新能源技术产业回溯总结,一文搞懂,新能源的前世与今生!

什么是新能源?

有旧才有新,新能源是相对旧能源(传统能源)来定义的。

从大的宏观角度来看,我们经历了三次工业革命,正在经历第四次工业革命。

第一次工业革命的机器是蒸汽机,它的能源是煤。

第二次工业革命的机器是内燃机和电力机器,它的能源是石油和电力。

自从内燃机发明、取代蒸汽机之后,作为能源的煤主要用来燃煤发电,其次用在钢铁、建材、化工行业。

比如2019年,我国煤炭消费3930Mt(百万吨),其中用于发电2040Mt,用于钢铁行业670Mt、建材行业510Mt、化工行业280Mt。

这个在农村生活过比较长时间的应该更有体会,因为以前农村里还是普遍使用蜂窝煤,是不烧柴火之后的主要家庭能源,后来才有了液化气和电的替代。

我小时候家里每年都会买那种“散煤”,加上水弄成糊糊状,然后用蜂煤器做成一个个的蜂窝煤,晒干后就可以用。

后来煤越用越少,就不再自己做了,每年买一点成品。

城市里更是很早就一点煤都不用了,所以煤炭现在几乎都是企业在消耗。

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数据来源:能源基金会《2020能源数据》。

除了煤,天然气也是一种常见能源,主要用作发电燃料、城镇燃气和工业燃料。

比如2020年,我国消费天然气3200亿m³,发电占比18%、城镇燃气占比38%、工业燃料占比34%,其余化工占比10%。

在美国,天然气是发电的主要能源,美国能源信息署(EIA)数据,2020年天然气发电占总发电量39%。

从第二次工业革命至今,煤、石油、天然气是全球主要的一次能源,是不可再生的化石能源,煤电和天然气电是全球主要的二次能源(经一次能源加工),以上统称是传统能源。

第三次工业革命主要是信息技术的发展,能源上没有大的变化。

现在我们正在经历第四次工业革命,从2000年开始,全球科技创新进入空前密集期,主要集中在五个领域。

一是以人工智能、量子信息、移动通信、物联网、区块链为代表的新一代信息技术加速突破应用。

二是以合成生物学、基因编辑、脑科学、再生医学为代表的生命科学领域发生新的变革。

三是融合机器人、数字化、新材料的先进制造技术正在加速推进制造业向智能化、服务化、绿色化转型。

四是以清洁高效可持续为目标的能源技术加速发展将引发全球能源变革。

五是空间和海洋技术正在拓展人类生存发展新疆域。

区别于传统能源,新能源的特点就在于清洁(低碳)和可持续(可再生)。

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为什么是新能源?

1、传统能源是全球气候变暖和大气污染的主因。

在20世纪80年代,南极臭氧层空洞曾经是个全球性大问题,应对全球气候变暖、减少碳排放,成为国际社会的共识。

1992年,《联合国气候变化框架公约》通过。

2015年,《巴黎协定》通过,旨在加强《公约》。

2021年,《巴黎协定》实施细则通过决议,国际社会开始全面落实协定内容。

《协定》主要内容是把全球平均气温升幅控制在工业化前水平以上低于2°C之内,并努力将气温升幅限制在工业化前水平以上1.5°C之内。

应对全球气候变暖、减少碳排放的关键在于减少传统化石能源的消费。

单说我国。

2020年12月在气候雄心峰会上,我国宣布到2030年非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右,风电、光伏发电(本文简称光伏)总装机容量将达到12亿千瓦以上。

