杜从远以为赵硕会笑他“痴线”,没想到赵硕很从容地告诉他:“我们要对氢燃料电池汽车多些耐心,根据中国汽车工业协会的数据,去年10月份,燃料电池汽车的产量和销量分别为59辆和47辆,而从1月到10月,燃料电池汽车的产量和销量分别为940辆和953辆。”
杨总:“发展氢燃料电池汽车是中国、美国、欧洲和日本在全球碳减排趋势下的重要战略目标之一。在《国家创新驱动发展战略纲要》和《汽车工业中长期发展规划》中,氢燃料电池汽车被列为重点发展产业。根据该计划,中国的目标是到2030年拥有200万辆氢燃料电池汽车。”
杜从远哈哈大笑着说:“我原本是用这个借口让自己在这几年内断了买车的念想,这么看来,我们临港在2025年之前肯定有企业生产出氢燃料电池汽车的整车来。”
赵硕:“去年不是有“造车进临港”项目入驻我们临港了吗?估计今年年底就有氢燃料电池汽车出炉。”
氢能具有热值高、无污染等优点,氢燃料电池汽车因充氢时间短、行驶里程长等优点而受到越来越多的关注。
我国多个部委、地区和企业都明确表达了对氢燃料电池汽车的支持和布局。
近日,工信部将其部分车型列入新能源汽车推广应用推荐车型目录;在省一级,据不完全统计,已经有十几个省市出台了推广氢燃料电池汽车的政策,其发展目标有上千个;企业的积极性也很高。
盛远的战略合作伙伴长城汽车、中石化、龙基等企业都积极布局了氢能产业。
目前,我国氢燃料电池汽车发展速度较快,但作为一种新兴事物,其技术研发和应用还有待进一步探索,市场和配套措施还有待逐步完善。
氢燃料电池汽车产业的发展除了整车的发展外,还必须依靠全产业链的新技术和新零部件的支持。
目前我国氢燃料电池汽车价格高的主要原因是关键零部件和技术依赖进口,导致成本高。各行业和企业都在积极探索,加大研发投入和力度,尽快推动制造领域关键技术和零部件国产化。
在市场应用方面,目前优先考虑特种车辆,如物流行业的重型卡车,以及行驶里程长、充电快的商用车型。电动汽车的电池成本比较高,自身重量也很大,不适合长途物流运输。但氢能注入时间短,行驶距离长,携气量不大,氢燃料汽车的发展是氢燃料商用车发展的有效途径之一。
在配套设施方面,虽然目前的布局刚刚开始,但也需要一个全面均衡的布局。地方和企业在规划、设计、施工方面要有前瞻性、前瞻性。同时,既要依靠地方支持,更要发挥市场力量,实现可持续发展。
杨总说:“氢燃料电池汽车是一场大游戏,需要氢生产、氢储存、加氢站、氢燃料电池汽车制造以及应用的全面推广,共同推动氢燃料电池汽车的普及。”
赵硕附和道:“对,所以我们不必因为短期内销量低而气馁,而是要有长远的眼光,看到坚持的意义,对氢燃料电池汽车有更多的容忍和耐心。”
赵硕在实验室里忙到深夜上十一多点钟才回到家。
他打开房门看到客厅一片黑暗,心里很失望。习薇今晚还是没有回来。
如果习薇在家,不管多晚,她总会在客厅给他留一盏温暖的夜光灯。
赵硕掏出手机想打视频电话给习薇,看到手机上显示的时间,犹豫了一下,最终还是放弃了,他猜想习薇这个时候已经睡了,孕妇是要多休息的。
然而他并不知道,此时此刻躺在床上翻来覆去睡不着的习薇,一直在等他的电话。
习薇还在想如果赵硕来接她回去,她要找什么借口给自己个台阶下,跟他回去。
谁知道她等呀等,等到天亮、中午,都等不到赵硕的人和电话。
今天,赵硕带科研团队成员到江苏常熟的子公司参加首个“光伏+绿氢储能示范项目”建设启动仪式,此项目使用完全自有技术的PEM电解槽,今年一季度就会完成建设。
光伏制氢为光伏发电创造了新的应用场景和广阔的市场需求。目前全球对氢的需求约为6000万吨/年,如果全部由光伏发电生产,则需要超过1500吉瓦的光伏发电。未来30年,氢需求每年增长将超过2000万吨,每年将需要约900GW的光伏装机容量。
在“3060”目标下,清洁能源取代化石能源的浪潮已经全面开启。
其中,光伏行业以其灵活多变的应用特点,使整个行业保持活力和发展想象力。
与此同时,随着世界氢能热,光伏制氢产业也迅速点燃。当光伏遇上氢能,一个新的新能源应用蓝海就诞生了。
