《未来15~20年内 氢储能或将成为未来重大创新技术》

  • 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:2020-04-02
  • 据报道,在英国伦敦举办的由行业媒体Solar Media公司组织的一个储能峰会上,行业专家在小组讨论时指出,氢储能和车辆到电网(V2G)技术可能是未来在储能领域获得重大创新的技术。

      行业专家在讨论电网技术创新时强调了这两种技术,并在围绕能源灵活性未来发展的讨论中经常被提及。

      UK Power Networks公司能源市场主管Stathis Mokkas认为,车辆到电网(V2G)可能会成为未来几年提高电网灵活性的关键技术。电网运营商的预测表明,到2030年,英国电网将有多达400万辆电动汽车需要充电,这为储能行业带来了巨大发展机遇。

      当英国能源网络协会创新与发展负责人Randolph Brazier询问储能行业下一个重大创新技术是什么时,英国太阳能开发商Lightsource BP公司技术总监Chris Buckland阐述了可是能是氢储能技术的理由。

      他表示,虽然氢储能在现阶段没有得到更多的应用,但一些业界厂商对这种技术进行了研究和探讨,他认为仍然是一个首选技术,预计在未来15~20年内会出现。

      尽管有建议的时间表,Lightsource BP公司已经在研究将氢储能作为一种潜在的储能解决方案,并计划与太阳能发电设施配套使用,以使可再生能源更多地渗透到电网中。由于氢储能技术具有长时储能开发潜力,因此该公司将其列为五种新兴关键技术中的一种。

      长期以来,人们一直认为可以使用可再生能源通过水解技术产生氢气,然后将其存储或用于其他用途,作为存储多余电力或者是进一步脱碳的途径。2018年,澳大利亚政府支持的一个试点项目试图在悉尼测试一个500kW电解槽的使用情况,而据了解,Lightsource BP公司等国际太阳能开发商正在研究这项技术潜力。

      不过,Mokkas提出了一个警告,他认为氢气更有可能在工业部门扮演重要角色。他认为,这种技术组合将吸引更多参与者。

      Regen公司公司首席技术官Ray Arrell表示,氢储能是一种“基础设施投资的联合方法”,这将证明朝着净零目标迈出了真正的创新一步。

      Brazier建议,储能行业不能安于现状,而必须加速创新。专家小组一致认为,向前迈进的挑战之一是将此类技术创新传达给消费者。

      Arrell说,“这绝对是一个关键领域,消费者需要了解这些技术创新,以便他们能够参与并受益于储能技术的进步。”

      随着英国致力于实现净零排放目标,发电行业和储能行业都将需要多种技术。

      Buckland说,人们质疑是共址部署太阳能+储能项目的规模能否与核能发电设施进行竞争,特别是因为目前Lightsource BP公司的价值主张不足以采用储能解决方案对其站点进行改造。

      对于Buckland而言,太阳能+储能项目可以加入更大的能源系统。他补充说:“核能是一种重要的能源,但其电力价格并不低,但如果核电行业与可再生能源行业开展合作,我认为这将面临更多市场机会。”

      在英国石油公司宣布到2050年将实现碳中和之后,最近在净零排放方面尤其受到关注。到目前为止,该公司还没有提供如何实现净零排放的细节,但表示将必须从根本上进行重组。

      Buckland说,英国石油公司将不得实现相当大的改变。他确认,这将涉及太阳能和储能项目部署,但在过渡期仍有许多有待发现的地方。他说:“总体而言,减少碳排放量对于英国石油公司来说是一个重要的旅程,其中需要部署大量的可再生能源发电设施和储能系统。”