2021年10月,我国发布《2030年前碳达峰行动方案》,具体内容下文再说。

实际上,减少碳排放不是表面的环保问题,碳排放关系国家经济发展的权利,这里不细说了,有兴趣的去看丁仲礼院士和公知柴静的对线。

然后是大气污染。

在十年前,雾霾和PM2.5曾经是我国的大问题,现在的空气质量比过去好太多了。

排放到空气中的大量工业废气、燃煤烟尘以及逐渐增加的汽车尾气是大气污染物的主要来源,2015年燃煤对全国PM2.5排放量贡献率达62%,是雾霾的元凶。

综上,新能源作为清洁能源,是取代传统化石能源的一个原因。

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2、 传统能源是不可再生资源。

在20世纪80年代,石油枯竭曾经是个全球性大问题,近年似乎提得不多了,但是可再生仍然是新能源与传统能源的重要差异。

尤其是我国,传统能源资源匮乏,石油、天然气对外依存度极高。

煤资源,我国储量和产量位居世界第一,2019年产量达38.5亿吨,算入未统计的部分,实际产量高达42.5亿吨。

但是消费大、需求大,年年都要进口,2019年进口3亿吨。

并且,我国煤资源开采条件差、生产成本高。

2018年,矿井平均开采深度已达510米,最深1450米,开采成本高,因此价格高,煤炭出矿价66.1美元/吨,是美国的1.7倍。

而且我国的煤炭储量并不是很足,相比美国煤炭储存量高达390年来说,我国仅仅只有37年,40年之后我国就会面临煤炭资源不足的局面,储产比非常低。

恰恰煤是我国的主要消费能源,因此也是减碳的主力,最重要的手段就是减少煤电发电量,增加绿电(清洁电力)发电量。

石油资源,我国储量和产量都比较小,2021年进口原油5.1亿吨,对外依存度72%。

并且,我国石油资源开采条件差、成本高,单井平均日产2吨,中东地区高达685吨。

2018年,开采成本50美元/吨,是中东地区的10倍。

天然气资源,情况和石油资源差不多,2016年我国管道天然气市场价2.04元/m³,是美国的3.5倍。

简单说一下储产比概念。

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储产比是剩余可采储量和当年产量的比值,数字越大越好,从上表看,我国石油和天然气能源储产比都比较小。

综上,从国家能源安全和可持续角度看,新能源作为可再生能源,是取代传统不可再生能源的又一个原因。

经过以上分析,不难发现,全球能源变革尤其是我国能源变革的主因是国际政治、环保主义、国家能源安全,和能源产业本身的发展规律关系不大。

因此,国家产业政策是推动能源产业变革、推广新能源的主动力。

现行的国家能源产业政策有2个最为重要。

一是2021年发布的《2030年前碳达峰行动方案》,规定到2025年非化石能源消费比重达到20%左右,到2030年非化石能源消费比重达到25%左右。

在该文件中,有一段叫“大力发展新能源”,主要内容是全面推进风电、光伏大规模开发和高质量发展,探索地热能、海洋能开发利用,规定到2030年风电、光伏总装机容量达到12亿千瓦以上。

注意措词,全面推进风电、光伏大规模开发和高质量发展。

另外,文件中的新能源指风电、光伏、地热能、海洋能,其它清洁能源并没有归入新能源,这一点我们在下文具体讨论。

二是2022年发布的《“十四五”现代能源体系规划》,规定到2025年,非化石能源消费比重达到20%左右,非化石能源发电量比重达到39%左右,电能占终端用能比重达到30%左右。

在该文件中,有一段叫“加快发展风电、太阳能发电”,主要内容是全面推进风电和光伏大规模开发和高质量发展,优先就地就近开发利用,加快用电侧分散式风电和光伏建设。

有序推进集中式开发,加快推进以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点的大型风电光伏基地建设,积极推进黄河上游、新疆、冀北等多能互补清洁能源基地建设。

积极推动屋顶光伏开发利用,推广光伏发电与建筑一体化应用。

开展风电光伏制氢示范。

鼓励建设海上风电基地,推进海上风电向深水远岸区域布局。

该文件对传统能源和新能源都有规划,是投资能源产业的必读文件。

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上面这张图是我在西北拍的,我每年都会出去走动走动,美其名曰“放空”,其实就是贪玩。

我发现西北最大的变化就是多了很多漫山遍野的“大风车”,像上面这种场面,西北到处都是,太阳能板反而没那么多。

两个文件之中的概念大家应该都不陌生,我简单介绍一下什么叫多能互补。

受光照和气候影响,风电、光伏的输出电压和发电量不稳定,解决的办法之一是和水电互补,从而向电网输送稳定电压和稳定电量的电力。

比如我国的龙羊峡水光互补电站、雅砻江水风光互补绿色清洁可再生能源基地。

其它配套文件也不少,我挑几个重要的说一下。

《以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点的大型风电光伏基地规划布局方案》,规划到2030年,总装机容量达到4.55亿千瓦。

