2019年,氢能首次进入中国的“政府工作报告”,中国进入氢燃料汽车“元年”。2020年1-6月,半年时间国家和省市地方发布37项氢能政策,氢燃料汽车在政府和全产业链协同下乘风破浪,加速商业化进程。氢能不仅仅是汽车新能源的一种,更是全球脱碳化的能源百年大计,今天我们就从能源结构讲讲氢为何“出圈”。更多涡轮增压器及氢燃料空压机请到盖瑞特Garrett官网查看:garrettmotion.com.cn


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“绿色电网”又称“清洁电网”,是指从传统的化石燃料发电转向非碳类可再生能源(即风能、太阳能和水力发电及地热能)的全球性转变。虽然一些消费者可能认为风能和太阳能发电设备较为少见,但其实世界上许多地方已经开始使用这些绿色能源,在亚洲国家的增长显著。


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虽然世界各地正如火如荼地将更多的可再生能源生产推向市场,但“间歇性”和“难存储”的天然属性给电网结构转型带来了巨大的挑战。


人们已经习惯一个简单按下按钮的操作,煤炭或天然气自动点燃蒸汽锅炉,仅驱动发电机便会为世界各地的电网发电,同样稳定输出的还有零散分布的核能、水力和地热能电站。公共事业公司了解当地和区域的电力需求量,可根据预期负载增加或减少发电量。但风能和太阳能则受自然因素的限制,产生电量随着天气和太阳周期运动上升和下降,间歇性的输出不能和电力需求的周期配合(例如,在极端炎热气候条件下的傍晚和夜晚,是空调使用高峰期,但无法获得太阳能)。


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另一个挑战是海量电力能源的存储。不同于家用的蓄电池充电设备,大型电网的蓄电储能容量相对较少,大型的锂电池蓄电池组不仅成本高,而且会随着时间快速衰减。目前最常见的是抽水蓄能,它利用过剩电力将水抽回水库,在需求上升时,水又可以被释放出来,在水电站发电。


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在中国的能源发展“十四五”战略的讨论中,大力发展清洁能源产业,重点解决清洁能源消纳,被视为能源结构的转型重点。把多种可互相替代的能源放到一个系统中综合考虑,在供给侧端推动可再生能源消纳保障机制,努力解决弃水弃风弃光的问题,推进需求侧的电动车、氢燃料汽车的新能源替代。


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尽管氢元素是宇宙中分布最广泛的元素,但在地球上,离散的氢元素(以气体形式存在)很难收集,人类需要通过工业生产的方式来制造“氢燃料”。


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目前氢燃料的来源主要依靠以下三种:一是以煤和天然气为主的化石能源重整制氢;二是以焦炉煤气、氯碱尾气、丙烷脱氢为主的工业副产气制氢, 三是电解水制氢。


从目前全球范围来看,天然气的蒸汽重整制氢是最主流的方式,在中国由于“富煤少气”的背景,煤炭制氢为主要方式。显然,使用化石燃料制氢无助于推进低碳或可再生能源的目标。


工业副产氢气主要分布在钢铁、化工等行业,主要来源包括焦炉煤气制氢、氯碱副产品制氢、轻烃裂解副产氢等几种方式。提纯利用其中的氢气既能提高资源利用效率和经济效益,又可降低污染、改善环境。中国工业氢气需求量和产量均居世界首位,利用焦炉煤气制氢是提纯氢潜力最大的工业尾气。


电解氢是一种利用水制取可再生氢的清洁方法,在本质上,电荷通过水,将水分离成氢和氧,具备生产灵活、纯度高的优点。新能源电力发电量受季节及气候影响波动较大,无法满足用电侧负荷的稳定性,因而弃风、弃光现象十分严重。因此,随着绿色电网能源结构的战略调整,电网可以整合电解设施,利用可再生能源生产的弃电,制造和储存氢气。


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随着绿色电网的出现,从不均衡和间歇性的可再生能源中产生过剩发电量可以被整合利用到产生和储存氢的电解设施,再用“压缩氢”的方式对这些能源加以储存和利用。

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这种压缩氢不仅可运输至加氢站,供商用车和乘用车使用,而且越来越多的氢被用于生产更多电(副产物仅有水蒸气和清洁水),在一些试点项目中,该能源被用于医院的备用发电和采用100%可再生能源公司的制冷设备等应用。


在中国,2019年被誉为氢燃料汽车的“元年”,氢燃料汽车的商业化也逐渐找到了清晰的场景,盖瑞特在《氢燃料电池汽车商业化前景及关键技术创新路径白皮书》中指出,氢燃料电池汽车和纯电动汽车不是互为竞争的关系,而是在不同应用场景下互为补充,共同实现零排放出行的远景目标。其中,氢燃料电池汽车在高能耗、长里程、重载型商用车以及大型SUV、MPV等领域的优势愈加凸显。


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在今年年初的中国电动汽车百人会论坛上,全国政协副主席、中国科学技术协会主席万钢在主旨演讲强调:在近几十年的能源发展战略当中,脱碳加氢和清洁高效是能源科技进步总体的趋势,以电力和氢气为代表的二次能源具有来源多样化、驱动高效率和运行零排放的技术特征。由氢气和电力驱动的新能源汽车不再受地域资源的限制,也不再随着石油价格而起伏,对维护能源安全、保护大气环境、推动产业升级都有巨大的作用。


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在“共同应对气候变化”这一全球命题下,积极扩大国际合作、行业合作以及企业合作,是加快中国燃料电池技术发展的重要途径。作为全球涡轮增压和电动增压技术的领先者,盖瑞特认为,现阶段成本问题是制约中国氢燃料汽车商业化的主要阻力之一。为此,盖瑞特携手诸多国内的领先主机厂伙伴,对推动氢燃料电池汽车商业化,对核心零部件空压机技术的高性能、国产化,开展了积极的实践,并致力于为客户提供高水平的应用方案。