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2023-01-17 来源:华夏能源网 浏览数:137
不同时代有不同的能源利用形态,从原始社会的木材,到18-19世纪工业社会的煤炭为主,再到20世纪以来的石油和天然气,尤其是在二
不同时代有不同的能源利用形态,从原始社会的木材,到18-19世纪工业社会的煤炭为主,再到20世纪以来的石油和天然气,尤其是在二战后石油和天然气成为主流能源,主要原因是石油比煤炭有更高的能量密度,石油化工能够比煤化工产出更多样更廉价的化学品。人类为了生存和提高效率,对能源的渴望永无止境,能源是必需品,历史上每一次工业革命都是伴随着能源革命。
从木材到煤炭到石油再到天然气,实质上也是从固态、液态、气态的过程,或者说从复杂混合物到相对纯净物的过程,而以上两个过程分别对应着储运的由易到难以及能量密度、清洁程度的由低到高。
其中化石能源的能量密度主要取决于氢元素含量占比,主因从微观化学键氧化断裂重组放能的过程中,H-H > C-H > C-C 键。除了高能量密度外,氢气氧化放能后的产物为水分子,是不存在任何污染的。相比主流化石能源最高的能量密度,以及无污染、无碳排放的放能过程,氢能是化石能源发展的未来。
氢是宇宙中最常见的元素,氢及其同位素占到了太阳总质量的84%,宇宙质量的75%都是氢。氢分子在地球上不是以天然的气体存在,大部分氢结合氧存在水中,可以说水资源在一定程度上代表了氢能的储存量。
综上可知,氢能源由于其能量密度高、原料分布广易获得、排放零污染等特征,氢能源有望成为未来最重要的清洁能源之一。
展望未来10年,氢能源必将成为清洁能源体系最重要的新能源之一得到长足发展,类似于我国风电、光伏、锂电池和新能源汽车的发展路径一样。如果前10年你错过了风、光、锂以及新能源汽车产业发展的大趋势,请不要后悔,关注未来10年这个大的氢能源趋势,相关上市公司也处于萌芽期,本轮熊市大跌又提供了一次布局便宜的氢能源资产的机会!
那具体怎么投资,有哪些投资标的呢?我们先梳理一下氢能源的上中下游产业链。氢能源产业链包括上游氢能的制、储、运、加,中游的氢能转化环节以及下游的整体运用环节如氢能源汽车等,氢能源产业链如下图所示:
氢能源上中下游产业链
氢能源行业上游:制、储、运、加
1.氢气生产环节
氢气可以用多种技术生产,包括氯碱工业副产氢、电解水制氢、化工原料制氢(甲醇裂解、乙醇裂解、液氨裂解 等)、石化资源制氢(石油裂解、水煤气法等)和新型制氢方法(生物质、光化学等)等多种途径;天然气制氢具有规模效应,且原料易获取,成本已经媲美汽油成本。
一系列的制氢原材料和技术改进将降低氢的生产成本,近期的研究主要集中在分布式重整液态燃料和少量电解水制氢领域;远期集中在用可再生原料和能源制氢(绿氢),并充分利用规模经济的优势。
2.氢的提纯
在氢气制备过程中不可避免会带有杂质,氢气中带有杂质就带来了安全隐患,容易发生爆炸。因此,在制备 过程中还需要用物理或化学方法除去氢气中杂质。氢气提纯技术主要包括:冷却分离、膜分离、变压吸附、金属氢化物法和分子筛等。当前的氢提纯技术主要采用冷却分离技术,但因其成本较高,也限制了氢利用的商业化。美国正在开发一种碳氢膜分离系统,可以应用在大规模煤制气联合系统中用于分离氢气和二氧化碳,可替代成本高昂的冷却技术。
当前氢气提纯技术
开发中的氢气提纯技术
3.氢的储运与加注
(1)氢的储运
常见的运输方式有液化汽车运输、高压气体汽车运输和管道运输(方法一、 二、三),目前各国正在研发氢载体方式运输氢(方法四,固态储氢:利用金属合金晶格间隙吸附氢原子,涉及到氢气分子转化为氢原子的过程,同时表面还可以在表面结合一部分氢分子),我国的富瑞特装已经在有机物储氢技术上取得阶段性成果。同时,采用各种基本运输方式的组合运输形式。
氢的运输方式
氢的存储技要求高效、安全、便捷、低成本,主要技术指标有容量、加注 便捷性、耐久性。物理存储氢(压缩 气体、低温液体容器)技术是当前最成熟的存储技术。未来能够使汽车商业化,主要集中在规模效应和新技术 降低碳纤维成本之上。另外在研双向可逆的金属氢化物存储技术也在研发之中。
作为一种储能物质,氢能产业链的本质是化学能/电能—氢气—电能的循环,出厂氢气储运是整个产业链中的关键环节,储氢手段分为物理手段压缩和化学反应合成两种;其中,目前国内使用最广的是高压气态储氢技术,市场占比超过90%;高压气氢+长管拖车运输:气氢的拖车运输具有能耗低、技术简单、脱氢方便等优点;但目前储氢容器材料的耐压性欠优,限制了储氢密度,给大量运氢造成了不小的成本负担。同时,拖车运输运输相对量小,受成本因素限制,该方式更适用于短距离氢气运输,经济运输半径为200km左右。