《关于2021年可再生能源电力消纳责任权重及有关事项的通知》,规定自2021年,每年印发当年和次年消纳责任权重,当年权重为约束性考核指标,各省能源主管部门负责。

以上两个配套文件极为清楚的说明,我国能源改革是政策推动的,新能源建设的规模是政策规定的,新能源的消纳列入地方政府考核。

总结一下,我国能源变革是政策推动的,主要方向是减少煤、石油、天然气化石能源消费,增加非化石能源消费,尤其是增加电力在终端的消费。

非化石能源主要是电力和氢能,电力指清洁电力,主要是可再生的风电、光伏、水电和不可再生的核电

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地热能、海洋能、生物质能等其它新能源还在探索阶段,而且资源储量小,这里先略过。

可再生能源之中,水电资源开发殆尽,这里也先略过。

从资源端看,我国水电技术可开发资源量542GW,其中有经济效益的经济可开发资源量402GW。

从开发端看,2021年水电已开发利用量391GW,接近402GW的极值。

从可持续角度看,可再生能源发展优先级大于不可再生能源。

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下面,我们具体谈一谈新能源细分产业,主要是风电、光伏、核电、氢能。

1、风电

2021年,风电总装机容量3.3亿千瓦,同比新增47.57GW(100GW=1亿千瓦)。

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2020年、2021年,风电有肉眼可见的巨大增长,原因在于新能源产业是政策推动的,政策是根本。

2019年5月,发改委发布《关于完善风电上网电价政策通知》,主要内容有2块。

一是关于陆上风电的上网电价。

2018年底之前核准的陆上风电项目,2020年底前仍未完成并网的,国家不再补贴;

2019年1月1日至2020年底前核准的陆上风电项目,2021年底前仍未完成并网的,国家不再补贴。

自2021年1月1日开始,新核准的陆上风电项目全面实现平价上网,国家不再补贴。

最重要的内容是上一句,文件规定陆上风电项目自2021年取消国家补贴,因此2020年有一波陆上风电的抢装潮。

比如2020年,我国陆上风电新增装机68.6GW,是海上风电新增装机3GW的近23倍。

二是关于海上风电的上网电价。

2018年底前已核准的海上风电项目,如在2021年底前全部机组完成并网的,执行核准时的上网电价。

2022年及以后全部机组完成并网的,执行并网年份的指导价。

文件规定2021年底前并网的海上风电项目有国家补贴,自2022年取消国家补贴,因此2021年有一波海上风电的抢装潮。

比如2021年,我国陆上风电新增装机41.4GW,同比大幅减少,海上风电新增装机14.5GW,同比增长近3倍。

补贴的力量从来都是“巨大的”。

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自2022年开始,新增风电项目不再有国家补贴,增长率不如前两年是必然的,不过仍然是市场最为看好的赛道之一。

原因当然在于政策。

《“十四五”现代能源体系规划》,规定到2025年,非化石能源消费比重达到20%左右,非化石能源发电量比重达到39%左右。

前一个目标已经实现,国家能源局数据,2021年我国清洁能源消费比重达到25.3%。

后一个目标还有差距,中电联数据,2021年我国非化石能源发电量比重达到34.6%,距离目标还有4.4个百分点。

这个差距很大程度上必须指望风电和光伏的增量来追平。

在国家补贴退出、新能源消纳责任落在地方政府之后,风电项目的经济效益成为产业发展的关键。

风电项目的经济效益,显而易见,取决于上网电价和度电成本。

大体上,风电项目经济效益=发电量×(上网电价-度电成本)。

上网电价,发改委《关于2021年新能源上网电价政策有关事项的通知》规定,2021年起,新核准陆上风电项目国家不再补贴,平价上网;

2021年起,新核准海上风电项目上网电价由地方政府制定,在燃煤发电基准价内的部分由电网企业结算。

在燃煤发电基准价外的部分,当然由地方政府财政补贴了。

简而言之,风电上网电价与煤电基准价挂钩,一般不会超过煤电市场价,大约在0.35-0.45元之间。

度电成本,具体计算方法这里不展开了,请关注公众号,我们会在之后分析上市公司的文章里详细说明。

现在,我们只需要知道,陆上风电度电成本基本控制在0.2-0.3元,海上风电度电成本基本控制在0.4-0.5元之间。

也就是说,陆上风电项目已经实现了正收益,海上风电项目还需要地方政府财政补贴,不过已经非常接近正收益门槛。

在总装机容量和新增装机容量方面,陆上风电比海上风电多得多,经济性是主要原因。

未来,随着风电度电成本进一步下降(几乎是必然事件),风电项目的经济效益进一步提升,产业前景很好。

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以上是风电产业大的层面,其实还有很多内容没有讲到,比如集中式和分布式的比较,比如陆上风电和海上风电的比较,比如全产业链,比如技术发展趋势,比如全球市场……

