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星空行研︱光伏制氢,2%弃光率撑起的万亿市场

09-23 星空财富 微信号
语音播报预计14分钟

星空行研︱光伏制氢,2%弃光率撑起的万亿市场

作者/星空下的烤包子

编辑/菠菜的星空

排版/星空下的小鱼

18世纪60年代,化学家亨利·卡文迪许发现氢元素,氢气和氧气燃烧生成水,化学家拉瓦锡根据这一性质将该元素命名为 “hydrogenium”(“生成水的物质”之意,“hydro”是“水”,“gen”是“生成”)。氢成为元素周期表中的首位即最轻的元素。

经过了两个多世纪的发展,氢气作为一种重要的二次能源,热值高(是同质量焦炭、汽油等化石燃料的3-4倍)、应用场景丰富,已经成为了全球未来清洁能源的可能解决方案。

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庙堂对于氢能产业的支持政策近些年密集出台,涉及氢能的制备、储运、加注、氢燃料电池等多个产业链环节,让氢能产业插上了快速腾飞的翅膀。“十四五”规划的出炉,也正式将氢能列入重点发展的方向之一: “在氢能与储能等前沿科技和产业变革领域,组织实施未来产业孵化与加速计划,谋划布局一批未来产业”。至此,全国各地近些年也掀起了一波氢能的发展热潮。将时间倒退十年,氢能的今天,像不像新能源(锂电池)车的昨天?

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图片来源:公开信息整理

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氢从哪来?

当前我国也已成为世界第一大制氢国。据《中国氢能源及燃料电池产业白皮书 2020》估算,2030年我国氢气的年需求量将增长至3715吨,2060年将增加至1.3亿吨,增长潜力非常可观,预计到2050年,氢能全产业链年产值有望达到12万亿,又一个万亿级市场,你心不心动呢?

氢在自然界中主要以单原子形态和等离子态存在。根据氢气的原料不同,主要分为五种技术路线:氯碱工业副产氢、电解水制氢、化工原料制氢、石化资源制氢和新型制氢方法等。制氢成本从低到高为:煤气化<天然气<甲醇<水电解。电解水制氢目前仍是最昂贵的一种途径,但也是最符合当今绿色能源发展主题的一种,因此也被称为“绿氢”。

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图片来源:海通国际

目前国内国际是的氢气主要是通过什么方式制取的呢?国际上目前制氢的首选还是天然气制氢,占到全球的48%。为什么?成本,成本,还是成本。而反观国内,我国的能源结构是“多煤少油缺气”,据报道,我国煤储量1.6万亿吨,人均拥有煤量超过1000吨。所以国内煤制氢的占比高达64%,其次为工业副产品制氢(21%),电解水作为最绿色的一种制氢方式,目前占比仅为1%。

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图片来源:中国银河证券

然而,不管是煤制氢还是工业副产品制氢的过程,都会产生二氧化碳,与我国的“双碳“目标可谓背道而驰。电解水制氢,作为一种绿色环保、纯度高的方式,是”全村的希望”。据 《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》的预测, 受益于可再生能源成本下降以及碳排放约束, 2020-2030年间“绿氢”比例将从3%上升15%。

而电解水制氢的原理想必不用多介绍,水分子在直流电的作用下被解离生成氧气和氢气,根据电解槽隔膜材料的不同,通常将水电解制氢分为碱性水电解(AE)、 质子交换膜 (PEM)水电解以及高温固体氧化物水电解(SOEC)。其中,碱性电解水技术已经实现工业规模化产氢, 技术成熟,国内主要厂商包括中船重工718 所、考克利尔竞立等,国外主要厂商包括 NEL(挪威)、 Mcphy(法国)、IHT(瑞士)等;质子交换膜水电解处于产业化发展初期;高温固体氧化物水电解还处在实验室开发阶段。

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02

为什么是光伏?

其实,真正制约电解水制氢经济性的因素,是电费!

我们将电解水制氢的成本拆解,你将更能窥见什么是目前制约该技术规模发展的因素。

85%的成本来源于电费;

7.8%来源于固定成本;

4.1%来源于设备维护;

2.8%来源于水费。

电费是影响电解水制氢的最敏感的因素。用敏感性分析稍微估算可知,当电价低于0.2元时,电解水制氢成本与其他工艺路线相当。

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图片来源:财经杂志

那么,在现有的可再生能源发电技术中,哪一种能和电解水制氢形成的互补产业链关系呢?答案是——光伏制氢。

一方面,随着光伏产业近些年的发展,规模经济极为明显,目前全国大部分地区的光伏度电成本在0.3-0.4元,青海等优质资源地区已降至 0.2 元。

另一方面,光伏制氢也能够在一定程度上解决光伏长期存在的“弃光率”(光伏电站所发的电量没有被电网或居民完全消纳,可简单理解为传统行业的产能过剩)高的问题。光伏的潮汐性非常明显,这让光伏发电并网存在一定困难。据统计,2020年全国平均弃光率约为2%,但在电量消纳困难的西北地区弃光率仍有4.8%左右。国家鼓励在弃光率高的地区增加配套储能设施,或就地消纳。光伏+氢储能能够解决调峰、消纳等问题,大幅提高光伏发电的质量。

光伏制氢,就在这种背景下“火”了起来。

4月光伏巨头隆基股份(601012,股吧)(601012)成立分公司,创始人亲自带队进军光伏制氢领域,市场情绪被点燃,时间过了半年,除了隆基股份,也有不少光伏玩家准备或已经入局这条“蓝海”赛道。

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表格来源:公司招股说明书或年报

本质上看,氢能起到了一个大号充电宝的角色。光伏玩家们纷纷布局制氢产业链,在拓展光伏发展潜能的同时,也间接解决了国内能源地域分布不均的问题,例如在中西部地区架设电网的难度大、成本高,想要很好地解决能源消纳问题,以氢能为介质实现能源的储存和转移,也是值得探索的方案。

03

小结

氢能,作为一种理想的清洁能源,对我国能源的转型有着深远的意义,国家近些年频繁出台的政策,对氢能相关产业的支持力度可见一斑。但是我们也要清楚地认识到,氢能在未来商业化和规模化的道路上,也有诸多需要关注的风险。

1

制氢方面,受成本制约,我国制氢的方式还是以煤制氢为主,这种制氢方式并不是完全绿色的,在碳捕集技术还没有商业应用的背景下,这种方式有先天不足。目前电解水制氢的成本是煤制氢的2-4倍,当光伏发电成本进一步下降,电解水制氢或许会受到更多资本的青睐,光伏巨头隆基股份阳光电源(300274,股吧)的纷纷入局就能证明;
2 氢气制取后,运输和储存是仍面临挑战。电力能通过特高压进行远距离传输,损耗也低。然而,氢气在常温下能量密度低,且具备穿透金属材料的能力。高压气态储氢技术虽然是目前最广发且成熟的技术,但储量少、存在泄露等安全隐患,制约了氢能源的推广与使用;
3 下游应用方面,氢燃料电池商用车是氢气应用的重要领域。但目前氢燃料电池车的成本是锂电池车的两倍以上,且氢燃料电池的重要组件(如膜电极、双极板)的核心技术仍掌握在国外少数企业的手中,相关的配套设施(如加氢站)也不完善,商业化早期更多还需政策扶持。

所以,光伏和制氢,能否相互成就,产生1+1>2的效果,产业风口能否实现靴子落地,达到规模经济,还需要时间来检验。

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本文首发于微信公众号:星空财富。文章内容属作者个人观点,不代表和讯网立场。投资者据此操作,风险请自担。

(责任编辑:张泓杨)
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