《中国钢铁行业CCUS技术发展现状及前景》

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  • 《我国氢燃料电池技术发展现状及趋势》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2019-05-20
    • 氢燃料电池汽车,是我国新能源汽车产业一条重要的技术路线,是新能源汽车“三驾马车”之一。但是由于过去一段时间产业发展的重点主要集中于纯电动和插电式混合动力汽车上,导致氢燃电池汽车产业化进程比纯电动汽车慢了10年。   在商用车场景优势明显   在“蛰伏”了将近10年后,氢燃料电池汽车终于走到了台前。近两年,国内对氢能和燃料电池汽车的关注度得到前所未有的提高,从2018年初国家能源投资集团牵头,国家电网公司等多家央企参与的中国氢能源及燃料电池产业创新战略联盟成立,到今年氢能首度被写入政府工作报告中。从地方政府到中央政府,对氢能和燃料电池汽车发展的重视程度已经被提到重要位置。   “为什么近两年氢能这么热?因为石油、化工、钢铁、能源行业都与氢能密切相关。钢铁炼焦有氢气,化工氯碱生产副产氢气,煤气化产氢气,石油炼油用氢气等等。而这些行业目前是国家供给侧结构性改革要去产能的一些行业,这些行业大概比汽车行业要大3倍以上,也就是大概30万亿的产值以上,仅石油和化工行业就约有15万亿的产值。这么大的产业,要寻求绿色发展、转型升级的出路,氢能是一个很不错的选择。总之,氢能产业链非常长,利益相关者非常多,就业的人数众多,这对产业的推动作用是十分明显的。”中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高对氢能和燃料电池汽车市场的火热现象给出了自己的认识。   此外,由于纯电动汽车在续驶里程、充电时长、重载运输等方面存在先天缺陷,氢燃料电池汽车也被认为是解决新能源汽车在商用领域用户痛点的重要解决方案。   张家港氢云新能源研究院院长魏蔚表示,氢燃料电池汽车的发展特点将以商用车为主,它与纯电动汽车有着不同的应用领域。很多人可能会认为,氢燃料电池汽车是来颠覆纯电动的,其实并非如此,这两种技术路线是优势互补、相互支持、共同发展、长期共存的关系。   欧阳明高对此持相同看法,由于氢燃料电池动力系统不光有储氢瓶,还有氢燃料电池发动机和辅助电池,所以氢燃料电池轿车的体积尤其对紧凑型轿车,存在挑战。此外,使用液化氢是未来氢燃料电池汽车的发展方向,这在卡车和大巴车上易于实现,但要应用到乘用车上存在一定困难,因为乘用车经常要放到地下车库,而液氢有蒸发特性。   欧阳明高介绍了我国燃料电池汽车发展现状,一是以燃料电池与动力电池的深度混合动力为技术特色;二是以燃料电池商用车为主体;三是以Ⅲ型压缩氢瓶为车载储氢主流方式。  当前,我国氢燃料电池汽车推广的重点领域就是商用车领域,我国氢燃料商用车的保有量已达3500辆,居全球首位。   氢燃料电池技术发展迅速   近年来,我国氢燃料电池发动机技术取得了重大进步。已经从第一代燃料电池发动机迭代到第三代燃料电池发动机,电堆功率密度已经达到3千瓦/升,体积已经能够实现与传统四缸内燃机相当。但是在电堆循环寿命等方面还与国际先进水平存在一定差距。   欧阳明高指出,虽然当前我国氢燃料电池技术与世界先进水平还有一定差距,但得益于我国氢燃料电池汽车市场十分广阔,参与者众多,各方资本投入的资源也很丰富,因此技术进步很快,3~5年我国氢燃料电池技术将实现与国际先进水平同步,达到技术成熟水平阶段。   “巨大的国内市场是我国氢燃料电池汽车发展最有力的推动因素。”魏蔚表示,中国市场规模之大,一旦市场起来会吸引很多企业进入,通过国产化率的提高,加之规模效应将大幅促进成本的降低。当前氢燃料电池汽车有很多先进技术还没有产业化,这些技术在我国的产业化进程可能会比国外更快,因为我国拥有全球最大的市场。   魏蔚介绍,我国对氢燃料电池汽车的发展规划是,到2020年保有量突破1万辆,到2025年达到5万辆,2030年突破百万辆。当前正处于“十城千辆”的发展阶段。   在氢燃料电池汽车发展步伐稳健之际,同样也该重视发展过程中的现实问题。   欧阳明高指出,目前我国氢燃电池汽车发展面临的主要挑战是氢能技术与成本问题。我国氢能技术落后于燃料电池技术,传统氢能技术如碱性电解槽、压缩机制冷氢液化等存在效率偏低、成本偏高的问题,需要全产业链共同推动技术突破。
  • 《我国太阳能发电行业发展现状及建议》

    • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2022-03-05
    • 2021年,分布式光伏年度新增规模约2900万千瓦,历史上首次突破新增光伏发电装机的50%,约占55%。同时,在新增分布式光伏中,户用光伏年度新增装机规模继2020年首次超过1000万千瓦后,2021年首超2000万千瓦,达到约2150万千瓦,发展势头强劲。 伴随大型风电光伏基地项目建设工作的陆续启动,我国太阳能热发电装机容量有望实现持续提升。其中,2021年10月,青海省、甘肃省、吉林省分别举行了工程启动仪式,共计101万千瓦的太阳能热发电装机项目预计将于2023年底前建成并网。 2021年,光伏发电行业企业及研究机构晶硅电池实验室效率打破记录11次,推进各环节关键指标水平快速提升,龙头企业与中型企业差距进一步拉大。 2022年,我国太阳能发电行业机遇与挑战并存。一方面,在“双碳”目标指引下,我国太阳能、尤其是光伏发电行业发展将获得稳定政策支持,并带动产业链实现整体完善升级。另一方面,新能源的规模化发展,需要新型电力系统提供支撑,政策体系、终端应用模式亟待革新。 一、太阳能发电行业发展概况 2021年,我国太阳能发电行业依然保持了向上突破的姿态。其中,光伏发电行业年度新增装机再达历史最高水平,分布式光伏年度新增规模占比首次突破50%,行业继续维持强劲增长态势;太阳能热发电行业示范项目运行稳中有进,玉门鑫能50MW光热项目于年内投运,我国光热发电探索商业化道路再添新兵。两个子行业,均交上了一份令市场满意的年度成绩单。 (一)光伏行业持续突破,户用光伏发展势头强劲 “十四五”首年,我国光伏发电建设实现新突破,年度新增装机5488万千瓦,同比提升13.9%,为历年以来年投产最多,连续9年稳居世界首位;累计装机容量突破3亿千瓦大关,达到3.06亿千瓦,连续7年位居全球首位。 集中式与分布式并举的发展趋势更加明显。2021年,分布式光伏年度新增规模约2900万千瓦,历史上首次突破新增光伏发电装机的50%,约占55%。同时,在新增分布式光伏中,户用光伏的年度新增装机规模继2020年首次超过1000万千瓦后,2021年首超2000万千瓦,达到约2150万千瓦,发展势头强劲。 消纳利用水平持续好转。2021年,全国光伏发电量3259亿千瓦时,同比增长25.1%,占全国全年总发电量的4.0%;利用小时数1163小时,同比增加3小时;全国光伏发电利用率98%,与上年基本持平。新疆、西藏两地光伏消纳水平显著提升,光伏利用率同比分别提升2.8和5.6个百分点。 (二)太阳能热发电稳中有进,行业迎来发展新机遇 2021年底,玉门鑫能50MW太阳能热项目全面投运,我国太阳能热发电项目名单又添一员,累计装机规模持续上涨。 截至2020年底,我国并网投运8座太阳能热电站,包含2020年底之前并网的中广核德令哈50MW槽式项目等7座太阳能热发电示范项目和鲁能格尔木多能互补50MW塔式项目(国家能源局多能互补示范项目)。通过运行调试、不断消缺,这些太阳能热发电示范项目的性能和发电量逐步提升。 其中,作为我国首个大型商业化太阳能热示范电站,中广核德令哈50MW槽式电站实现了连续运行107天的记录,处于全球领先地位。首航高科敦煌100MW熔盐塔式太阳能热示范电站2020年三季度发电量较2019年增长31.3%,2021年三季度再度增长39.7%,目前电站各项性能指标仍在大幅度提升。青海中控德令哈50MW太阳能热电站自2019年10月开始,除汽轮机发生故障的个别月份,绝大多数月份电站实际发电量达到或超过设计值。 下一阶段,伴随大型风电光伏基地项目建设工作的陆续启动,我国太阳能热发电装机容量有望实现持续提升。2021年10月,青海省、甘肃省、吉林省分别举行了工程启动仪式,共计101万千瓦的太阳能热发电装机项目预计将于2023年底前建成并网。 二、太阳能发电行业技术创新持续向前 持续的技术创新,是我国太阳能发电行业、尤其是光伏发电行业快速发展的关键。2021年,光伏发电行业瞄准行业尖端技术持续突破,太阳能热发电行业聚焦行业发展短板集中发力,均取得较好成果。 (一)光伏制造端各环节关键指标水平快速提升 2021年,光伏发电行业企业及研究机构晶硅电池实验室效率打破记录11次,推进各环节关键指标水平快速提升。 在多晶硅环节,得益于生产装备技术提升、系统优化能力提高、生产规模增大等因素,多晶硅平均综合电耗较2020年下降5.3%,综合能耗同比下降17.4%,硅耗与2020年基本持平,这些指标均有空间继续下探。 在硅片环节,下游对单晶产品的需求持续提升,目前单晶硅片(P型+N型)市场占比约94.5%,182mm和210mm的大尺寸硅片市场占比快速扩大。 在电池片环节,2021年的新建量产产线仍以PERC电池产线为主,其市场占比提升至91.2%。伴随全球市场对高效产品的需求不断增强,以及电池片企业生产成本的降低及良品率的提升,常规电池片(BSF电池)2021年市场占比下降至5%,同比下降3.8个百分点。 在组件环节,随着双面发电组件得到市场越来越多的认可以及美国豁免双面发电组件201关税的政策影响,双面组件市场占比同比上涨7.7个百分点至37.4%,并有望在2023年与单面组件平分市场。 (二)太阳能热行业技术研发项目快马加鞭 2021年,我国针对太阳能热发电行业发展的关键领域、关键技术启动多个技术研发项目,对于推动太阳能热发电行业发展具有重要意义。 如由武汉理工大学牵头的“宽波段平面超表面太阳能聚光器及其集热系统”项目,围绕宽波段广角度平面超表面太阳能聚光器及其集热系统的设计方法和制造技术,旨在降低目前通用的曲面聚光器需要高精度支架和复杂的太阳跟踪装置导致的太阳能热发电成本;由中国科学院金属研究所牵头承担的“光热发电用耐高温熔盐特种合金研制与应用”项目,针对太阳能热发电产业低成本高效发电可持续发展需求,以下一代低成本高效超临界二氧化碳太阳能热发电系统中耐高温氯化物混合熔盐特种金属材料及其制造技术为研究对象,力图实现高性能不锈钢、高温合金产品的开发及应用示范。 三、太阳能发电产业链发展更先进、更完善 作为能源行业的“后起之秀”,我国太阳能发电行业瞄准行业发展关键环节,持续提升技术创新和自主开发力度,产业链断环、孤环等情况大幅减少,为行业高速发展提供有力支撑。 (一)光伏发电:制造端取得快速增长 2021年,我国光伏发电行业制造端的多晶硅、硅片、电池片、组件四环节年度合计产值突破7500亿元,硅片、电池片、组件年度合计出口额超过280亿美元、创历史新高,制造端取得快速增长。 产能持续增长。2021年,我国多晶硅年产量同比增长28.8%,达到50.5万吨,连续11年位居全球首位;硅片年产量同比增长40.7%,达到22700万千瓦;电池片年产量同比增长46.9%,达到19800万千瓦;组件年产量同比增长46.1%,达到18200万千瓦,连续15年位居全球首位。 降本增效深入推进。2021年,多晶硅平均综合电耗同比下降5.3%,硅片持续推进大尺寸和薄片化,N型电池量产线开始布局,规模化生产的P型PERC电池平均转换效率同比提高0.3个百分点,组件的最高功率从2020年的600瓦提升至700瓦,龙头企业与中型企业差距进一步拉大。 产业集中度进一步提升。制造端各环节龙头企业加速扩产,多晶硅、硅片、电池片、组件四环节的产能均持续向行业排名前五名的企业(以下简称“top5”)聚集。数据显示,2021年,四环节top5的年度合计产量占总产量比重均超过50%,其中多晶硅top5企业合计产量占比达86.7%、硅片top5产量占比达84%;top5平均产量同比持续提升,除多晶硅top5平均产量同比增长27.5%,其他三环节增长幅度在60%~70%。 新领域持续增长。2021年,颗粒硅市场关注度持续上升,市场占有率同比提升了1.3个百分点,达到4.1%,伴随生产工艺的改进和下游应用的拓展,市场占比有望进一步提升。钙钛矿电池因其成本相对较低、光学和电学性能表现出色,在业内引发投资热潮,有望实现较快发展。 需要关注的是,2021年,我国光伏上游硅料行业出现“量价齐飞”的情况,硅料价格大涨,硅料长期供不应求。在这一形势下,多家企业布局扩建硅料产能,希望通过加强垂直一体化布局降低产业链阶段性供需失衡对企业的不利影响。据统计,如果目前所有已公布的扩产计划都能落实,截至2022年底,我国硅料产业将有至少300万吨产能集中释放,可能引起硅料行业产能过剩。 (二)光热发电:生产线年产能可满足200~300万千瓦装机 据不完全统计,2021年,我国从事太阳能热发电相关产业链产品和服务的企事业单位数量近550家。其中,太阳能热发电行业特有的聚光、吸热、传储热系统相关从业企业数量约320家,约占目前太阳能热发电行业相关企业总数的60%,以聚光领域从业企业数量最多,约170家。 我国太阳能热发电产业链的主要特点,是以超白玻璃、高温吸热及传储热材料(导热油、熔融盐)、保温材料等易于获得、安全且丰富的原材料为出发点和起点,带动反射镜、定日镜、塔式吸热器等具有自主知识产权的产业链核心装备的发展。 近年来,我国已经建立了数条太阳能热发电专用的部件和装备生产线,品类覆盖太阳能超白玻璃原片、槽式玻璃反射镜、平面镜、槽式真空吸热管、跟踪驱动装置、导热油、熔融盐、塔式定日镜、槽式集热器等,具备了支撑太阳能热发电大规模发展的供应能力,年供货量可满足200~300万千瓦太阳能热发电项目装机。 在全球太阳能热发电市场的带动下,近年来,我国产业链制造能力不断加强,国际竞争力快速提升。其中,槽式吸热管生产企业出货量逐步增加,已实现在全球商业化槽式电站中的规模化应用。 据了解,在我国首批太阳能热发电示范项目中,设备、材料的国产化率超过了90%,技术及装备的可靠性和先进性在电站投运后得到有效验证。