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    • 编译者:guokm
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    • 传统能源公司态度发生大逆转,BP公司发布的2020版世界能源展望报告,将光伏列为未来最主要的能源。 新能源革命是大势所趋 2020年9月22号中国庄严宣布碳达峰、碳中和时间表,吹响了全球能源转型的号角。日韩、欧盟、巴西、智利等国家也已经明确立法或宣誓碳中和。2020年12月12号是巴黎协定5周年,下一届美国政府也将重返巴黎协议。 遏制碳排放,共建美好家园,新能源革命是大势所趋。同时,超大型的企业,尤其是传统能源企业像BP、壳牌、国家能源集团、上海电气也在加速绿色战略转型。在此背景下,传统能源企业加速向新能源企业转型,松下计划,在2021年将其与特斯拉的合资工厂Giga factory 1扩产10%至39 GWh,并考虑与挪威国家石油公司(Equinor)、挪威海德鲁电解铝厂(Hydro)在挪威新建一家大型合资电池工厂。上海电气电站集团与国轩高科成立上海电气国轩,主攻储能及动力电池方向。 传统能源公司态度发生大逆转,BP公司发布的2020版世界能源展望报告,将光伏列为未来最主要的能源。在未来20年,明确的技术路线表明人类要摆脱化石能源依赖,人类有史以来第一次真正有机会实现能源自由,新能源也将成为最便宜的能源,这将会诞生一堆伟大的公司和机会。汽车、工程机械,船舶等典型能耗大户,都在全面往电动化转型。狂飙的新能源汽车资本市场:Tesla,蔚来nio为代表的新能源汽车股直线狂飙,尤其以nio蔚来为例,一年多时间涨幅超过40倍,新能源汽车的局面从濒临死亡迅速扭转,蔚来的“斌哥”从2019年“最惨的人”成为2020年资本市场最受青睐的哥。 资本市场不缺传奇,缺乏洞见和超前思维。 新能源车风景独好 新能源汽车走了一把180度逆转行情,Tesla市值超过8000亿美金,远远超过丰田+大众+宝马+奔驰+福特+通用的总市值;nio蔚来,比亚迪也接连市值超过奔驰,全球汽车市值排名前十企业,中国独占三席。几年前传统势力还是非常傲慢,Tesla是不放在眼里的,更别说其他造车新势力了,今日传统势力的市值连新势力的尾灯都看不到了。因果其实早已种下,昔日柯达,诺基亚的故事反复登场,套用股市经典的理论就是历史会重演;传统势力尾大不掉,决策缓慢,效率低下,没有创新土壤,也很难包容失败,内卷十分严重。 全球汽车行业2020年销售车辆约9000万辆,其中约2000万辆为商用车,约7000万辆为乘用车。以中国市场为例:中国2020年全年汽车销售约2600万,其中约2100万辆乘用车,500万辆则为商用车,分为轻卡,中卡,重型卡车。Tesla,NIO蔚来等专注于乘用车市场,斯堪尼亚,解放等则专注于商用车市场;2020年中国市场重型卡车销售突破160万辆,增幅和产量均大幅领先全球,保有量达到850万台,轻卡、中卡保有量超过2000万台,合计接近3000万台。 2020年中国新能源汽车市场格局,动力电池出货量预计66GWH,其中乘用车预计消耗50GWH,出货量为百万台级别,后续增长每年约30-50%;轻卡及大巴车消耗15GWH,出货量十万台级别,后续几乎无增长,略微下滑;电动重卡及工程机械约1GWH,出货量千台级别,后续将成指数级增长。随着电池产量扩大及成本的继续降低,基于完全市场化且想象空间巨大的储能及重卡,工程机械的电动化处于爆发的前夜。 电动重卡大有未来 储能及重卡、工程机械市场空间测算:重卡保有量超过850万台,适合于电动化的场景为大宗物资运输,建筑砂石料,煤炭,铁矿等大宗商品运输。该场景传统车辆排放标准低,150公里运输范围内,超过100万辆,单车配置电量约为300KWH度电,100万辆全部替换需要300GWH锂电池。 工程机械保有量超过800万辆,其中装载机约200万辆,挖机约200万辆,叉车350万辆,其他约100万辆;装载机,叉车的电动化率可以超过80%,装载机配置电量为2-300KWH电,80%替换约400GWH锂电;叉车一般为15-30KWH电不等,80%替换约50GWH,装载机的电动化约等于叉车电动化的10倍市场空间。 重卡的电动化诞生了Nikola,市值约60亿美金(无主营收入);叉车的电动化诞生了普拉格能源(PLUG),市值308亿美金,是全球最大的叉车集团杭叉市值的近12倍,累计生产了氢燃料电动叉车约万台;电动装载机的单价也远大于电动叉车,整体市场规模约叉车10倍。