原创丨光伏产业正爆发,为啥又推出了“氢能”概念?

发布于 2021-04-08 19:34


作者:金哲
◎ 北大青年CEO俱乐部首发

笔者一周前在《“碳中和”概念热度不减,绿色金融发展正当时》一文中刚刚分析了绿色能源产业的发展前景,该领域就又有了大动作。2021年3月31日,西安隆基氢能科技有限公司注册成立,股东为“光伏茅”隆基股份的全资子公司隆基绿能创投,以及私募基金上海朱雀投资,隆基创始人李振国亲自担任董事长、总经理。

隆基股份3月5日刚刚斥资16.35亿元收购了森特股份27.25%的股权,被视作向光伏建筑一体化(BIPV)进一步深入探索的标志,为何不到一个月又准备发展氢能?光伏产业竞争者众多,并且还有很大发展前景,是“十四五”规划中发展的重点能源产业之一(另一个是风能),体量大如隆基股份,也称不上站稳了市场领头者的地位,隆基股份的决定是“不务正业”吗?

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光伏巨头进军氢能领域的产业逻辑

隆基股份进军氢能领域,抛开结果不谈,仅从产业逻辑和世界能源发展趋势来说,绝非不务正业,而是在为二十年甚至更久以后的发展做准备,可以称得上长远规划。

 

目前主要的工业化制氢手段是天然气裂解,即以甲烷为原料,在高温下裂解生成氢气和炭黑。这个工业过程的主产品是炭黑,氢气是附属产品,纯度不高,如果要用在常见的成产生活领域需要进一步提纯。目前,以该途径产出的氢能主要作为火箭燃料使用。

 

最佳的制氢路线莫过于电解水。氢气燃烧的产物本身就是水,通过电解水制氢,第一绿色环保,第二可以将水循环使用,单从氢气的制造和使用看原料损耗非常小。

 

然而,电解水制氢效率很低,耗电量又大。电能本来就是一种能源,大量消耗一种能源生产出另一种能源,在经济效率和能量使用效率上非常不划算。这也成为不少人质疑氢能发展前景的原因。

 

不过,出于效率和成本质疑氢能发展的人忽略了,地球上资源分配不均,无论是化石能源还是清洁能源。潮汐、太阳能都可以发电,但以我国为例,广阔的中西部地区既没有利用潮汐的条件,多阴雨天气的四川盆地也没有太阳能保障。而解决资源分配不均的方法,可以是特高压这样直接将能源超远距离输送再储存,也可以是先将电能转化为其它能储存的能源,比如氢能,再运输到目的地。

 

地球上的所有能源归根结底都来源于太阳能,所以如果能将太阳能直接转化为氢能,将是效率最高的途径。但从目前的研究进度看,过催化剂在太阳光的照射下制氢,把太阳能直接转换成氢能源技术还停留在实验室阶段,效率也没有预期的高。所以,通过电解水制氢依然是更有希望率先被普及的方法。

 

说到这里,光伏巨头开始研发氢能生产的逻辑就通了。光伏将太阳能直接转化为电能,在光伏基地附近建设电解水设备生产氢气,这一途径与“太阳能-化石燃料-电能-氢能”、“太阳能-风能-电能-氢能”等途径比,能量损耗和成本都是最小的。

 

在新的能被大规模推广的技术成熟前,光伏巨头生产氢能有无可比拟的优势。

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氢能发展的政策和背景


氢能的研发历史可能比大多数人想象的都要久。因为能量密度(即单位体积内的包含的能量)高,氢能一直是航天领域的重要能源。最早在1928年,德国齐柏林公司就用以氢气为能源的飞艇,首次把人们从德国运送到南美洲,实现了空中飞渡大西洋的航程。之后,美国、苏联的航天飞机、宇宙飞船都是以液氢为能量来源。中国对氢能的研究与发展可以追溯到20世纪60年代初,亦是为了发展航天事业。

 

上世纪的航天领域军备竞赛让氢能的研发有了快速发展。在此基础上,1970年,美国通用汽车公司的技术研究中心提出了“氢经济”的概念,设想将同样的清洁高效能源用于汽车动力。然而,由于氢能的制造、储存等成本高居不下,且使用氢能的危险性(爆炸)一直不能得到有效解决,这一概念基本始终停留在实验室研究阶段。

 

