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行业研究课 - 科技篇之氢能:下一个万亿级新能源风口?

Source:adminAuthor:admin Addtime:2022/02/14 Click:
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新能源是每一轮科技革命的绝对核心。人类最伟大的两次工业革命都是来自于能源的革命,第一次工业革命是从人工到蒸汽机,第二次工业革命又开创了电气时代,至今依然是我们主要的动力能源。

主讲人 | 朱振鑫

编辑 | 白鹿

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新能源是每一轮科技革命的绝对核心。人类最伟大的两次工业革命都是来自于能源的革命,第一次工业革命是从人工到蒸汽机,第二次工业革命又开创了电气时代,至今依然是我们主要的动力能源。

当下,我们正在经历第三次能源革命,而这一轮能源革命和以往完全不同,过去的能源革命是一个单纯的经济问题,而现在的能源革命需要综合考虑经济、社会和生态等因素。

下一代的新能源必须符合三个特征:第一,可再生,可持续,最好是取之不尽。第二,清洁化,无污染,而且能降低碳排放。第三,成本低,技术足够成熟,商业上可行。我们在之前的行业课中曾经讲过,目前所有的一次能源中,最符合条件的毫无疑问是太阳能(000591,股吧),所以光伏已经成为最受资本市场青睐的能源股。但除此之外,还有没有能源可能成为下一个光伏?谁都没法给出准确的答案,但是如果有,最有希望的一定是氢能。

氢能,就是通过氢气和氧气的化学反应来产生能量。它和光伏的概念还不一样,光伏是用来发电的,而氢能和电能都是二次能源,氢既可以作为燃料直接用来提供能源,又可以用来生产电能。不过这些都不重要,重要的是氢能来自于氢这个核心元素。这是大家再熟悉不过的一个元素,但就是这样一个普通的元素却几乎是一个完美的能源选择。

第一,氢能储量极其丰富,而且相对容易获取。氢是宇宙中含量最多的元素,在地球上也是储量第三大的元素,尊龙d88人生就是博!。最常见的氢就是在水里面,相比煤炭石油更容易获取。

第二,氢能是可以循环利用的。这里需要说明一个概念,氢能和电能一样,本身无所谓可再生或不可再生,主要看这个氢是怎么来的。如果是通过煤化工制氢,那就是不可再生能源。但如果是通过可再生的方式(比如用光伏电解水得来的),就可以使其成为可再生能源,循环利用。

第三,氢能的效能更高。氢能的效率远高于现有的化石燃料。每千克氢燃烧后的热量,也就是所谓的热值高达143 kj/g,这大概相当于汽油的3倍、酒精的3.9倍、焦炭的4.5倍。

第四,零碳排放、零污染,几乎是最清洁的能源。氢和氧在化学反应的过程中释放能量,最终产物是水,而且不产生任何中间产物,既没有资源浪费,又没有污染。如果制氢过程再能够利用清洁能源,那整个过程都可以无污染、零碳排放。

这听上去比光伏还吸引人。不过这个技术也不是新技术了,美国在1990年就曾经启动过氢能研究五年计划,但为什么氢能到现在都没有实现大规模商用呢?因为氢能有绕不过去的硬伤。

最大的硬伤是它是一个依赖于其他一次能源的二次能源,相当于把其他的能源换一个形式而已,而且目前技术下转换的成本太高。

氢按照生产方式分为很多种,最主要的是用石油、煤炭等化石燃料燃烧产生的,叫“灰氢”,这部分就占了95%,其中主要是天然气和煤炭,这部分成本倒不算高。如果说在天然气制氢过程中使用了CCUS技术对碳排放进行处理,成本就要高一点,但碳排放比较少,叫“蓝氢”。但是这两种氢并不是我们想要的新能源。我们未来想使用的氢主要是“绿氢”,也就是用可再生的清洁能源生产的氢,包括光伏、风电等新能源,这种绿氢的成本目前还是比较高。

绿氢生产成本中占比最高的是电力和设备成本,电力主要来源是光伏和风电,设备主要是电解槽,这两块成本分别占到50%和40%。这样一来,绿氢的生产成本主要取决于三个环节:一是清洁电力的成本,二是电解槽的效率,三是电解槽自身的成本。过去这三个环节都很高,但现在清洁电力的成本其实下降很多了,比如我们之前讲过光伏发电的成本十年下降了80%以上。虽然还不够低,但是已经不是最主要的问题,最主要的问题还是出在另两个环节。

一个是电解槽的制氢效率较低。使用传统的化石燃料制氢效率是比较高的,大概能有80%的能量转化效率,但是可再生能源的效率只有30%,损耗太大。也就是说用电解槽生产绿氢时消耗的电太多。当前国内电解槽生产1m?氢气大概需要4.5度电,即便电力成本便宜了,但是耗电量在这摆着,成本自然也还是高。

另一个是电解槽自身的设备成本。目前国内电解槽的单位造价大概是2500元/kW,这也占到了整个制氢成本的40%。

所以从目前的技术条件来看,高成本依然是阻碍绿氢应用的根本问题。往后看,未来的降本也依赖于其他清洁能源成本的下降,这就带来一个悖论,如果其他清洁能源足够便宜,似乎发展氢能的必要性也不那么强了。退一步讲,即便氢能的成本下降的足够快,又能在稳定性上赢过光伏,那它短期内也会面临两个绕不过去的问题:

第一,由于没有大规模应用,所以氢能基础设施不足。比如加氢站很少,建设成本覆盖不了,现阶段还处于高投入、低回报阶段。

第二,氢能源易燃易爆炸且体积轻,运输难度比较大,对运输端也有更高的成本要求。

这样对比下来就可以得到一个基本结论:氢能虽然绝对是一个好东西,但短期内实现大规模商用、产生商业价值的可能性不大,更不可能取代光伏在新能源中的主导地位。这和目前已经完全具备商业化基础和落地经验的光伏是没有可比性的。也正因如此,我们看到中国的氢气市场目前才只有区区40亿的规模,再落脚到企业层面就蛋糕就更小了,在整个能源版图中几乎可以忽略不计。

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