“近2、3年,国内氢能领域的玩家们竞相狂奔,为什么这个产业越来越受到关注?”

氢能集清洁无污染、能量密度高、资源丰富等优势于一身,被认为是“21世纪的终极能源”,是全球能源技术革命的重要方向。2022年,国家发改委、国家能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划(2021—2035)》,也为氢能产业高质量发展奠定政策基石。
绿氢是氢能产业的“明珠”,代表了氢能的最终目标,即实现零排放的清洁能源。随着中国在电解槽、燃料电池等关键技术上取得重大突破,降低绿氢制取成本(核心是绿电成本),成为绿氢产业实现规模化发展不可或缺的一课。
站在可再生能源巨人肩膀上的“产业新秀”应运而生。
由全球知名的智慧能源系统解决方案提供商正泰集团设立、全球领先的氢能科技企业重塑能源作为创始股东参与,成立于2022年3月的泰氢晨正在“绿电+绿氢”产业耦合发展的道路上快速奔跑。
高榕创投于2024年初领投泰氢晨Pre-A轮融资。近期,在高榕创投举办的“资本加速闭门会暨泛科技赛道Demo Day”上,泰氢晨副总经理、原正泰电器亚太区销售总经理刘万根,围绕当前制约绿氢规模化发展的瓶颈和破局关键展开分享,并详解泰氢晨如何背靠产业,实现“绿电+绿氢”闭环发展、加速应用场景落地。
以下是刘万根的分享(经编辑):
为了应对全球气候的变化和极端天气频发,2015年,《巴黎气候协定》正式签署,提出2050年左右达到净零排放。此后,全球碳中和行动持续进行,目前已有130多个国家和地区对碳中和目标做出承诺。
在这样的背景下,有一个越来越明确的共识——氢能规模化发展是实现绿色转型、脱碳发展的必由之路。
我们对氢都不陌生,它在元素周期表里排第一位,燃烧产物是水,不会产生任何碳排放。氢作为清洁能源,有几个非常明显的优势。第一,能量密度高,氢的能量密度达到39.4kWh/kg,约为汽油的3倍,焦炭的4.5倍;第二,资源丰富,宇宙中超过75%的质量分数是氢构成的;第三,可由水制取,水是地球上较为丰富的资源。
此外氢可以实现各种能源的形态转化,并以最佳形式进行运输和储存,满足跨季节、大规模的能源需求。尤其对于交通、化工、钢铁等碳减排难度较大的行业,氢能是脱碳的重要解决方案。可以说,离开氢能,气候减排目标无法实现。
全球对氢能需求正在快速增长,当前全球对于氢气的需求量已达近1亿吨。但目前实际应用的氢气绝大部分是灰氢、蓝氢、工业副产氢等,绿氢占比仅约1%。所谓灰氢,指的是通过煤炭、天然气等化石燃料制备的氢气,生产过程中会有碳排放;蓝氢是采用了碳捕集措施的化石能源制得的氢气;绿氢则是利用可再生能源分解水得到的氢气。
根据国际能源署预测,预计2030年全球氢气需求量将达2.1亿吨,彼时绿氢渗透率有望达到34%。
现阶段制约绿氢发展的最大因素还是价格。目前绿氢的成本约为35元/kg,价格远高于15元/kg的蓝氢和9~10元/kg的灰氢。绿氢成本主要由4个部分组成:1)绿电成本;2)电解槽制氢系统的设备成本;3)运维成本;4)制氢效率成本,即直流电耗。其中最核心的还是电耗成本,占70%以上。
我们的团队之所以开始绿电制氢和氢能综合应用的探索之旅,源于看到上述制约因素正逐渐被打破。
首先是绿电成本的持续下降。过去几年,风能、光伏等新能源项目密集展开,风电和光伏发电成本分别下降60%和80%。以光伏发电为例,2023年光伏组件价格大幅下降带动系统成本下降,根据测算,典型东部地区分布式系统LCOE(电力平均成本)已下降至0.17元/kWh。我们相信,绿氢最终一定会实现和蓝氢甚至灰氢之间的成本平行。
其次是产业政策支持和国家战略。我国希望打造多种能源互补的综合能源战略格局,氢的资源禀赋丰富。《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》明确了氢能是国家能源体系的重要组成部分,在此之前氢是被作为化工品来管理的,这也催生了大量的机会。