对比传统工程机械巨头卡特彼勒1000亿美金的市值,工程机械领域一定会出现一个电动版Tesla,市值远超卡特彼勒,非常值得期待。 2020年全球动力电池装机量为137 GWh,同比上升了17%。前三强的市场份额集中度在提高,从2019年的62.4%升至65.2%。2021年中国市场预测:电动乘用车出货150万台,平均装备55KWH电池,约82.5GWH电池出货量;轻卡及大巴车数量略有下滑,电池装配量单车增大,则总装机量达到15GWH;重卡及工程机械突破1.5万台,平均装配电量300KWH,则总装机量达到4.5GWH,储能装机量达到5GWH,合计达到9.5GWH,中国全年电池出货量达到107GWH,较2020年增长65%。全球动力电池装机量预计为210 GWh,较2020年增长53%;2021年细分场景增长以重卡及工程机械增长最为迅猛,同比达到350%增长速度。 2025年中国市场测算,新能源乘用车突破400万辆大关,单车平均装机70KWH,总装机量280GWH;电动重卡突破10万台,单车装机350KWH,总装机量达到35GWH;装载机突破20万台,单车装机350KWH,总装机量达到70GWH,合计达到105GWH,储能达到100GWH,乘用车市场电池装机量约等于重卡,工程机械,储能;考虑到重卡,工程机械3-5年一个周期需要更换电池,乘用车10年一周期,则两大领域长期的电池使用量接近,也接近于该两大行业在燃油车时代的格局,乘用车的总体燃油量约等于重卡加工程机械。 SNE预计,2025年全球电动汽车对动力电池的需求量将达到1163 GWh,中国占比近40%,2030年将达2963 GWh。2030年猜想:考虑到时间长远,得从全社会的新能源化,电动化来看待2030年的巨大机会。2030年,以光伏+储能+氢气为代表的新能源将颠覆整个传统能源生产的格局。 这里不难看出高瓴重仓CATL、隆基后迅速引爆了锂电和光伏两大新能源基石行业的龙头企业。宁德时代市值接近10000亿,Tesla突破7500亿美金,隆基超过4000亿。 光伏+储能终将成为主流能源 全面颠覆传统能源需,实现光伏+储能综合成本低于火电,这就是高瓴重仓的理由,光伏+储能终将成为主流能源,不一定是因为它最清洁,但一定是因为它最廉价:光伏的系统成本已经降到3元/W,遥想2007年系统成本达到60元/W,13年时间,成本降到只有原先的5%;磷酸铁锂储能系统降到1.5元/wh,充放次数可以达到5000次。2025年光伏系统成本到2.2元/W,摊到25年折旧加财务成本,1500小时/年发电小时数,度电成本0.1元每度电;储能系统成本1元/WH,充放次数10000次,按15年折旧,度电存储成本0.1元每度,算上财务成本0.13元每度;光伏+储能系统成本0.23元/kw,2030年成本有望降到0.15元每度电以内,横扫所有化石能源。 2030年光伏+储能可以占领全球电力市场20%是一个大概率发生事件,约9万亿度电,按全球范围发电条件来看,平均1250小时的光伏年发电量可以期待,1GW(100万千瓦)装机量约12.5亿度电,9万亿度电,需要总装机量7200GW,地面装机占地面积约7万平方公里。预测光伏地面系统成本2025年2.2元/W(组件1元/W),2030年1.8元/W(组件0.8元/W)。截止2020年底全球光伏总装机量约750GW,未来10年新增6450GW光储系统,巨大空间足够让人心潮澎湃。 广阔空间任遨游 9万亿度电最少需要20%储能,1.8万亿度电储能,平均每天充放1.2次计算,工作按300天计算,需要1.5万亿KWH储能,需要50亿KWH储能装机量,约5000GWH。对比下2021年预测,全球储能近10GWH,保有量不超过25GWH,十年时间增长200倍,储能市场足够的波澜壮阔激动人心。 再拉回到汽车市场,2021年全球新能源汽车保有量大概率超过1000万台,中国占50%以上。2030年新能源乘用车全球保有量超过20000万台,总的装机量按每台车平均60KWH计算,约12000GWH。商用车的电动化,以重卡+工程机械为例计算,约2000万台,电池总装机量达到6000GWH。 2030-2040年将是氢燃料发展最迅速的10年,氢燃料与锂电市场并驾齐驱,届时风光储联合制氢将大行其道,传统能源企业将全面转型新能源。未来的新能源中心,会是谁?美国,中东,还是中国,需要思考。中东还有机会成为新能源的中心吗? 总结,新能源未来将用20年去改变全球能源格局,走过传统化石能源200多年走过的道路;这20年在细分的各个领域都将诞生一批足够伟大的企业。有幸参与大行业变革中,幸哉!
  • 《IEA:政府资金正在加快流向氢能创新技术》