本文没有展开的内容,有可能的话会在之后的分析文章里尽量讲到,请保持关注。

2、光伏

2021年,国际可再生能源署(IRENA)数据,全球光伏总装机容量846GW,同比增长19%,新增133GW。

2021年,国家能源局数据,我国光伏总装机容量3.06亿千瓦,同比新增54.9GW。

我国光伏总装机容量略低于风电,但是新增装机容量略高于风电。

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之所以光伏产业提及全球市场,是因为在全球光伏产业链中,我国占主导地位。

2021年,全球新增装机容量133GW,我国新增装机容量54.9GW,占比41.3%。

2021年,全球总装机容量846GW,我国总装机容量306GW,占比36.2%。

无论是累计装机规模,还是新增装机规模,我国都是绝对主力,至少有两点原因。

一是我国新能源改革的决心和政策力度更大。

这一点请回看本文开篇“为什么是新能源?”部分。

二是我国光伏产业在全球产业链中优势巨大。

我国光伏产业的发展进程这里不展开了,离主线太远,等下内容过多。

我们以投资的眼光看,全球光伏市场几乎是中国企业的天下。

比如2021年,我国出口光伏组件88.8GW,国外新增装机容量才78.1GW,部分出口组件会在下一年装机。

这里也有统计口径的问题,比如infolink数据,2021年全球新增装机容量172.6GW,非中国市场新增124.6GW,比国际可再生能源数据高出不少。

即便是以infolink数据计算,我国组件出口规模也占国外市场的70%以上。

国外能源改革也是政策推动。

比如美国,年初重新加入《巴黎协定》,承诺2035年电力行业零排放、2050年温室气体零排放。

不过就在今年6月,美国最高法院裁决,限制环境保护署利用《清洁空气法案》监管发电厂温室气体排放的权力,咳咳这个各位自行脑补。

比如欧盟,2021年通过《欧洲气候法案》,承诺2030年温室气体排放比1990年减少55%、2050年前温室气体零排放。

不过就在前几天,欧盟老大之一德国拟立法推迟2035年电力行业零排放的目标,可能重启燃煤发电厂。

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其它国家能源政策大差不差,基本在2035年先实现电力行业零排放。

我国能源政策请回看本文“现行的国家能源政策”部分。

此外,发改委《关于2021年新能源上网电价政策有关事项的通知》规定:

一、2021年起,对新备案集中式光伏电站、工商业分布式光伏项目和新核准陆上风电项目(以下简称“新建项目”),中央财政不再补贴,实行平价上网。

二、2021年新建项目上网电价,按当地燃煤发电基准价执行。

光伏和陆上风电同一年取消国家补贴,平价上网,因此光伏项目的经济效益成为产业发展的关键。

国外尤其是欧美地区,2021年底至今油气大幅上涨,大概率会推动新能源快速增长,利好我国光伏企业。

比如2022年一季度,我国出口组件37.2GW,同比大幅增长112%。

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国内光伏项目的经济效益和风电项目一样,取决于上网电价和度电成本。

上网电价,按照国家规定执行燃煤基准价,一般在0.35-0.45元之间。

度电成本,光伏项目分集中式和分布式两种,成本差不多。

集中式光伏项目初始成本,主要由组件、逆变器、支架、电缆、一次设备、二次设备等关键设备成本以及土地费用、电网接入、建安、管理费用等部分构成。

2021 年,全投资模型下,集中式光伏电站在 1800 小时、1500 小时、1200 小时、1000 小时等效利用小时数的 LCOE 分别为 0.21、0.25、0.31、0.37 元/kWh。

全投资模型指不含融资成本。

LCOE(Levelized Cost of Energy),平准化度电成本,计算方法是项目全生命周期成本折现除以全发电量,折现率一般是5%。

工商业分布式光伏系统的初始投资主要由组件、逆变器、支架、电缆、建安费用、电网接入、屋顶租赁、屋顶加固以及一次设备、二次设备等部分构成。

2021 年,全投资模型下分布式光伏发电系统在 1800 小时、1500 小时、1200 小时、1000 小时等效利用小时数的 LCOE 分别为 0.19、0.22、0.28、0.33 元/kWh。

