“人類能源的發展進入到新的階段,太陽能是碳能源的能量密度的3000倍?!?/span>

 

“碳中和已經成為共識,今后三四十年的能源轉型已經是確定性事件?!?/p>

 

“如果光伏發電能做到1毛錢一度電,電解水制氫的成本會比現在煤制氫的成本還低?!?/p>

 

“很多人不知道,今天鋼鐵冶煉的二氧化碳排放在中國排在第一位?!?/p>

 

“到深度脫碳的環節,氫能的引入,特別是綠氫的引入,才能夠真正脫碳?!?/p>

 

“綠氫的成本高度依賴政策,比如當地的利率水平和碳價,對綠氫的成本起至關重要的作用?!?/p>

 

以上為36日隆基股份創始人李振國在隆基氫能《綠氫講堂》上針對綠氫的現狀和未來發表的精彩演講。

 

碳中和已經成為了全球共識,能源轉型也已是大勢所趨。作為新能源的光伏、風電、氫能,以及相關的電力設備行業,在資本市場廣受追捧,過去兩年A股市場新能源賽道的火熱場景,真切地演繹了這種變革帶來的沖擊。

 

我們持續關注碳中和領域,跟蹤能源體系的變革,以及變革過程中各行業的發展變化。以下為演講視頻及精要。

 

https://mp.weixin.qq.com/s/MgwtKObGhVQZ9kf7Xn6VbA

 

 

 

1、人類能源發展可以分為哪幾個階段?

 

最早的人類使用的是柴薪能源,這種能源燃燒值低,但分布比較廣,也比較易得。后面發展到煤炭,煤炭能量密度比較高,燃值也比較高,為人類的工業發展做出了很大貢獻。再往后發展到石油,變成了一種液體燃料,在儲運方面更為便利。

 

石油、煤炭是化石能源,是地球積淀了很多億年的碳沉積,現在挖出來燒掉,帶來了大量的二氧化碳排放,對人類生存的環境和氣候影響巨大。

 

今天人類能源的發展又進入到新的階段。新能源的發展以風電、光伏這些可再生的清潔能源為主,特別是太陽能光伏的發展,資源無限。地球荒漠面積的百分之一裝上光伏,發出的電量是目前全球使用的總電量。克拉瑪干沙漠面積的四分之一裝上光伏,發出的電量是今天全中國的用電量。如果把塔克拉瑪干沙漠全裝上光伏,發出的電量夠全球使用。

 

同時,光伏發電是硅基能源,從石英礦到工業硅到多晶硅,再到單晶硅的拉棒、切片,再做成太陽能電池片,形成組件,最后進行電站的安裝,整個全過程直接的能耗是0.4度電/瓦。追蹤到礦石,比如安裝用到的支架、鋼材的能耗全算上,供應鏈上的運輸也算上,折合到一瓦上,也就是一度電。

 

但是,在太陽能自己的生命周期里面,在一般的光照資源條件下,一年能發1.5度電,30年的生命周期里能發45度電。太陽能是一種基于硅基基礎,通過太陽光能量,把自身消耗的一度電轉化成45度電,大概是碳能源的能量密度的3000倍。

 

所以,硅基能源是人類未來能源發展的一個很好的能源。人類社會的發展,今天碳中和已經成為共識,今后三四十年的能源轉型已經是確定性事件。目前正在由碳基能源向硅基能源轉化的路上,未來還會有綠氫的注入。

 

2、光伏成本降低對氫能發展有什么作用?

 

光伏發電的成本降低對氫能發展史有很重要的作用。十幾年前,光伏發電還要十幾元一度電,但是今天光伏發電在全球絕大多數國家和地區已經成為當地最便宜的電力能源。技術成本只有幾分錢一度電。

 

建設光伏3塊多錢一瓦,一般的地區三十年的生命周期里能發50度電左右,折舊成本只有6-7分錢,加上1分錢的運維成本,就是7-8分錢一度電。

 

但是世界各地的非技術成本構成不一樣,導致全球實際上網電價不同。舉個例子,去年上半年,沙特阿拉伯一個大型的光伏發電項目,上網電價已經到了1.04美分/度電,其實也就是不到7分錢一度電。

 

但是到中國還要兩三毛錢一度電,重要的原因是非技術成本在中國比較高。中國的非技術成本主要包含三個方面,第一個是土地租金和政府稅費,第二塊中國是高利率國家,資金機會收益成本很高,拿6%的利息算,攤到一度電上是1215,遠遠高于幾分錢一度電的技術成本。

 

