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中国绿氢产业:绿氢生产成本有望进一步降低

放大字体  缩小字体 发布日期:2024-01-16 14:31:06    浏览次数:237
导读

绿氢,是指采用太阳能、风能、核能等可再生清洁能源途径生产的氢气,其典型制备过程是通过可再生能源发电驱动电解水反应生成氢气。由于在这一过程中碳排放几乎可以忽略不计,从而赋予了这种氢气“零碳”或“无碳”的特性,故被业界广泛认可为可持续且环保的能源载体——零碳氢。

绿氢行业定义

绿氢,是指采用太阳能、风能、核能等可再生清洁能源途径生产的氢气,其典型制备过程是通过可再生能源发电驱动电解水反应生成氢气。由于在这一过程中碳排放几乎可以忽略不计,从而赋予了这种氢气“零碳”或“无碳”的特性,故被业界广泛认可为可持续且环保的能源载体——零碳氢。
氢能行业分类
氢能根据其生产方法和碳排放强度的差异被划分为三大类别:灰氢、蓝氢与绿氢。首先,灰氢占据全球氢气产量极大比重(约95%),其制备主要依赖化石燃料如石油、天然气和煤炭的热化学转化,这一过程不可避免地伴随着大量的二氧化碳排放,是三种类型中碳足迹最高的。蓝氢则是在制造灰氢的基础上采用了碳捕获、利用与封存(CCS)等先进技术手段,以期在生产过程中减少温室气体排放量,从而对构建低碳氢能经济体系起到推动作用。尽管如此,蓝氢并非直接替代绿色解决方案,而是作为向完全无碳化过渡阶段的一种关键技术路径,有助于社会逐渐迈向更清洁的绿氢时代。绿氢的生产实则是借助太阳能、风能、核能等可再生资源实现电解水的过程,该过程几乎不产生任何碳排放,因此被誉为“零碳氢”,是深度脱碳战略的核心组成部分,并对于加速能源结构转型至可持续清洁能源系统至关重要。

绿氢行业发展历程
绿氢行业发展历程可以追溯到20世纪70年代,当时人们开始关注可再生能源和低碳经济。随着全球气候变化问题的日益严重,各国政府和企业逐渐认识到绿氢的重要性,并开始投入资金和技术进行研发和应用。在21世纪初,绿氢技术逐渐成熟,但成本较高,限制了其商业化应用的发展。然而,随着技术的不断进步和成本的降低,绿氢行业逐渐崭露头角。2015年,国际能源署发布了《氢能与燃料电池技术路线图》,提出了发展绿氢的战略方向和目标。此后,各国纷纷出台政策支持绿氢产业的发展。近年来,绿氢行业得到了快速发展。2020年,全球绿氢产量达到了约100万吨,预计到2030年将达到每年数千万吨的规模。同时,绿氢的应用范围也在不断扩大,包括交通、工业、建筑等领域。
绿氢行业上中下游

绿氢上游行业主要包括氢气的制备和储存,其中氢气的制备主要依赖于可再生能源(如太阳能、风能等)或低碳能源(如天然气等),而氢气的储存则包括压缩氢气、液态氢气和固态氢气等技术。绿氢下游应用行业则非常广泛,包括但不限于交通运输、电力和热力供应、工业生产、建筑等领域。在交通运输领域,绿氢可以作为燃料电池汽车的动力来源;在电力和热力供应领域,绿氢可以通过电解水制取电力和热能;在工业生产中,绿氢可以替代传统的化石燃料作为原料或能源;在建筑领域,绿氢可以用于供暖、热水和空调等。