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光伏项目已经实现正收益,未来度电成本大概率会进一步下降,产业前景大好。

关于集中式和分布式光伏,还有许多可以说的。

此外,光伏全产业链、光伏技术迭代、光伏电池、光伏建筑一体化等等内容这里也先不做展开,我会尽可能在之后的分析文章里谈到。

3、核电

核电一直是比较神秘的,大家看到的基本上都是表面的东西,我由于某些特殊的原因,了解得比较多,所以直接说结论:

“我极其看好我国的核电,是国之重器,是蓄势待发的雄狮”。

突然想起前几天被“乾坤圈”刷屏了,大家应该都看到了吧,世界第一大圈非常高调的从世界人民眼前飘过,就是用在核电上的。

其实之前我国只有《中核》和《中广核》两家具备核电站的建设和运营资格,近几年才放开新进入了不少公司。

截止2021年底,我国在运核电机组53台,装机容量5464.7万千瓦。

《“十四五”现代能源体系规划》到2025年,核电运行装机容量达到7000万千瓦。

简单计算一下,到2025年,核电装机容量复合年增长率6.4%。

中国核能行业协会《中国核能发展报告(2021)》预计,到2025年在运核电装机达到7000万千瓦,在建核电装机达到3000万千瓦;

到2030年,在运核电装机容量将达到1.2亿千瓦,发电量占全国发电量8%。

核电的发展主要取决于2个因素:安全性和经济性。

这些年全世界都有点谈核色变的感觉,当然法国除外,法国是世界第二大核电国,核电占比高达7成,而且法国人民对核安全这个问题,好像并没那么在乎。

不像德国,极端到要关闭所有核电站,估计等俄乌战争结束真可能会放弃所有核电站。

美国是全球第一,虽然发电占比20%,看起来好像不是特别高,但是核电站非常多,

技术进步让核电站的安全性和经济性大大提高。

第一代核反应堆是1950年代苏联和美国的实验原型堆。

第二代核反应堆是1960年代在实验原型堆基础上设计的压水堆、沸水堆、重水堆。

第三代核反应堆具有非能动安全系统,发生严重事故的概率下降1-2个数量级。

其实历史上发生的三次大的核电事故,1979年美国的三里岛事故、1986年苏联的切尔诺贝利事故、2011年日本的福岛事故,都是人为因素占主因。

不过核事故的影响实在太大太广了,仅仅三次事故,就对全世界的核电行业都产生了非常深远的影响。

任何事物我们都应当辩证的去看待,风险和问题只能说明难度,并不能说明就应该放弃,有问题解决问题就好了嘛。

2020年,我国自主第三代核电技术、抗震等级达9级、抗大飞机撞击的“华龙一号”首台核电机组投入运行。

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“华龙一号”机组发电功率增加5-10%,采用世界最高安全要求和最新技术标准。

1台“华龙一号”机组一年发电量达100亿度,能够满足100万城市人口一年的生产生活用电需求。

2021年,我国自主第四代核电技术的示范工程也成功并网发电,设备国产率90%以上。

在“多发满发”的新能源政策下,核电发电量和经济效益同比提高。

2021年,核电发电量4000亿度左右,同比增加11.2%,上网电量3800亿度左右,同比增加11.4%。

以上市公司业绩为例,2021年中广核营收807亿,同比增加14.3%,扣非净利润97亿,同比增加3.4%。

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我个人看好核电产业,核电作为唯一稳定的非化石能源电力,有望替代煤电成为电力系统的基础负荷电源。

目前核电发电量占全国发电量5%以上,中国核能协会预计到2030年发电量占比8%左右,长期来看上升空间很大。

短期来看,核电初始投资大、回收周期长、技术门槛高,不如风电、光伏产业容易上规模。

但是核电有一个任何新能源都眼红的优点,那就是对储能要求没那么高。

目前所有新能源的死穴都是储能问题,储能技术一直未能突破,而不管是太阳能还是风能,发电的稳定性都不高,没有储能环节来缓冲的话,效率就始终无法很好的提升。

水电稍微好一丢丢,发出来的电用不完的时候,比如晚上发的电,不用就浪费了,这个时候就把这些要浪费的电来抽水,把水重新抽上去,白天用电高峰的时候,又把水放下来加大发电力度。