還有一些外送通道的問題,比如項目地離主網架不管是5公里還是100公里,送出外線需要項目自己建。名義上是項目的資產,實際上是社會的公共設施。這些非技術成本的實際受益人,要么是地方政府,要么是金融機構,或者是電網,它們都參與了國家國民經濟內循環里面去了。

 

低成本的光伏電力對氫的發展有重要作用。目前的作用,通過電解水制氫,一公斤氫需要50度電。如果將來能夠把光伏的成本做到兩毛錢的普遍成本,那就是電力作為電解水制氫的主要成本降到10塊錢。

 

如果能做到1毛錢一度電,電力成本就降到5塊錢一公斤氫。到那個時候,電解水制氫的成本比現在煤制氫的成本還低,不僅是在全社會綠色發展方面發揮重要作用,其經濟性也完全能夠成立。

 

今天全中國大概是3300萬噸的消耗,這些氫絕大部分是煤制氫,還有部分是天然氣制氫,稱為灰氫。這些氫的獲得,是以二氧化碳排放為代價。如果我們把現在中國消耗氫15%的量通過光伏這種綠電,電解水制綠氫,大概需要180GW的光伏支撐。

 

光伏和制氫無論從規模還是成本上都密不可分。

 

3、發展氫能的價值在哪里?

 

碳中和的定義是嚴苛的,嚴格來講,只有你有相應的碳匯,才能夠有對應的二氧化碳排放量。中國的森林碳匯每年只有幾億噸,其實在真正碳中和場景下,用它去綜合水泥產業碳酸鈣分解出來的二氧化碳都是不夠的。

 

因此嚴格的碳中和的定義,就是到那個時候,煤炭和石油幾乎不能作為能源來使用,只能作為化工原料。而中國今天的二氧化碳還有42%來自電力系統。

 

前段時間解振華主任用了另一個更嚴苛的口徑,溫室氣體口徑。以溫室氣體口徑來看,來自電力系統的二氧化碳排放,只占到溫室氣體排放的31%。更多的二氧化碳排放或者溫室氣體的排放主要來自能源化工,鋼鐵冶煉每年十幾億噸的二氧化碳排放,水泥產業每年也是十幾億噸的二氧化碳排放。

 

還有一些未來場景,城市的乘用車、商用車,可以通過使用電動汽車,清潔的電力直接脫碳。但是遠洋貨輪、航空飛機沒辦法做到這點,因為蓄電池的能量密度太低,不能長距離為這些運輸工具提供持續的電力。還有老百姓的日常生活,特別北方地區的取暖,將來也是需要引入更高能量密度的介質才能實現真正的脫碳。

 

所以到深度脫碳的環節,氫能的引入,特別是綠氫的引入,才能夠真正脫碳。

 

4、綠氫在工業領域有哪些應用?

 

今天氫能在工業領域有著實際的應用,中國每年消耗3300萬噸氫,這些氫主要還是在化工領域,比如煤制氫,之后進行石油煉化或者煤炭化工領域里面要添加這種氫,或者在化肥產業里制成氨。

 

這些氫的來源主要還是來自于灰氫,就是今天我們講的煤制氫。目前的情況是,我們得到一公斤的氫,需要二十公斤的二氧化碳排放作為代價。

 

我們可以用光伏這種能源間歇式進行綠氫制取,后面再背一個儲罐,就能實現間歇式制氫、連續性用氫的一種模式,如果把中國3300萬噸的氫,有15%由綠電制氫替代,大概需要4萬臺的1000標方的電解水制氫設備。這個市場規模十分巨大。

 

5、綠氫如何應用在鋼鐵冶煉領域?

 

很多人不知道,今天鋼鐵冶煉的二氧化碳排放在中國排在第一位,每年十幾億噸的二氧化碳排放。鋼鐵冶煉的二氧化碳排放的原理是鐵路礦石里含有氧,需要用焦炭把鐵礦石里的氧置換出來,這樣導致二氧化碳排放。目前來看,生產一噸的粗鋼大約會帶來1.4噸的二氧化碳排放。

 

中國鋼鐵領域的二氧化碳排放的減碳壓力十分大?,F在在歐洲有很多國家已經開始進行氫冶煉,日本也在進行氨冶煉的一些嘗試,在這個過程中,如果我們進行鋼鐵冶煉的時候,通過使用綠氫、綠氨來替代現在的焦炭,我們能夠大幅度減少全球的二氧化碳排放。

 

6、如何看待綠氫耦合制備合成甲醇、合成氨?

