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碳中和背景下氢能发展的初步思考

时间:  2020-11-30 16:45   来源:  氢能产业观察    作者:  网络转载

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一、下一阶段氢能发展将紧密围绕实现碳中和为核心目标

从2014年全球启动新一轮“氢能经济”,氢能产业在世界各国快速推进。发展到2020年,全球出现两个重要的标志性事项:第一、在前期仅少数国家如日、韩等正式发布了氢能战略,到今年欧、美、澳洲各国,甚至中东及拉美部分小国都先后发布各自氢能战略或路线图,对未来氢能产业做整体规划与安排,并明确强调绿氢发展目标;第二,中国对2060年实现碳中和做出承诺,与此前我国提出将在2030年左右二氧化碳排放达到峰值相比,这个目标进一步加大了力度,要求也更高。2020年10月份,欧盟议会进一步重申承诺碳中和目标。在此背景下,全球氢能经济发展、绿氢制备逐步进入2.0阶段,即推进能源领域深度替代,最终促进尽快实现碳中和。

可以预见,我国氢能发展将在会围绕实现如何促进碳中和前提下,进一步明确后续发展目标与路径。

二、碳中和背景下的氢能发展

化工领域绿氢替代:全球每年氢气产量约6900万吨,中国约2400万吨,99%通过化石能源制取,作为化工原料、工业气体应用在工业各领域,总计排放CO28.3亿吨,其中两个重要领域如下:

全球炼钢行业每年将大约有1.7亿吨的二氧化碳排放到大气中,占全球二氧化碳排放量的5%左右。而在我国,炼钢行业碳排放约占15%,但是占全球的占全球钢铁行业碳排放量的60%以上;传统农业中75% 的二氧化碳(CO2)来自化肥、饲料及燃料,在其中超过一半又来自化肥生产(我国约为61%)。这些领域无疑是未来绿氢存量替代即实现碳中和的重要领域。

交通领域的绿氢替代:我国制定了到2030年发展100万辆燃料电池车的目标。从碳中和角度,我国现有重卡约630万辆,其四项污染物排放量,一氧化碳占汽车总排放的18.0%,碳氢化合物占22%,氮氧化物占53%万吨,颗粒物占59%。因此,未来我国燃料电池车将更多向需要减碳的重卡、工程机械(叉车、装载机、挖掘机等)领域发展,替代现有重卡。

从深度替代角度。随着风、太可再生能源的发展,汽车电动化,在交通、电力、供热领域的减碳快速发展,有希望率先实现转型达成目标。目前,在工业、建筑领域,减碳及碳中和工作进入商业示范与探索。

三、制氢的未来路径的思考

全球已进入大量增加绿氢供应的阶段。欧洲已在推动多个G瓦级制氢项目,大量兆瓦级项目设计及建设中,我们初步统计约有40个绿氢制备项目。在中国已有大量制氢项目上马,据亚化咨询统计,截至2020年8月,中国共有45个风电/光伏制氢项目处于已建成或拟在建阶段。仅张家口地区,纳入今年开工的计划的项目就有三个,后续三年计划累计形成制氢能力超过30,000kg/d。

可见,全球氢能生产与应用进入到一个新的阶段;整体上,这些项目(特别是在中国)主要以满足氢能交通绿氢消耗为主要目标。

为实现碳中和为目标的绿氢深度替代开始向纵深发展,特别是新一代将电能转化学能的技术将快速发展与应用,将带来能源架构根本性的改革。绿氢替代进入交通以外的化工、建筑、供热、电力等领域;带来不同的各类创新商业模式的发展;如燃料电池卡车商尼古拉(NKLA)宣称成为能源供应商,整合产业链上上游制氢,下游用氢、并进入氢储能调峰市场;2020年8月31日,SSAB(瑞典钢铁公司),Vattenfall(瑞典一家电力公司)和LKAB(瑞典一家铁矿石生产商)通过HYBRIT(突破性氢能炼铁技术,用可再生电力生产的氢替代传统炼铁使用的焦炭)的无化石海绵铁生产工厂的正式启动;11月,中国河钢也宣布与外国伙伴合作采取类似技术开展氢冶炼;SUNFIRE在荷兰建设兆瓦级电能转化为化学能项目,等等。

可见,在快速嬗变中的新能源架构下,一方面,基于可再生能源制取的绿氢被大量生产及消耗,同时又需要具有高度的弹性与需求平衡,会导致出现基荷制氢+调峰制氢能力的适度配置问题;二方面,未来能源架构下电网、热网、气网与其它非能源架构之间壁垒也将打通,作为最佳二次能源的氢能开始真正成为未来能源架构的核心。

可见新一代高效制氢设备,与具有打通电能与化学能的技术及商业方案,将是未来重点发展方向;这一趋势,将开启”绿氢2.0时代“,也是发展所谓”氢能经济“真正意义之所在。
 

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