等于就是变相储能,把多余的电换成高水位,不过这个操作目前也并不多。

太阳能发电和风力发电就没这个特点,完全无法储能。

而核电某种程度上跟火力发电有点像,可控、效率是最高的。

后面在单独分析核电企业时,还会详细的介绍。

4、氢能

说起氢能,不得不想起日本,在新能源汽车的方向选择上,日本没有选择电动汽车,而是选择了氢能汽车。

所以目前日本在电动汽车行业完全失去了先机和竞争力,但是氢能汽车日本是绝对的世界第一。

2021年,我国氢气产量和消费量超过3340万吨。

从供给侧看,我国氢气供给主要是煤制氢,2019年占比40%以上。

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数据来源:中国氢能联盟《中国氢能源与燃料电池产业发展研究报告》

煤制氢、天然气制氢、石油制氢,化石能源制氢合计占比64%,制氢过程会排放大量温室气体,称之为灰氢。

工业副产品提纯制氢占比32%,主要从焦炉煤气、氯碱尾气之类工业副产品中提纯氢气,称之为蓝氢。

电解水制氢占比4%,问题是电价太贵。

利用风电、光伏清洁电力制氢是未来的大方向,全程不排放温室气体,符合双碳政策,称之为绿氢。

2021年,我国弃水电量约175亿度,弃风、弃光电量超过200亿度。

这个时候,电解水制氢就是目前最有可行性的储能手段之一,因为储能技术瓶颈主要在物理结构和化学特性,电解水制氢等于是绕开了这个瓶颈。

虽然绕开了储能的难题,但是氢的储存和运输却同样存在难点。

从需求侧看,我国氢气需求主要是原油炼化和合成氨化肥,2019年合计占比90%。

供给和需求中间还有一个储存和运输的环节。

储氢有3种方式,气态、液态、固态。

高压气态储氢是目前主流的储氢方式,低温(-240℃以下)液态储氢成本太高,主要用在航天领域。

液态储氢还有一种方式,在液态有机物中加氢,成本较高,目前没有规模商用。

固态储氢是在金属合金材料中加氢,形成金属氢化物,技术尚在研发。

上述储氢方式,低温液态储氢密度最大,但是技术难度最高、成本最高,液态有机物和固态储氢是未来的主流。

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数据来源:《全球氢能产业发展的现状与趋势》。

高压气态运氢是目前主流的运氢方式,一般短途运输采用储氢罐拖车或者纯氢管道,中长距离运输采用天然气管道混氢。

但是如果超过1500公里,不如在当地电解水制氢划得来。

目前全球纯氢管道长度也就不到4500公里,我国纯氢管道长度仅有100公里。

液态和固态运氢方式规模太小,先略过了。

储氢罐拖车

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在我国能源变革中,氢能作为一种新能源,近几年上升到国家层面。

《“十四五”现代能源体系规划》提出,攻克可再生能源制氢和氢能储运、应用及燃料电池等核心技术,力争氢能全产业链关键技术取得突破,推动氢能技术发展和示范应用。

国家能源局《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》提出,到2025年,基本掌握核心技术和制造工艺,初步建立较为完整的供应链和产业体系。

燃料电池汽车保有量约5万辆,部署建设一批加氢站。

可再生能源制氢达到10-20万吨/年。

到2030年,形成较为完备的创新体系、供应体系,可再生能源制氢广泛应用。

到2035年,形成氢能产业体系,构建涵盖交通、储能、工业等氢能应用生态,可再生能源制氢在终端消费中比重明显提升。

由此可见,我国氢能产业发展处在初级阶段。

站在初级阶段看问题,氢能问题不少,比如制氢不环保、不经济,比如氢脆,比如氢气单位体积能量密度低。

最让人怀疑的是氢气爆炸范围大、威力大。氢气泄露在空气中,体积浓度在4-75.6%之间时遇火就爆炸,威力惊人。

2022年4月齐鲁炼油厂氢气泄漏爆炸

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不过站在发展角度看问题,以上氢能问题都不是问题。

比如使用可再生能源电解水制氢,合理利用弃水、弃风、弃光电量,既制氢,又储能,而且还环保。

比如使用常压常温的液态有机物储氢和固态金属合金储氢,既解决氢脆问题,又解决高压气态距离短、低温液态成本高的问题。

比如氢气体积能量密度低,氢气是气体,自然比不上成品油的单位体积能量密度,可是氢气单位质量能量密度高,是除核燃料外热值最高的燃料。

要知道单位热值,氢能是汽油的3倍,是乙醇的4倍,是煤的5倍。

正如总书记所说:“发展是解决一切问题的基础和关键。”

