8月30日,中石化宣布,我國規模最大的光伏發電直接制綠氫項目——新疆庫車綠氫示范項目全面建成投產。該項目先由300兆瓦光伏發電,把電從光伏廠送到制氫廠,制氫廠降壓后輸送到電解槽生產車間進行使用。該項目每年可生產2萬噸綠氫,用于替代煉油加工中使用的天然氣制氫,實現現代油品加工與綠氫耦合低碳發展,全面建成投產標志著我國綠氫工業化規模應用實現零的突破。
隨著光伏裝機規模不斷擴大,“棄光”現象愈發明顯,光伏發電需要直面儲能問題,儲能是所有能源需要面臨的最重要的問題之一。
光伏電解水制氫有著40年的發展歷史,被看作是最有前景的制氫方法之一。利用光伏發電系統所發直流電直接供應制氫站制氫用電,直流發電系統相比傳統電站減少了逆變和升壓的過程,系統效率更高。經電解技術制取氫氣,將氫氣存儲于高效儲氫裝置中,再利用燃料電池技術,將存儲的能量回饋到電網,或將存儲的高純度氫氣送入氫產業鏈直接利用。光伏制氫不僅推進綠氫產業發展,同時也為光伏等新能源行業提供廣闊的市場空間和發展潛力,彌補其他儲能形式的短板。
當前較為成熟的制氫方式主要包括煤制氫、甲醇制氫、天然氣制氫以及工業副產氫。成本分析如下。
煤制氫:
甲醇制氫:
天然氣制氫:
光伏發電制氫:
由此可見,光伏發電制氫電價控制在0.3/千瓦時以下時,制氫成本才具有競爭力。
新疆庫車綠氫示范項目利用豐富的太陽能資源,每年可發出近6億度綠電,為光伏制綠氫提供堅實基礎。隨著光伏發電成本的持續下降,光伏制氫的競爭力將進一步增強。
光伏制氫的難點在于光伏發電不穩定與制氫所需要連續穩定的供電之間的矛盾。為了克服這一矛盾,新疆庫車綠氫示范項目的技術人員自研了綜合控制系統,突破性地解決了新能源波動電力場景下難以持續穩定供電的問題,使綠電大規模制氫成為可能。
成本方面,新疆庫車綠氫示范項目的光伏組價、電解槽、儲氫罐、儲氫管線等重要設備的核心材料已實現國產化,不僅降低成本,也促進國內氫能裝備和氫能整體產業鏈的發展。
在雙碳背景下,太陽能、風能、水能、核能、生物質能等清潔能源日益成為各國重點支持發展的能源類型。可再生能源制氫擁有大規模、長周期的儲能優勢,促進異質能源跨地域和跨季節優化配置,推動氫能、電能 和熱能系統融合,促進形成多元互補融合的現代能源供應體系。
截止目前,全球已有44個國家和地區發布了明確的氫能發展戰略或路線圖。不少國家也展開了對綠氫的探索,歐盟擬定的“綠色協議”中已將“清潔氫氣”制定為“優先發展領域”,這一定義包括了天然氣制氫以及可再生能源制氫。全球在建中的綠氫項目約有70個,其中GW級項目22個,其中歐洲11個,澳大利亞7個,中東和南美也有待開發。
雖然新疆庫車綠氫示范項目全面建成投產,但是幾大制氫工藝中,光伏制氫的占比還是微乎其微,從數據來看,目前全球電解水制氫占比僅0.15%左右,根據目前電解槽裝機的發展估算,預計2030年全球制氫電解槽累計裝機將達到720GW,光伏制氫的占比將超過30%,當然這也只是預期目標。
另一方面,自《氫能產業》政策發布以來,制氫這塊蛋糕就被瘋狂瓜分,大量非專業選手盲目入局,光明的產業前景下是日益明顯的行業困境。一是技術上仍被“卡脖子”,在電解槽中,一些重要的構件仍需進口,如電解槽隔膜,國內目前主要還是采用日本進口的PPS膜,且性能不如歐美國家所用的復合隔膜。二是大量企業涌入造成的行業內卷,大多數企業沒有技術上的創新,而只專注于打價格戰,不考慮成本問題,擾亂市場秩序。
但從長遠來看,隨著我國相關政策的落地、氫能裝備制造業的不斷更新,以及氫能制儲輸用產業體系的形成,綠氫市場基本具備了規模化的發展條件。光伏制氫作為新能源發展的必然趨勢,在市場快速發展的熱潮下,沉下心突破技術,才是產業發展的根本。