21世纪以来,世界各国对“温室效应”、碳排放的重视程度都越来越高,氢能作为最清洁的燃料能源,重要性得到了提升,被世界各国相继纳入政策支持的范畴。国际氢能委员会预计,到2050年全球氢能占比将接近10%,2050年氢能利用可以贡献全球二氧化碳减排的20%,氢能产业链产值将超过2.5万亿美元。全球能源互联网合作组织同样预计,2050年电制氢用电量将达到2万亿千瓦时。

 

中国其实在2020年已经成为世界第一大制氢大国,氢能产量和消费量均已突破2500万吨。这离不开政策的扶持。氢能20世纪末就被写入《科技发展“十五”计划和2015年远景规划(能源领域)》,2019年被首次写进《政府工作报告》,今年又被列入《国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》未来产业布局。

 

氢能研发和利用对我国的重要性不仅在于能助力“碳中和”的实现,还在于能源自主的实现。

 

我国化石燃料的人均储备量低,一度被称为“贫油国”,是世界第一大原油进口国,仅去年一年进口原油就花费1763亿美元。花钱事小,当今国际政治局势不稳定,我国不能承受随时可能被“卡脖子”的风险。光伏、风能、潮汐能等清洁能源的开发利用已经缓解了我国部分能源压力,氢能作为未来发展的重点,对我国的重要性同样不言而喻。

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氢能的利用前景和制约因素


氢能在民用领域最有可能先普及的应用场景,就是燃料电池(Fuel Cell,简称“FC”),特别是在燃料电动汽车(FCEV)场景的应用。

 

现在的锂电池充电方便,但是有不能在极寒天气中使用、能量密度低等固有弱点。氢气的沸点低质-253℃,完全没有寒冷天气不能使用的担忧。燃料电池汽车能量密度大,理论加注时间仅为几分钟,续航却更长,能轻松突破800km。目前,在超过500km的远距离和超远距离使用中,燃料电池作为动力源的成本将比锂电池更低。

 

不过,氢气同样有爆炸风险。并且在现有技术下,生产和储存成本都很高。2020年4月,梅赛德斯奔驰宣布取消开发氢燃料电池乘用车的计划,就是因为FCEV的制造成本几乎达到传统电动汽车的两倍。

 

另外,充电桩现在还在普及阶段,加氢站就更是凤毛麟角。即使生产出FCEV,在哪里补充能量对于车主来说是个大问题。根据德国LBST的报告,截至2020年底,全球加氢站总保有量仅为553座。即使考虑统计误差,全球加氢站总数也不会超过1000座。

 

具体来看我国的发展状况。截至2020年底,我国对外营业的加氢站仅有81座,对于幅员辽阔的中国,81座加氢站意味着FCEV使用者基本只能跑固定线路。

 

好在我国一直在用政策推动氢能的发展,《节能与新能源汽车技术路线图》明确规划,到 2030 年,中国将实现 100 万辆氢燃料电池汽车的商业化应用。根据规划,2025年氢燃料电池汽车价格将降至与混合动力汽车持平;2030年氢气供应成本将不高于传统能源。


受政策激励,我国各主要地区的30余个省市级氢能发展规划相继出台,中石油、中石化、国家能源集团等20多家大型央企纷纷跨界发展氢能产业。3月29日,中国石化发布消息称,将把氢能作为公司新能源业务的主要方向,“十四五”期间规划建设1000座加氢站或油氢合建站,打造“中国第一大氢能公司”。

 

FCEV生产商端也有进展。长城汽车在氢能战略全球发布会上宣布,在已投资20亿元的基础上,长城汽车未来还将投入30亿元到氢能领域研发中。

 

我国的机遇是,新能源前期开发周期长、投入大,在其他能源领域有利可图时,国外企业很少有动力投入到氢能研发中,而我国的企业在得到政策明确支持乃至补贴的情况下,更有可能在技术上有所突破。

 

不过,我国氢燃料电池汽车产业链的现状依然是核心技术欠缺,不能独立自主生产部分零部件和关键材料,整个产业链的运转高度依赖进口。我国企业要有危机意识,有钻研精神,唯有打通核心技术,才能摆脱外界的限制,更好发展。

 

隆基股份此时入局氢能研发,其充足的现金储备、良好的营收情况是经济保障,因此敢为人先。其迈出的这一步无疑起到示范作用,在领头大哥的带领下,我国有望看到更多民营企业投身氢能研发,也有望看到更多的资本进入该领域作为支持。

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