“绿色氢”作为实现气候目标的新兴领域,正成为行业关注的焦点。
但是随着光伏装机数量的不断增加,消耗问题日益突出,成为制约光伏规模化发展的瓶颈之一。
这也是盛远目前要攻克的技术壁垒之一。
随着中国向绿色低碳能源转型,氢能也得到了快速发展。“光伏+制氢”模式将有效解决可再生能源的消费问题等发展瓶颈。它还可以有效地解决氢的高成本和绿色生产的问题。
“光伏+氢”模式不是简单地放弃电力生产氢能,而是提高能源效率,生产清洁能源。
灾后疫/情时代,绿色复苏、重视新能源已成为世界大多数国家的发展共识。
中国工业发展促进会副会长、氢能分会魏会长表示:“发展氢能产业对我国减少对油气的依赖、提高能源安全、减少空气污染排放、改善生态环境具有重要的现实意义。
根据英国BP石油公司最新发布的《世界能源展望》,到2050年,氢能在终端能源消费总量中所占比例将增加16%,其中电解水制氢将成为氢供应的主体。
我国电解水制氢在利用可再生能源方面处于领先地位。根据中国氢能联盟发布的白皮书,到2050年,我国可再生能源电解制氢产量将占氢供应结构的70%。
我国光伏发电经过十多年的快速发展,一分钱电已成为现实。据初步计算,在照明条件好的地方,光伏制氢的用电成本在15美分左右,明显低于现在制氢的用电成本。光伏制氢竞争力将逐步提升,市场空间将充分展示。”
赵硕从江苏常熟回来,经过家门口也不进,直接回实验室,一头扎进技术研发实验里……
习薇盼星星盼月亮,等了五天五夜,还是等不到赵硕的电话和人影。
“妈,你说我该不该生气?”习薇一脸苦笑地对习妈妈说道。
习妈跟习爸互相交流了一个眼神后说道:“你以前不也是这样吗?忙起来的时候经常十天半个月都不给我们一个电话。”
习薇无语极了,抿嘴摇摇头,拿起手机速速离开。
她回家看到赵硕把家里收拾得干干净净的,梳妆台上留有一张字条,写着:老婆,我还欠你一个隆重的婚礼,一套唯美的婚纱照,等明年宝宝出生了,我就一一给你补上。
习薇顿时破防了,泪眼婆娑。
此时赵硕和杜从远、科研团队成员一起专心致志研发制氢端产品和相关技术。
绿氢是通过电解制取的。在基本层面上,电解通过施加电流将水(H2O)分解为氢气(H2)和氧气(O2)。
绿氢生产有四大技术。
AE是最成熟的电解技术,在20世纪广泛应用于水力发电生产氨气和化肥。AE的主要特点是使用混合氢氧化钾(KOH)液体电解质来提高导电性。常压碱电解是最常见的形式,系统在常压条件下运行并产生氢气。
还有一个氢气输出压力小于40bar的增压系统。许多应用程序需要增压氢气。与使用压缩机相比,更高的输出压力可以节省成本和能源。增压碱电解还可以更好地响应功率输入的变化(例如,可再生能源)。但这些好处的成本是效率略低,设计和维护更具挑战性。
第二种技术是质子交换膜(PEM)。
最早的PEM电解槽用于潜艇制氧,但自本世纪初以来,它们一直用于制造商用氢气。
PEM的特点是其固体电解质(膜)和快速响应时间,通常是增压。
虽然还不是很成熟,但是这个技术取得了很大的进步,逐渐成熟。成本比AE高30%左右,但效率相当。
预计电堆寿命将达到类似AE的水平(7万-8万小时),随着系统达到6万小时,接近实现这一目标;PEM已经部署在兆瓦规模,加拿大最大的制氢厂是20MW。
第三种是固体氧化物电解(SOE)技术。
SOE已经商业化,近期投资导致市场竞争加剧、产能升级。
该技术主要是由于工作温度高(500-900oC)、效率高、用蒸汽代替液态水而得到认可的。该技术已经商业化,但在规模和成熟度上仍远远落后于AE和PEM。
电堆的使用寿命仍然限制在2万小时以内,需要降低成本才能与AE和PEM竞争。此外,电堆的容量仍然只有几千瓦,而AE和PEM超过1MW。
SOE的一个独特优点是,它可以利用蒸汽和二氧化碳的共电解直接形成合成气体,并通过蒸汽和空气的共电解产生氢气和氮气的混合物。后者结合氨气生产具有优势,不仅节省了空气分离装置的氮制造成本,而且利用余热生产蒸汽。SOE也可以作为燃料电池反向运行。
最后一种技术是阴离子交换膜(AEM)。
