的天然氣和煤炭,為了碳減排,需要氫氣來中和二氧化碳生產甲醇。
現階段大量氫氣來源於煤制氫及天然氣制氫,即所謂的灰氫,隨著風光發電成本進一步下降以及電解水制氫設備成本的快速下降,未來2-3年,綠氫的制備成本可以到10元每公斤,不用儲存加壓,純化直接用於石化行業作為原料,水泥行業,冶金鋼鐵等行業,需求將暴增。
煤制氫成本約7元每公斤,天然氣制氫約10元每公斤,則綠氫的制備成本接近天然氣制氫,考慮到未來的碳稅和碳交易收益,綠氫將極大的替代現有的煤制氫以及天然氣制氫。
2500萬噸的氫氣存量空間將形成一定替代,新增場景體現在陸地交通運輸場景,海上貨運、郵輪、飛機、水泥、冶金等領域將全面採用氫氣。
氫氣用途展望:低成本氫氣除氫燃料電池車輛使用,石油化工,煉鋼等都將得到更大規模使用。
工業副產氫的熱值價值相當於12元/KG,理論上氫氣終端銷售價格在當下這個是底線價格,按氫燃料電池用於交通行業,16度電/kg氫氣的水平,則氫氣轉化為電能的價格為每度電0.75元,這個是極限假設的價格。
如果綠氫的價格可以低於12元/Kg,需要考慮制氫設備的折舊和效率,需要光伏風電的價格低於0.15元/kwh,則氫氣可以摻雜在天然氣管道中,摻雜比例在5-10%,對管道的影響會比較少。可以考慮在天然氣管道的周邊建設大規模的風光互補電站來來聯合制氫。
這個場景12元/公斤的氫氣如果用在電動車上,通過儲能、運輸、加註到車端成本則可能接近30元每公斤,成本偏高。而直接用於石化,鋼鐵則減少了大量中間環節。也可以考慮用在水泥行業碳捕捉,將二氧化碳+氫氣,製取甲醇。石化,鋼鐵,水泥行業如果大規模推廣氫氣應用,需求量將不低於1億噸,二氧化碳的減排量更是驚人,極大加快推動碳中和。
按照現階段城市氫氣補貼後的價格一般高於30元/KG,換算成度電成本接近2元/度電,遠遠高於現在的工業電價:谷電約0.3元/度電,平電約0.6元/度電,峰值約電價1.2元/度。氫燃料電池的使用成本會一直高於鋰電,乘用車用氫燃料電池的必要性大打折扣。
那麼,氫燃料電池在交通運輸的使用應該在廣闊的長途運輸,商用大卡車,遠洋貨輪,該場景需要能量密度較高的氫燃料。
以商用車領域為例:然而續航超過300公里的49噸牽引車,配置6組氫瓶+110kw燃料電池系統+130kwh鋰電,整個系統約2.5噸,比傳統天然氣車及柴油車的質量多1噸左右。解決方案是氫瓶減重,用全氫燃料電池系統。氫燃料的大規模使用,最終必須滿足成本低於化石能源,才有機會普及。目前來看任重道遠,而跟純電動拼使用成本尚不具備優勢,只能拼場景;如果能夠得到15元/KG的綠色氫氣,長途貨運,遠洋貨輪,煉鋼這些場景則可以大規模應用氫氣。
光照條件充足的中東地區,可利用光伏+儲能+制氫,考慮到光伏和儲能成本接近2美分/kwh,在中東地區制氫將變得實際可行。
用高能量密度氫氣來儲存新能源以替代石油資源,將是沙特及中東地區最大的機會。如果沙特建設龐大的光伏電站約3000GW,佔地面積3萬平方公里,年發電量可以達到6.3萬億度,考慮到全天候制氫,則60%需要通過鋰電儲能,其中6萬億度電用來電解水製取氫氣,產生1億噸氫氣,10元每公斤的氫氣通過海運將佔領全球市場,每年收入1萬億人民幣,與沙特現階段的石油規模相當。
電解海水制氫還可得到副產品氘氚,又是人類終極能源核聚變的主要原材料,實現商用航天的關鍵。
全球大規模光伏發電成本最低為沙特等中東地區,沙特土地面積超過190萬平方公里,有大量的土地建設光伏系統。傳統石油巨頭可全面轉型為新能源巨頭,以提供高能量密度的氫氣為主,2025年沙特光伏成本降到0.8美分/kwh,摺合人民幣約5.2分/kwh。沙特氫氣能源成本低於5元人民幣每公斤,全部成本將低於7元/KG,運往全球價格約12元/KG,全球終端銷售價格約12-15元人民幣每公斤。