氢能所面临的问题也必须由发展来解决。

比如制氢环节,可再生能源电解水制氢(绿氢)必须发展到电价足够便宜,制氢有经济效益才行。

比如储运环节,高压气态、低温液态储运的缺陷都比较大,液态有机物、固态合金储氢必须发展到技术成熟、成本低廉才行。

2019年,世界第一个液态有机物储氢的全球氢供应链正式运营,从文莱到日本。

比如用氢环节,氢能必须发展到足够便宜,需求侧有经济效益才行。

关于用氢,氢燃料电池是当前资本市场关注的重点,投资人希望它成为第二个锂电池,甚至替代锂电池,从而获取巨大收益。

丰田Mirai 2氢燃料电池汽车

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什么是氢燃料电池?

首先,它不是电池,也不直接燃烧氢气。

它的工作原理是,氢气在催化剂作用下分解成氢质子和电力,在质子交换膜作用下,氢质子和电子分离,氢质子在催化剂作用下和氧气(空气)生成水,电子进入电路生成电力。

简而言之,氢燃料电池实际上是个氢气发电机,而不是先储电再放电的电池。

分析工作原理,不难发现,氢燃料电池有2个关键的零部件:质子交换膜和催化剂。

质子交换膜占电池总成本16%左右,催化剂(贵金属铂催化剂)占电池总成本36%左右,合计50%以上,主要依赖进口。

上文有交代,我国氢能产业处在初级阶段,距离世界先进水平还太远。

为什么是氢燃料电池汽车?

锂电池汽车的弊端显而易见,全球锂资源储量有限,自从电动汽车大卖,锂价格一路走高。尤其是三元锂电池,钴、镍价格也大幅上涨。

氢燃料电池汽车的优点在于,总有一天,可再生能源电解水制氢会具有经济效益,这是一件大概率事件。

缺点在于,催化剂太贵了。

美国地质调查局数据,2018年全球铂族金属储量6.9万吨,南非6.3万吨,俄罗斯0.39万吨,津巴布韦0.12万吨,美国900吨,加拿大310吨。

如果氢燃料电池汽车大卖,铂价大幅上涨是必然的。

第二个缺点在于,氢气爆炸范围大、威力大。

氢气一旦泄漏,如果是开放空间,氢气会快速扩散,危害不算太大;如果是封闭空间,比如地下车库、隧道,危害太大。

氢燃料电池汽车在车辆碰撞方面的安全性也是一个未知的潜在危险。

因此,我个人认为,短期内氢燃料电池汽车应以公共交通为主,比如停放在开放空间的公交车、中重型卡车、工程机械。

长期待安全技术完备、法规制度完备后,再开发乘用车市场。

在国家能源局《氢能产业发展中长期规划》中,有一段叫“有序推进交通领域示范应用”。

主要内容是重点推进氢燃料电池中重型车辆应用,有序拓展客货汽车市场应用,探索船舶、航空器等领域应用。

奔驰GenH2氢燃料电池卡车

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第三个缺点在于,加氢站投资巨大。

加氢站的作用是给氢燃料电池汽车加氢,类似加油站、充电桩。

不算土地成本,一座日加氢500kg的加氢站总投资超过1500万元,导致新开加氢站数量增长缓慢,从而不利于氢燃料电池汽车销售。

以上关于氢燃料电池的内容十分简略,尤其是工作原理、技术、零部件方面。

氢能产业没有展开的内容很多,比如产业发展趋势、全产业链、电解水制氢技术与成本、氢燃料电池汽车全产业链……

没有展开的内容,会尽可能在之后的文章介绍。

新能源产业还有两个非常重要的部分没有讲到,一是风电、光伏输出电压和发电量不稳定,而且需要储能;

二是集中式风电、光伏项目主要在“三北”地区,离用电侧很远,需要西电东送。

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