    • 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:2020-09-29
    • 中国产业发展促进会氢能分会获悉,IEA日前发布《2020年能源技术展望》报告(以下简称“报告”),报告特别对包括氢能在内的清洁能源创新技术加速发展作出评估,明确了加快清洁能源创新的重要性,可使全球有最好的机会实现能源和气候目标,包括净零排放。 报告认为,为实现《巴黎协定》等全球应对气候变化减排目标,仅依靠当前所使用的技术不足以使世界实现彻底脱碳。虽然已有越来越多的政府和企业承诺未来几十年内实现二氧化碳净零排放,但这些承诺与清洁能源技术目前的状态之间还存在明显脱节。IEA表示,如果不加快能源创新,净零排放目标将无法实现。 虽然能源效率的提升和可再生能源规模扩大是实现气候目标的根本,但对于众多难于脱碳的高排放行业仍需要使用其他技术,这些行业包括航运、重卡、航空等远距离交通领域和钢铁、水泥、化工等重工业领域。报告指出,这些部门的脱碳将在很大程度上要求开发尚未使用的新技术,比如氢能。 根据IEA的评估,在可持续发展情境中,预计到2070年,已在市场大规模商业部署的成熟技术所实现的二氧化碳减排量仅占全部减排量的1/4,处在早期应用阶段的技术实现的碳减排量占比达40%,另有近35%将由尚处于原型或示范阶段的技术来实现。 报告认为,处于原型或示范阶段的新技术主要来自四个方面,包括电气化、氢及其衍生燃料、二氧化碳捕捉和生物能源。这些新技术将作为关键组成部分共同构建一个更清洁、更具弹性、净零排放的未来能源系统。 IEA强调,新技术将为政府、工业和清洁能源投资者提供的巨大的机会。到2040年,对目前仅处于原型或示范阶段的技术的年平均投资总额约为3500亿美元,到2060年达到近3万亿美元。 低碳氢亟待商业化开发 报告指出,使用低碳氢和氢基燃料是实现净零排放的主要途径之一。不过,在将氢能价值链的所有步骤商业化的过程中尚面临众多技术挑战。 IEA认为,目前的低碳氢价值链中,氢的生产、运输、储存和应用所需的各项技术都处于不同的成熟阶段,并面临特定的技术问题(图1)。 图1 低碳氢价值链技术水平 低碳制氢环节来看,目前商业化所能使用的技术中,电解制氢工艺的先进程度尚不如使用具有CCUS的天然气制氢工艺。而应用环节中,除了在炼油和化工生产中的传统应用外,目前低碳氢的使用受到了商业化技术的限制,仅限于轻型车辆、建筑供暖以及配电系统中的发电。报告强调,氢很大一部分潜在需求的释放仍需要氢及氢基燃料在钢铁和重型运输等领域商业规模的示范和部署。 整体来看,低碳氢价值链上大多数需要的技术仍只处于示范或原型阶段。长期的政策支持和持续的研发与示范仍相当重要。 氢能价值链创新呈现良好势头 氢能技术在2019年呈现出较好的发展势头。报告指出,以水电解为主的制氢设施装机达到了25兆瓦以上,其中日本福岛部署的10兆瓦水电解制氢装置,是2010年以来所有同类项目平均装机规模的20倍。而未来几年,还将有数百兆瓦规模的大型电解制氢工厂投产。 主要受到亚洲市场需求激增的推动,2019年燃料电池汽车保有量相比2018年几乎翻了一番。加氢站也正在全球范围内扩张,2019年增速达20%。报告同时显示,法国和意大利最近进行了分别高达20%和10%-29%的天然气管网掺氢的示范和中试试验,而瑞典即将开始运营一个大型中试工厂,使用电解氢钢铁生产工艺。 IEA研究表明,政府资金在加快流向氢能创新技术。2019年全球公共能源研发支出增长3%,达到300亿美元,低碳能源技术约占其中的80%。在中国,2019年能源研发中的低碳部分增长了10%,特别是在能效和氢气方面的研发增长很大。