(2)氢气加注
现有的加氢站主要分为站内制氢供氢加氢站和外供氢加氢站两类。站内制氢加氢站:氢站内有制氢设备,可自行生产氢气,经过压缩后实现对外加气。外供氢加氢站:借鉴了天然气子母站的工作原理,从外工厂(母站氢源)送至加氢站(子站),经过二次加压完成对外加气。
在美日德等氢能发展成熟地区,使用低温液态储运氢气和站内自带制氢系 统的加氢站已得到广泛应用;在欧美,站内制氢和外部供氢各占50%,日本液氢使用份额已与气氢持平。由于技术和法规限制,我国现有加氢站全部使用外供氢气+高压气态氢组合。近年来,全球加氢站数量持续增长。据统计,截至2019年底,全球加氢站保有量接近450座。我国2017年、2018年及2019年加氢站数量分别为15座、23座及61座,保持着高速增长。
截止2022年12月,全球部署的加氢站数量已超过 1000 座,达到了一个重要的新里程碑!其中中国加氢站数量最多,约占全球部署的三分之一,明显领先于其他的国家。全国已建成加氢站超300座,其中广东省以超过50座的数量遥遥领先全国其他省份,山东和江苏则分布位居第2和第3。
氢能产业链上游主要包括制氢、储运氢和加氢站建设,就我国氢能上游产业链成本来看,制氢成本占比最重,达到了55%,储运氢成本占30%,加注氢占比15%。
目前氢能源产业整体产业链中,氢能作为燃料电池的最理想的清洁燃料,如果要实现燃料电池的产业化,必须要保证氢能产业的同步发展。
氢能源行业中游:氢燃料电池
1.氢燃料电池产业链概述
氢能利用形式较多,既可以通过燃烧产生热能,在热力发动机中产生机械功,又可以作为能源材料用于燃料电池,其中作为氢能最重要的转化方式,2019年燃料电池首次写入政府工作报告,开启了燃料电池的“元年” 。
电池系统是氢燃料电池汽车产业链的核心环节,而电池堆是其核心组成部分。燃料电池系统分为两大部分:一是电池堆,包括质子交换膜、催化剂、扩散层和双极板;二是其他部件,包括空压机、储氢瓶等。
氢燃料电池产业链
早期燃料电池的应用主要集中在潜艇、航天等特殊领域,且技术已相对成熟。近来来,燃料电池在民用领域的应用正在提升。在民用领域,燃料电池的应用主要包括固定式电源、交通运输和便携式电源三大类领域,其中质子交换膜燃料电池应用最为广泛,并凭借其特性主要应用于新能源汽车。
氢燃料电池汽车是我国新能源汽车发展的主要技术路径之一。氢燃料电池汽车在《国家创新驱动发展战略纲要》 《中国制造2025》《汽车产业中长期发展规划》等重要战略纲要中,均被列为要大力发展的产业。氢燃料电池车主要由燃料电池系统(包含燃料电池反应堆、空气压缩机等)、辅助动力电池、储氢装臵、 驱动电机、动力控制单元构成,具备续航力强、噪音低、零排放等特点。
目前来看,从2023-2030年是氢燃料汽车实现产业化的关键时间节点。
氢能源的下游:氢能源燃料汽车、氢能源储能等
氢能源储能的未来市场空间非常大,但是在2030年之前主要还是以示范项目为主,技术进步和成本下降还需要时间,这个我们在后面系列中再讲。接下来我们重点讲讲氢燃料汽车的发展历程和未来10年的投资机会。
早在2001年,国家“863”计划电动汽车重大专项组专家在“十五”期间就确定了我国新能源汽车的技术路线——“三纵三横”(“三纵”指混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车;“三横”指多能源动力总成控制系统、电机及其控制系统和电池及其管理系统),是由国家“863”计划电动汽车重大专项组专家在“十五”期间确定的。
时任专家组组长就是后来担任同济大学校长和科技部部长的万钢,由于万钢,同济大学也是中国氢燃料电池研究的一个高地,是国家燃料电池汽车及动力系统工程技术研究中心所在地,承接了国家诸多氢燃料电池科研项目及氢燃料电池车示范项目。上海世博会期间,同济大学就与国内五大整车厂合作生产了173辆燃料电池汽车,在上海世博园区进行示范运营。
为验证氢燃料电池汽车的安全性、可靠性以及耐久性,我国进行过多次氢燃料电池汽车的示范运营,并通过前期的“试水”证明了这一技术路线的可行性。验证之后我国正式踏上了氢燃料电池汽车的自主研发之路,自主研发成果先后参与或服务过2007年的上海必比登挑战赛、2008年北京奥运会、2009年美国加州的示范运营项目、2010年新加坡世青赛以及2010年的上海世博会。在2010年的上海世博会期间,共有196辆氢燃料电池汽车为会议提供服务,包括6辆客车、100辆观光车以及90辆轿车,平均单车运行里程为4500-5000公里,最长的单车运行累计里程达到10191公里。