我国绿氢行业市场规模和增长率

绿氢的生产主要依靠电解水技术,这一途径被视为最符合绿色标准的方法,而煤制氢和天然气制氢等其他工艺因其碳排放问题未能达到绿色氢气的标准。在所有制氢方式中,仅使用可再生能源驱动的电解水制氢能够同时实现低碳排放目标和较低成本效益,从而展现出极高的经济价值与环保属性。尽管如此,在2021年中国制氢结构中,由于电解水制氢的成本相对较高,煤制氢仍占据主导地位,其市场份额高达64%;天然气制氢和工业副产氢分别以14%和21%的占比紧随其后;而电解水制氢的实际份额仅为大约1%。不过到了2022年,中国电解水制氢设备产业实现了显著增长,出货量达到了722MW,这一数据包括了出口设备但不包含研发用样机,相较于上一年度,实现了翻倍以上的同比增长率,增幅高达106%。与此同时,国内电解水制氢设备市场规模也经历了快速扩张,从2018年的1.82亿元人民币大幅跃升至2022年的17.65亿元人民币,反映出该行业在市场需求和技术进步推动下的强劲发展势头。
我国的绿氢市场正在快速发展。据统计,到2022年底,我国已经建成并投入运营的绿氢项目有36个,总产能约为每年3.7万吨。同时,还有超过300个绿氢项目正在规划中,预计这些项目的完工后,我国的绿氢年产能将达到每年350万吨。需求方面,预计到2025年,我国的绿氢需求量将超过150万吨,而到2030年,这一数字可能超过3000万吨。这表明绿氢的市场需求正在逐步增长。此外,在合成氨领域和甲醇行业,绿氢的应用也在不断扩大。例如,绿氢在未来有望替代合成氨领域的3000万吨以上的产能,同时,由于甲醇航运燃料的需求增长,绿氢在这个领域的新需求也在不断增加。
绿氢在未来的氢能供应体系中占据核心地位,预计到2050年其在整体供应中的比重可能攀升至70%。《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》指出,届时,中国年度氢气需求总量或将达到约6000万吨的水平。随着中国能源结构逐步从以化石燃料为主转向多元化的可再生能源主导格局,来自可再生能源驱动的电解水制氢将扮演主要供氢来源的角色,并有望实现高达70%的供给份额。与此同时,煤制氢结合碳捕获与封存(CCS)技术、生物制氢以及太阳能光催化分解水制氢等创新技术也将作为重要的补充手段,共同构建一个更加清洁、可持续的氢能生产体系。
绿氢行业政策
自2020年9月我国提出"双碳目标"以来,国家对于绿氢产业的支持政策逐渐明晰。在2021-2035年的《氢能产业发展中长期规划》中,明确指出了氢能在我国能源绿色低碳转型中的战略定位、总体要求和发展目标,并提出了氢能创新体系、基础设施、多元应用、政策保障、组织实施等方面的具体规划。同时,我国对绿氢技术研发领域的指导策略正不断深化细化,尤其重视电解水制氢技术的多元化研发,并逐步延伸至该技术在下游应用场景的拓展研究。近年来,我国在氢电解设备制造方面取得了显著进步,产能与装机规模呈现快速扩张态势,布局的绿氢项目数量亦呈井喷式增长。在国内市场,绿氢的主要下游应用集中在化工等传统行业领域,其中以合成氨和合成甲醇产业对于绿氢的需求最为突出。

绿氢行业存在的问题

从技术层面来看,电解水制氢的核心设备如电解槽的效率、稳定性和寿命仍有提升空间,尤其是质子交换膜(PEM)电解槽等先进电解技术的成本仍然较高,这直接影响了绿氢生产的经济性。其次,大规模可再生能源的供应与电解水制氢需求之间的匹配问题也是关键所在,由于风能、太阳能等可再生能源的间歇性和地域性特点,如何实现高效、稳定的电力供应以满足电解水制氢的需求是一项复杂的技术和管理挑战。再者,基础设施建设滞后也制约着绿氢产业的发展。当前,氢气储存、运输以及加注设施尚不完善,高压储氢、液化储氢及固态储氢等技术的研发和应用成本高且难度大。此外,相关标准规范体系尚不健全,尤其在安全标准、产品质量标准等方面有待进一步完善。
经济性问题是绿氢行业面临的另一大难题。相较于传统的化石燃料制氢方式,绿氢生产成本明显偏高,这对于市场化推广形成了一定阻碍。同时,政府补贴政策的持续性和稳定性对绿氢行业的健康发展至关重要,但目前全球范围内相关政策体系还在逐步探索和完善中。社会认知度与接受度也是一个不容忽视的问题。尽管绿氢具有零碳排放的显著优势,但在公众和部分产业界人士的认知中,氢能源的安全性及其经济效益仍存在一定疑虑,需要通过科普宣传、示范项目以及成功案例来增强社会各界对其的认可度和信心。综上所述,要推动绿氢行业的全面发展,必须在技术研发、基础设施建设、政策引导以及市场培育等多个维度协同发力,才能有效克服现有瓶颈,释放其在能源转型中的巨大潜力。

绿氢行业发展前景预测

绿氢产业在全球能源转型和应对气候变化的大背景下,展现出了极为广阔且充满活力的发展前景。随着全球对可持续发展和碳中和目标的日益重视,以及各国政策扶持力度的不断加大,绿氢行业将迎来前所未有的发展机遇。
从技术层面来看,电解水制氢技术正处在快速进步与突破阶段,新型高效、低成本的电解槽技术研发及规模化应用将成为推动绿氢行业发展的重要动力。同时,可再生能源发电成本持续下降,为电解水制氢提供了更加经济的电力来源,使得绿氢生产成本有望进一步降低。
在基础设施方面,储运技术的革新,如高压气态、低温液态或固态储氢技术的研发与推广,将极大地解决氢气大规模储存和长距离运输的难题,从而支持绿氢产业实现更大范围的应用。此外,随着加氢站等配套设施的建设完善,绿氢在交通、工业、建筑等多个领域的应用场景将进一步拓宽。
政策层面上,众多国家和地区已出台了一系列鼓励和支持绿氢产业发展的政策,包括补贴、税收优惠、项目投资等措施,旨在构建有利于绿氢产业发展的良好生态环境。未来,随着政策体系的成熟和完善,绿氢行业的市场化进程将进一步加快。
市场需求方面,随着环保法规日趋严格和低碳理念深入人心,各类行业对零排放燃料的需求将持续增长,绿氢作为深度脱碳的有效途径之一,将在钢铁、化工、交通等行业扮演重要角色,市场潜力巨大。
综上所述,绿氢行业在技术进步、政策驱动、市场需求等多重因素的共同作用下,发展前景十分光明。然而,要真正实现绿氢的大规模商业化应用,仍需克服诸多挑战,但随着全球合力攻关,绿氢必将在全球能源结构中占据越来越重要的地位,成为推动全球绿色低碳转型的关键力量。


 
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