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【中研认识】氢气需求增加,PEM制氢或成未来重点。

文章来源:中研世纪 作者:刘正 阅读量:712 发布时间:2022-11-07 13:51:05

燃料电池汽车增长迅速,氢气需求持续增加。

氢燃料电池汽车是氢能应用的最直接有效的途径之一,近年来,我国氢燃料电池汽车增长迅速,虽然受到疫情影响,产销量在2020年和2021年有所下滑,但随着冬奥示范用车的使用,氢燃料电池汽车逐渐为市场所接纳,加上燃料电池汽车示范应用城市群启动实施,今年产销量有望双双突破四千辆,并且持续向上增长。2021年氢燃料电池汽车产销以公交重卡为主,乘用车上牌量在20量以内。今年以来,东风、长安、广汽、上汽等各大汽车厂商此前布局的燃料电池乘用车陆续成功进入公告,预计未来五年乘用车将与商用车一同,促进燃料电池汽车保有量持续增长,可以预计,未来氢气的需求量也将持续扩大。

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数据来源:工信部数据,CMRC整理预测。

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  数据来源:交强险口径数据统计,CMRC整理。

下游需求的增长也带动了氢气产量的不断提升,2021年我国氢气产量达到3300万吨,位居全球首位。目前我国氢气主要用于合成氨、合成甲醇和石油炼化等化工生产,氢燃料电池汽车用氢量不足产量的1%。然而随着氢燃料电池汽车保有量的增多,下游对氢气的需求量也会持续增大,对制氢、储运氢、加氢等基础设施建设要求也会逐步增加。预计到2030年,氢燃料电池汽车年氢气需求量将超过200万吨,由氢燃料电池汽车用氢带来的制、储、运、加相关产业链的产值将达到万亿级别,氢燃料电池用氢也将在氢气使用上占据更加重要的位置。

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  数据来源:中国煤炭工业协会,CMRC整理预测。

“绿氢”,面向未来的制氢方式

“绿氢”是指利用可再生能源发电,如光伏发电、水力发电、风力发电,进行电解水制氢的制氢方式,实现了制氢全过程的零排放,与之相对的是“灰氢”和“蓝氢”。所谓“灰氢”是指由化石燃料制氢,在生产会产生大量的温室气体;所谓“蓝氢”是指利用碳捕捉技术,将“灰氢”生产过程中产生的温室气体捕捉、固定,降低“灰氢”碳排放量的制氢方式。在各种制氢方式中,“灰氢”价格最低,也是目前最广泛使用的制氢方式,未来,“绿氢”将逐步替代“灰氢”,成为主要的制氢方式

目前,我国电解水制氢技术虽然已经相对成熟,但是由于化石燃料制氢的价格优势,我国在制氢领域仍以化石燃料制氢为主,占比超过80%,其中煤制氢占比62%,天然气制氢占比18%,与之相比,电解水制氢不足1%。未来随着“碳达峰“、”碳中和“目标的落实,电解水制氢技术成熟价格下降,化石燃料制氢占制氢领域的比例将逐步降低,电解水制氢,尤其是依靠可再生能源发电进行的电解水制氢,将是未来主要的制氢方式。

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  数据来源:中国氢能联盟,CMRC整理。

PEM制氢潜力巨大,制储加一体化成增长点。

经过三十多年技术发展,目前我国电解水制氢技术以碱性电解水制氢(AE)和质子交换膜电解水制氢(PEM)为主,这其中又以碱性水电解水制氢(AE)最多,占电解水制氢规模的近90%,质子交换膜电解水制氢(PEM)仅占一成左右;其他电解水制氢,如阴离子交换膜水电解(AEM)和固体氧化物电解水制氢(SOEC)等新型制氢方式尚处在实验室阶段,还未投入市场。

在主要的两种电解水制氢方式中,AE制氢装置可以做到1000标方以上且成本相对较低,适合大规模制氢,由于其响应速度较慢,因而更适合火力发电等稳定的电源;而PEM制氢凭借其快速的响应能力,与可再生能源发电的不稳定性十分契合,是目前最合适的绿氢生产方式。目前PEM制氢虽然大多数为50以下小标方,最大的单电解槽只能达到150~200标方,且价格是同标方AE制氢装置的数倍,对大规模制氢造成了限制,然而也正是其小型化的特点,使PEM制氢天然的适应分布式能源、制储加一体化加氢站的需求,这也是其未来主要增长点之一。

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  数据来源:CMRC访谈

结语

综合来看,CMRC认为未来随着“碳达峰”、“碳中和”目标的落实,氢能产业将得到充分的发展,氢气的需求量将逐步提高,对氢气产量提出了更高要求的同时,对于制氢方式的选择也会更倾向于低碳、环保,因而绿氢在未来氢气供给结构中的作用将会越来越重要。在绿氢中,质子交换膜电解水制氢(PEM)由于能与可再生能源很好的结合,使得其在电解水制氢技术中显示出较强的潜力。