最不成熟的技术是AEM,还处于研发阶段。该系统在商业上可用,但只有2.4kW。这与生产氢气作为能量载体或原料所需的兆瓦级相去甚远。这种技术看起来很有前途,因为它的简单设计与PEM相似,但不需要重要的原材料。
主要问题是不稳定,使用寿命有限。到目前为止,测试仅超过2000小时,显示出高度退化。一些改进可能会使寿命达到5000小时,但这是以降低效率为代价。
可以说,AE不会有更多的发展,因为它相对成熟。然而,该技术有着悠久的历史。能源转型可能为其注入新的发展动力,其产能将显著增加,因为AE必须跟上其他新兴技术的步伐,特别是PEM。
这两种技术都处于性能优化阶段,注重效率、使用寿命和成本。虽然优化一个参数通常以牺牲其他参数为代价,但目标是降低氢气的平均成本(LCOH)。
分析表明,LCOH的主要驱动因素是电力消耗、投资成本和电堆退化。因此,制造商关注这些方面并不奇怪。
赵硕和杨总一致认为:
对于AE和PEM,较薄的薄膜可以减少内阻,从而提高效率,更高的工作温度也可以提高效率。
提高工厂设备平衡——供电、水和气体处理设备的效率进一步提高。
而降低成本的方法是扩大容量。预计接近吉瓦级的电解厂将实现规模经济。
升级、标准化和改进制造技术将进一步降低成本。目前组装是手动完成的,但可以通过标准化的系统设计和产能升级实现自动化。
进一步改进包括将增压碱电解和PEM的工作压力增加到70bar。
在AE和PEM争夺商业地位的同时,SOE已经通过三家厂商进入市场。
SOE的发展主要集中在提高电堆的稳定性和使用寿命、扩大容量和降低成本上。电堆应通过尽可能减少热循环和避免二氧化硅等导致电极堵塞的杂质来提高使用寿命。
通过增加电池面积、电池数量和电流密度,也可以获得更高的容量。
理论上讲,制造>1MW的电堆不应该有重大障碍,这比现在的<10W的电堆相比增长显著。最后,仅在规模经济的基础上,成本有望降低50%。到2030年,SOE将与AE和PEM竞争。
AEM仍然需要最大程度的发展。该系统目前可以商业化,但规模太小,没有商业可行性。在开始与其它电解技术竞争之前,有必要大大提高电堆寿命。因此,重点是获得稳定的膜,这限制了电堆寿命。
目前,成本竞争力是绿氢面临的主要挑战。在二氧化碳价格较低的情况下,电解必须与相对便宜的化石资源中的棕氢、灰氢和蓝氢竞争。因此,化石燃料中的氢气可能在建立氢气作为重要能量载体方面发挥重要作用。
在某些情况下,可再生能源和电解的升级和成本降低将使绿氢更具竞争力。业内人士预计至少需要十年时间,平价成本取决于政府的支持。但棕氢、灰氢或蓝氢的投资者应考虑绿氢在资产贬值前更具竞争力的风险,尤其是在低成本可再生能源可用于电解的地区,因为电力成本是绿氢的主要竞争因素。
不同氢“颜色”的路径将取决于可用的资源、政策、碳价格和投资者承担的风险——这些参数将因地区而异。
与此同时,电气化正在取代碳密集型能量载体的作用,并与绿氢竞争。人们普遍认为,热泵电气化是中低加热温度工艺中更有效、更便宜的脱碳选择。
这可能适用于蒸汽和热水生产等低温(<100°C)应用,但并非所有过程也适用于电气化。对荷兰工业的分析发现,许多过程可以实现电气化,但需要进行大刀阔斧的改造,这表明整体所有权成本高于氢所有权成本。
氢可以通过更换或改造天然气燃烧器来使用,而其他工艺设备基本保持不变。这些例子在干燥或烘烤过程中很常见,如砖和陶瓷工业或玻璃冶炼。
同样,炼油厂的进口氢气流相对容易被绿氢或蓝氢所取代。
相比之下,将氢气直接输送到化肥生产过程更为复杂,最终将成为蓝氢和绿氢的重要市场。例如,尿素的生产使用来自蒸汽甲烷重整的碳和氮流。如果氢气直接输送,将无法实现。
这些挑战增加了行业脱碳方法的不确定性,并要求在评估最具成本竞争力的解决方案时采用更详细的自下而上方法。
赵硕认为电解槽原设备制造商(OEM)对电价几乎没有影响,因此绿氢成本竞争力的主要工具是规模经济和制造技术的改进。
这是制造商降低资本支出的两个关键点。随着大规模电解计划的增加,必须提高制造能力以满足需求,扩大规模。