第三,绿氢技术日渐成熟。2022年国内电解槽总出货量约800MW;2023年需求大幅增长,累计氢能装备招标需求量超2GW。规模化效应也促使设备成本下降,尤其在国际市场上,中国电解槽产品价格是海外的1/5到1/2,拥有显著的成本优势。因此中国绿氢装备企业除了大力布局国内市场,未来也有机会逐步拓展海外市场。
泰氢晨在绿氢赛道有哪些优势呢?依托正泰和重塑的行业经验和技术积累,我们拥有了坚实的基础。
正泰集团是一家至今走过40年发展历程的企业,2006年进入光伏新能源产业,从硅料、拉棒、切片、电池、组件,到集中式和分布式电站的开发,拥有全产业链的竞争实力,去年销售额达1550亿。目前集团在全球投建光伏电站超30GW,全球运维容量超45GW,2023年底组件和电池片产量达50GW,服务的户用用户超130万。立足光伏之外,正泰全面布局综合能源领域,其中氢能是重要的战略方向之一。
通过与光伏、风力等可再生能源耦合,泰氢晨自主研发的绿电制氢装备可将绿电高效转化为绿氢。
制取绿氢目前主要有四种水电解技术方案,分别是碱性电解水制氢(ALK)、质子交换膜电解水制氢(PEM)、固体氧化物电解水制氢(SOEC)和阴离子交换膜电解水制氢(AEM)。
SOEC和AEM这两种技术路线目前在国内普遍处于实验室阶段,最成熟的技术路线就是碱性电解水制氢(ALK),已实现工业大规模应用,成本相对较低,能源效率达60%~75%,响应速度较快,电解槽寿命相对来说较长;相对薄弱的地方在于电流密度低,系统运维需要少量腐蚀性液体,因此后期运维成本较高。
质子交换膜路线(PEM)负载范围和能源效率更高,目前主要问题在于催化剂是稀缺贵金属、且无替代,因此成本高,国内商业化程度较低。
泰氢晨目前选择的技术路线便是碱性电解水制氢。2023年9月,泰氢晨公司1000Nm³/h碱性电解槽首台套产品正式下线并完成测试。泰氢晨打造的先进碱性水电解制氢设备与系统,性能指标去年已通过认证机构DEKRA德凯的测评,可实现制取氢气纯度99.999%,冷启动时间小于20分钟,响应范围达25%~110%,直流电耗为4.2~4.4kWh/Nm³,在行业中处于领先地位。
我们计划2024到2025年,规模制氢设备年产能扩产至0.5~1GW,氢发电装备将达到100MW。
除了绿电制绿氢,泰氢晨还在用氢端打造了应用于分布式发电场景的兆瓦级氢能电站产品。这些氢能发电站形似集装箱,主要应用在化工园区等场景。以往化工工厂的副产氢都被排放掉了,利用泰氢晨的发电设备,能够把厂内副产氢净化为高纯度氢气,供应氢燃料电池,后续为厂内设备发电。泰氢晨氢能电站设备综合能效可达90%以上,可以实现超过19kWh/kg的单位氢气发电量,这一水平亦为全球领先。
我们知道氢能的应用环节包含制氢-储氢-运氢-加氢-用氢,未来泰氢晨也会拓展到全流程综合解决方案。例如泰氢晨在华东的综合能源利用示范项目,制氢后通过固态氢储存,一方面供应氢燃料电池发电实现离网快充;此外也可以为下游氢能车辆加氢。
再以交通运输领域这一氢能应用场景为例,我们联合战略伙伴,通过打造制氢加氢一体站、氢能物流、氢能共享等方式,实现交通端深度脱碳。
除了发电侧,绿氢在工业侧也有很多应用。例如加入氮可以制成液氨,加入二氧化碳可以制成甲醇,加入生物质油脂制成航空燃料。在华北,正泰已开始布局绿色甲醇及绿色航油制造,助力全球海空运业率先脱碳。
为了保障产能,目前泰氢晨在上海设立总部、研发中心和华东生产基地,华北地区也有自己的生产基地。业务方面,将在东北地区打造大规模风光制氢、制醇示范项目;持续拓展北部与东部沿海氢能综合业务,包括打造海上氢岛;此外也依托正泰全球化平台资源积极部署和拓展海外市场。
总的来说,泰氢晨在电解水制氢、氢发电等方面,已经实现了整体效率与兆瓦级的充分验证。更为重要的是,泰氢晨背靠的产业生态,让我们可以在应用阶段形成闭环。以往绿电很难长周期大规模存储,高效储氢可以实现长周期大规模的储能,再在分布式发电、交通、工业等多场景进行消纳。
氢电耦合,让我们有机会朝着促进可再生能源消纳利用、推动能源绿色转型这一目标,再迈进重要一步,真正“乘氢破浪”。
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