“30.60”目標已經確定,但重型交通、工業低碳化依然存在挑戰!近日,國家發改委能源研究所副研究員劉堅博士在CHEC2021世紀氫能與燃料電池產業大會上介紹了我國氫能發展規劃及相關政策,并對比了電動重卡與燃料電池重卡的經濟性。
在碳中和背景下,道路交通、軌道交通未來可實現高比例電氣化,但由于航空、遠洋航運電氣化能力有限,目前還將更多依賴液體燃料。而石化、化工、鋼鐵、水泥電氣化難度大,深度脫碳仍然要靠技術創新來支撐。
氫能是未來綠色能源轉型中不可忽視的角色,可用于實現不同能源網絡之間的互聯。通過氫能,可以將目前的熱網、電網和油氣管網之間形成互聯互通的協調網絡。
未來,能源體系的優化將不僅僅局限在某一個能源品種里面,而是可以通過氫能實現整體優化,甚至通過氫能實現能源其他行業之間的互動。例如,傳統的鋼鐵冶煉過程中,高爐線路不僅需要一些化石燃料參與化學反應,如焦爐煤氣,同時還需要焦炭作為反應劑,因此在冶煉過程中會產生大量碳排放。目前歐洲一些鋼鐵冶煉廠采用了HYBRIT路線,如瑞典非化石能源鋼鐵冶煉項目,將氫氣作為反應劑來替代焦炭。通過氫氣作為中間媒介,實現可再生能源制氫,同時替代化工領域中高碳排放的焦炭,進而實現非能源領域里的深度脫碳。
國際能源署預測,到2030年,全球氫能產量將從目前大約45萬噸上漲到4000萬噸,有接近100倍的增幅。電動車則達到5000萬輛,投資規模達到1.6萬億美元,通過這些數據,能看到氫能是未來低碳能源體系里至關重要的能量來源。
關于燃料電池技術,劉堅表示,十三五期間,我國燃料電池技術發展速度非常快,電堆功率提升了37%、石墨板電堆功率密度提升了47%、金屬板電堆功率密度提升了50%、低溫冷啟動溫度提升了50%、石墨板電堆壽命提升了300%、金屬板電堆壽命提升了67%、最高效率提升了9%。
展望未來十年,劉堅認為,燃料電池系統成本將下降80%以上,與過去十年鋰離子電池成本下降過程相似,將從5000元/kW下降到600元/kW、冷啟動溫度從-30℃提高到-40℃、系統比功率從250kW/kg提高到450kW/kg、最高功率從50%提高到60%、額定功率從60kW提高到180kW、壽命從10000h提高到30000h!
劉堅指出,目前終端用氫價格還是比較高。根據計算,氫能車運營成本在百公里內達到了40元到60元不等,盡管成本已經接近柴油,但與電動汽車12元/百公里相比,還有較大差距。因此,如何降低氫氣成本將會成為未來工作中需要集中解決的難題。
在重卡應用場景中,對比電動,燃料電池的購置成本達到了500km的平價續航,當氫氣價格為50元/kg時,續航1000公里以上即可達到評價,當氫氣價格為20元/kg時,續航500-600公里就可達到平價。劉堅分析,單考慮購置成本,續航在500公里以上的燃料電池重卡將更具有經濟性。但是在全生命周期的情況下,假設氫氣價格為每千克50元,續航里程范圍在1000公里內的燃料電池重卡很難實現平價。只有實現用氫成本接近每千克20元,燃料電池重卡才會在600公里以上的續航范圍存有一戰之力。考慮到未來制氫技術與可再生能源發電水平的提升,劉堅預測,如果未來10年內制氫成本能夠下降50%,達到每千克10元,就可以實現平價應用。
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