低於15元/KG的氫氣,在長途貨運,遠洋航海,煉鋼,石化,建材等都將佔有一席之地。考慮沙特得天獨厚的地理位置,亞非歐板塊中心,從紅海通過蘇伊士運河運往歐美,馬六甲海峽運往亞太地區都將具有成本優勢。
筆者2018年造訪日本,曾與軟銀孫正義的高參島聰先生交流,島聰提及:孫正義曾經構想在沙特建設全球最大的光伏基地,再找中國最好的光伏及鋰電技術去沙特聯合設廠,打造光伏+鋰電的黃金能源組合。生產全世界最便宜的電力通過中國的特高壓技術建設涵蓋中亞、東北亞的電力網路,經過伊朗,中亞,中國,將清潔的電力輸送給日本,因為日本的平均電價超過0.2美金/kwh。不得不佩服孫的雄才偉略,異想天開。
光伏電站易建,不過經過這么多國家建電力網路難度就大了,而光伏儲能制氫則就變得更容易實現了,然後通過遠洋運輸更有可落地性。
很多人會問,中國會成為新能源領域的沙特嗎?中國不一定成為新能源領域的沙特,倒可以成為產業輸出方;沙特源於獨到的地理位置,如果和中國聯手有機會在未來的五十年,仍然成為全球的新能源中心。
在於中國目前是全球最大的光伏生產基地,光伏技術領先全球,光伏技術具有標准化,可復制的特點。而且形成了獨立的裝備能力和材料開發能力,行業內又有普遍後進入者優勢,可後發制人。
那麼就可以在中東地區發展光伏+鋰電儲能產業,低成本足以改變全球能源格局,同樣中國的鋰電技術具有跟光伏類似的特點。沙特可以和中國強強聯手共同發展光伏及鋰電儲能產業,中國通過技術輸出在沙特建設全球最大的光伏基地和光伏儲能電站,沙特利用強大的資本實力實現從石油到新能源的轉型。
沙特的光伏產品可以行銷全球,光伏產生的電可以銷售到歐洲及非洲、印度等亞洲缺電國家。光伏制氫可以遠銷亞洲,歐美,沙特有機會成為新的全球能源中心。
阿聯酋三個國有實體組成了阿布扎比氫能聯盟,將富含化石燃料的酋長國定位於未來綠氫氣的主要出口國,海灣國家已經認識到了這種替代燃料的重要性,氫能的開發在下一步是至關重要的。從最大的石油輸出國成為最大的氫氣出口國,這樣的機會將刺激沙烏地阿拉伯以及阿聯酋,沙特王國已經計劃在特大未來城市中建造世界上最大的由光伏和風能聯合制氫工廠,整個城市將是綠色電力,沙特也想實現氫氣出口國的偉大的計劃,他們認為沙特將成為氫氣的全球領導者,給沙特下一個50年機會。
當然全世界其他的地方,尤其是光照和風電特別發達的地區,例如澳大利亞也在計劃發展氫氣,宣布要投資1500億美金用於綠色氫氣的製造;中國的西北地區正在大力發展光伏風電聯合制氫。沙特有全球最好的光伏資源,全球的光照時間最長,最長時間甚至可以達到一年2800個小時;如果可以全力以赴的發展綠色的氫氣,將有機會成為全球最大的綠色氫氣的製造基地,同時成本可以做到全球最低。
總之,平價的新能源將在下個十年惠及全球,實現大部分國家的能源獨立、自由和平。
作者簡介:陳方明,易津資本&博雷頓 科技 創始人,博雷頓 科技 正成為電動工程機械、重卡及相關領域配套儲能的領軍企業。作為有超過十年風險投資經驗的專家,在新能源、新材料領域做了深厚布局。
他著眼於高精尖技術,聚焦新能源領域的硬 科技 ,投資過常州聚和、拉普拉斯、凱世通、南通天盛、杭州矚日及量孚等一大批新能源企業。其中量孚作為磷酸鐵鋰正極材料公司,其利用獨特工藝,一步法合成磷酸鐵鋰,有望將磷酸鐵鋰正極材料成本降低20%。
陳方明是上海市五一勞動獎章獲得者,他創立的博雷頓獲得了高新技術企業、高新技術成果轉化、市重點人工智慧示範項目、高端裝備首台套、交通部國家級行業研究中心、上海市專精特新項目等一系列名號和榮譽。