而于2018年12月30日并网发电的青海中控德令哈50MW塔式太阳能热发电项目,其设备和材料国产化率已达到95%以上。 需要注意的是,在风电、光伏发电陆续进入平价时代后,作为技术和资金双密集型行业,太阳能热发电行业面临的挑战不仅仅是技术创新,更重要的是降低项目建设成本,提高发电性价比。如建设一座12小时储热100MW塔式太阳能热发电站的总投资在25~30亿元之间,其中聚光、吸热、储换热系统约占整个电站成本的77%左右。尽快降低太阳能热发电站造价、提升电站经济性,已成为太阳能热发电行业顺利走向规模化、商业化的关键。 四、发展建议 2022年,对于我国太阳能发电行业来说,迎来了发展的难得机遇,也将面临巨大挑战。一方面,在“双碳”目标指引下,我国太阳能、尤其是光伏发电行业发展将获得稳定政策支持,并带动产业链实现整体完善升级。另一方面,新能源的规模化发展,需要新型电力系统提供支撑,政策体系、终端应用模式亟待革新。 (一)降本增效仍是发展关键词 2022年,我国主要电源已基本进入平价时代(分布式光伏在部分地区可享受地方性补贴)。站在同一起跑线上,光伏发电和太阳能热发电需要做的,不仅仅是平价,而是比火电更具性价比。 当前阶段,太阳能发电行业仍需降本增效。尤其是太阳能热发电行业,尽管具有储能优势,然而当前建设成本占比较高,并不具备大规模发展条件。因此,我国太阳能发电行业应继续推进基础设施成本、安装成本、运维成本下降,提高发电转换效率,并通过规模化、大型化提升利润空间,为太阳能发电行业争夺市场份额提供更多助力。 (二)加快构建以新能源为主体的新型电力系统 伴随大型风电光伏基地开发、屋顶分布式光伏整县推进等工作的逐步开展,未来一段时间,将有大规模新能源装机集中接入电网。面对“任性”的新能源装机,电网稳定有序运行面临严峻挑战。 为确保电力安全稳定供应,我国应加快构建以新能源为主体的新型电力系统。应立足能源绿色革命,从电网结构、系统运行模式到地方消纳能力、电力市场体系,在能源电力系统发起一场全面的变革,构建一个更适应新能源发展的新型电力系统,以确实保障民生用电和社会发展用能需求,为我国能源绿色低碳转型、推动全社会高质量发展奠定稳定基础。 (三)以技术创新为抓手提升全球市场竞争力 掌握关键技术、关键环节、关键领域话语权,是提升行业市场竞争力的重中之重。近年来,在行业高速发展的背后,我们也应看到,光伏发电行业关键指标世界纪录频频被打破,太阳能热发电受较高成本所限至今无法独立走向市场,太阳能发电行业发展激流之下隐藏暗礁。 未来一段时间,我国太阳能发电行业仍需加强技术创新,加快关键核心技术突破,强化关键环节、关键领域、关键产品的保障能力,以提升光伏发电行业全球市场竞争力,加快推进光热发电行业走向市场化、商业化,助力太阳能发电行业实现发展升级。 (四)完善产业链条提升行业发展竞争力 产业链供需平衡对于行业发展具有重要意义。以光伏发电行业为例,2020年刚被光伏玻璃“撞了一下腰”,2021年又因硅料供需失衡导致“量价齐飞”,产业链上下游供需失衡成为贯穿全年的行业焦点。在高速发展中,如何突破产业链的薄弱环节、完善产业链条,成为行业实现发展跃升前的一道必答题。 加快企业垂直一体化布局是一条有效途径。近年来,不少光伏企业选择通过新建扩产项目打造“硅片+电池片+组件”或“电池片+组件”的垂直一体化布局,尽力降低阶段性供需失衡对企业发展的不利影响。 以清晰的产业发展规划引导行业平稳发展。相关部门、协会应进一步强化顶层设计,及时梳理地区产业链结构及产业融合载体分布情况,确保行业整体维持供需匹配,让产业链各链条、各环节协同驱动,优化产业链条整合力,推动太阳能发电行业行稳致远。