2017年初,我国启动了新一轮氢燃料电池汽车的示范运营,在北京、广东佛山、上海、江苏盐城和河南郑州等地推广112辆氢燃料电池汽车,其中包括36辆客车、41辆轿车、30辆物流车和5辆物流卡车。
在2019年举行的中国电动汽车百人会论坛上,中国工程院院士衣宝廉提出:“从国际上看,氢燃料电池已经进入市场导入阶段。从国内来看,我国已基本掌握氢燃料电池的核心技术,并经过大量的示范运行积累了丰富经验,具备了进行大规模示范运行的条件。”
从历史上看,2009年我国四部委启动了新能源汽车"十城千辆"工程,计划用3年左右时间,每年发展10个城市,每个城市推出1000辆新能源汽车开展示范运行,涉及这些大中城市的公交、出租、公务、市政、邮政等领域,力争使全国新能源汽车运营规模到2012年占到汽车市场份额的10%。
“十城千辆”工程大大促进了我国新能源汽车发展的历史进程,对我国新能源汽车形成规模效应、降低行业成本、形成完成产业链、推动行业技术更新和商业模式创新起到了非常好的推动作用!在启动“十城千辆”工程的10年后,中国2019年新能源汽车销量120.6万辆,当年比亚迪的新能源汽车销量仅为14.72万辆。谁能想到再过3年后,2022年中国新能源汽车销量将达到688万辆的规模,比亚迪销量187万辆,成为全球新能源汽车的销量冠军?!
谁能想到,这十年成就了多少看好这一产业发展趋势的投资者,有多少因为投资比亚迪、特斯拉、锂电池产业链而成功逆袭,实现人生梦想,开始新的人生?之前,我曾提到过,归根结底,这一切是政府产业补贴和市场驱动的结果,作为投资者来讲,归根结底,是研究跟踪产业趋势带来的回报。所以,新一次产业趋势——氢能源未来10年的投资你看到了吗?
2021年9月,我国首批三个燃料电池汽车示范城市群落地,分别由北京市、上海市和广东省佛山市牵头。在2022年-2025年的示范期中,五部委将根据燃料电池汽车推广应用、关键零部件研发产业化和氢能供应三部分对示范应用进行积分考核,并以考核结果进行“奖惩扣罚”。随着各城市群相关规划、实施方案的落地,氢燃料电池汽车示范城市群将整合优势企业合作,促进氢能汽车产业逐步形成规模效应。
这一次氢能源燃料电池汽车示范城市群时点,从2022年开始到2025年结束,又是4年,是不是熟悉的配方,熟悉的味道?!
2021年12月25日,京津冀燃料电池汽车示范城市群正式启动,《京津冀燃料电池汽车示范城市群实施方案(简本)》《京津冀燃料电池汽车示范城市群年度任务计划》《京津冀燃料电池汽车示范城市群工作机制》等多个文件一同发布。至此,首批燃料电池汽车示范城市群建设工作全部启动。在未来四年的示范时间里,京津冀示范城市群将实现核心零部件技术突破,车辆应用不少于5300辆,购车成本降幅超过40%,新建投运加氢站不低于49座,氢气售价不高于30元/公斤。
根据广东示范城市群的规划,该城市群将力争到示范期末实现八大关键零部件技术自主可控,并具备自主知识产权的产品配套应用,推广超万辆燃料电池汽车,形成超过46万吨的氢气供应体系,建成200座以上加氢站,降低氢气售价至省内30元/公斤以下,构建完善的燃料电池汽车政策体系等。
上海市《关于支持本市燃料电池汽车产业发展若干政策》明确了包括整车购置、关键零部件、加氢站建设补贴等积分奖励细则。
最新数据,2022年氢燃料电池汽车产销累计分别完成3626辆和3367辆,同比分别增长105.4%和112.8%。展望十四五,中国氢能源汽车有望完成从产业导入到量产的阶段,结合各地方政府规划,到2025年,预计中国燃料汽车保有量有望接近9万辆。
1月4日,国家能源局发布了《新型电力系统发展蓝皮书征求意见稿》,规划了氢能在心型电力系统中的应用场景和技术迭代路径,蓝皮书明确了未来氢能和电能相互耦合的技术路线和时间表,为氢能在电力系统中的应用提供了指引,有助于强化氢能在能源体系的重要地位,为产业发展带来新的推动力。
在中国做投资,必须要紧跟政策趋势,研究透了国家的产业政策,就看清楚了产业发展的脉络,投资中就不会迷茫,不会短线进出,不会急功近利,这样才能拿住大牛股,实现人生的逆袭和财富的积累! 慢就是快,就是这个道理!
所以,我说现在的氢能源燃料汽车就是10年前的电动车!未来10年十倍的机遇正在向我们招手,有的标的甚至可能不止十倍!
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