 

綠氫的獲得通過綠電電解水制氫,是一個確定性的模式。但是氫在未來社會里的應用體系,今天還不完全確定。大致是三條路徑。

 

第一條路徑,直接使用氫。為了獲得熱量,直接燃燒氫,出來的副產物是水,十分清潔。還可以通過燃料電池,把氫在一些場景下轉換成電,使用起來十分便利靈活。但是這個路徑最大的問題,就是氫的儲運十分困難。

 

第二條路徑,通過綠氫跟二氧化碳或者生物質能耦合,變成甲醇或者低碳醇。優點是甲醇或者低碳醇和今天的油氣體系可以共用。像油氣的儲槽、槽車,都是十分成熟和經濟的。但是問題在于,40年以后,二氧化碳的來源是個問題。在那個階段,沒有集中式的二氧化碳排放,就沒辦法經濟的獲得二氧化碳。

 

第三條路徑,現在日本、美國推崇的綠氨體系,通過用綠氫跟氮氣合成氨,氨需要的氮氣是空氣中的主要成分,獲得這種氮氣十分容易。綠氨的運輸儲存雖然不如甲醇體系容易,但是比氫的儲運容易很多。今天氨的應用場景還需要進一步建立。

 

7、綠電+綠氫模式適合在中國哪些地區率先應用?

 

綠電進行綠氫制取的模式,其實是兩類模式。一類是先把綠電通過儲能調節成連續能源,連續綠電進行連續制氫。還有一種是利用間歇式綠電,進行間歇式制氫。這兩種模式從目前來看,間歇式制氫的經濟性遠好于先把綠電通過儲能調節成連續性電力,再連續性制氫的經濟性。

 

我國風光資源與煤化工、石油化工的分布具有較高的重合性。光伏和風電資源富集的地區,包括陸上光伏和風電資源豐富的三北地區,以及海上風電資源充足的東南沿海地區。

 

在上述地區中,三北地區是我國煤炭和石油資源富集的地區,如煤炭資源豐富的寧東、神木、鄂爾多斯、大同等。石油資源豐富的松遼、塔里木、鄂爾多斯、準爾、柴達木等地區。同時,三北地區也是我國主要的煤化工產業基地,以及重要的石油化工基地。

 

在海上風電資源豐富的東南沿海地區,集中了我國主要的石油煉化基地。利用當地優勢的光伏風電資源,發展大規模電解水制綠氫,來替代石化、煤化工領域中的灰氫,形成光伏電站加電解水制氫加運輸氫氣的閉環模式,提升綠電+綠氫的規模應用,實現綠氫的“就地生產、就地消納”。

 

8、一塊五一方綠氫的前提是什么?

 

實現生產側一塊五一方綠氫的能力是完全可以建立起來的。最近兩年光伏產業鏈由于不均衡導致原材料上漲,是一個短期并且階段性的狀態,隨著產業資本大規模介入光伏產業鏈,光伏的成本一定會快速下降,每度電2毛錢的成本在一些資源豐富的地區可以實現。

 

電解水制氫每標方的氫氣需要4.5度電,電力的成本可以控制在每方氫9毛錢的水平。再加上設備的折舊、運維以及相對必要的資產回報率,氫氣控制到一方氫1.5毛錢的水平完全有可能。

 

9、綠氫的發展需要哪些關鍵要素?

 

正如綠電一樣,綠氫的成本高度依賴政策,比如當地的利率水平和碳價,對綠氫的成本起至關重要的作用。在今天如果用完全的光伏跟電解水制氫的體系做一個簡單的模擬設計,如果只算設計成本,折舊+運維,制取一公斤氫也就是七八元的水平,與煤制氫的成本十分接近,甚至低于煤制氫的成本。

 

但是它對利率十分敏感,如果加上5%的利率,一公斤氫的成本就變成了20塊錢。利率在歐洲或者日本這些低利率的國家已經很低了,綠氫在這方面的成本比較低。

 

第二個制約因素來自于碳交易的價格。煤制氫一公斤氫氣是以20公斤的二氧化碳為代價的模式,如果以歐盟的每噸二氧化碳排放收取六七十歐元的價格算,20公斤二氧化碳排放可以補償回一公斤綠氫8塊錢人民幣。20塊錢的成本,減去8塊錢,跟煤制氫的成本又非常接近了。

 

在歐盟這種低利率、高碳價的地方,綠氫的經濟性有絕對優勢。中國上海碳交易所,二氧化碳定價50多元一噸,補償到一公斤綠氫上,只能補償回一塊錢的水平。在今天來看它是遠遠不足的,所以還需要一些政策上的支持。

 

 

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