在欧洲和美国,两个经济体的公共能源研发支出都增长了7%,高于最近的年度趋势。 中国科技部的“国家重点研发项目”在2019年将约6500万美元分配给可再生能源和氢气。在欧洲,“燃料电池和氢气联合项目”将公共和私人资金联合起来,协调每年超过2亿美元的支出,参照该项目,欧盟和成员国正在重新努力进一步协调研究资金。在日本,2020年1月发布了新的“环境创新战略”,突出了多达39个优先能源技术领域,新增了零碳钢方面的新优先事项。 企业能源研发的增长在向可再生能源领域倾斜,可再生能源领域的公司在2010年至2019年期间的研发支出增长了74%,但水泥和钢铁等缺乏商业化深度脱碳解决方案的行业,在研发上的支出不足。2019年中,一些主要工业企业做出了实现净零目标的承诺,以企业或私人资金为主,已有十多个项目正在开展前期设计工作,包括欧洲的H2.50、H21、Hynergy和Nort H2等项目以及加拿大的圣丹斯(Sundance)氢能项目。 报告称,2019年风险投资保持强劲,投资额达到40亿美元,清洁能源技术初创企业的行业和国家更加多样化,氢能和储能增长最快(图2),美国、欧洲和中国在全球能源风险投资活动中的份额有所增长。 图2 能源技术初创企业的全球早期风险投资交易 加速技术创新 早日实现净零排放 报告模拟了不同速度的技术创新情景对全球脱碳的影响。IEA指出,在加快创新的情况下,到2050年,目前处于原型或示范阶段的技术所节省的二氧化碳将比可持续发展情景下高出75%以上。这要求今天处于示范或大规模原型设计阶段的关键清洁能源技术最迟在六年内推向市场,比可持续发展情景下的速度快了一倍。 在这一情况下,与可持续发展情景相比,2050年全球对氢和氢基燃料的需求将增长近25%,其中大部分需求来自工业和运输部门。这意味着从现在到2050年,平均每个月安装两座新的100万吨氢基钢厂,这一速度是可持续发展情景下的两倍多;平均每个月投入使用的氨燃料大型船舶超过60艘,也达到可持续发展方案中部署速度的两倍。 IEA在报告里提出了缩短技术创新周期和实现净零排放的五个关键原则,包括:一、区分轻重缓急,跟踪调整;二、提升公共研发和市场主导的私人创新能力;三、解决价值链上的所有环节;四、打造赋能基础设施;五、在全球范围内为区域成功而努力。 在创新速度下降的情况下,商业化应用前的氢能技术示范项目会延迟,处于早期应用阶段的氢能技术部署也会放缓,IEA认为,这将导致2030年和2040年的年度氢气需求分别减少9%和12%。交通运输业的氢气需求降幅最大,与可持续发展情景相比,2040年的氢气需求将下降近1200万吨。另外,用于制备绿氢的电解槽的部署也将放缓,预计到2030年,与可持续发展情景相比,氢电解槽等关键技术的资本成本将上升近10%,这将带来一系列问题,增加投资挑战和融资成本,削弱该行业以所需速度扩大生产的能力。 氢将重塑未来清洁能源体系 新冠肺炎疫情为氢能发展带来了不确定性。IEA一项调查显示,正在开发净零排放技术的公司普遍认为研发预算可能会减少,而氢能在新技术体系中所受影响最小(图3)。 图3 新冠肺炎对清洁能源创新的预期影响调查结果(2020.5) 不过,IEA在报告中强调,新冠肺炎危机对清洁能源技术创新既是风险也是机遇。它为各国政府提供了一个千载难逢的机会,重新安排和促进创新。多个国家目前正在制定大规模的经济复苏计划,为各国政府提供了一个支持清洁能源创新工作和加快技术进步的机会。 报告显示,因为疫情影响,一些氢气项目宣布推迟。但有更多国家、企业和机构确认了氢能技术发展计划。德国和挪威等几个国家的政府在6月初宣布了他们的氢气发展战略,并做出了坚定的承诺,开发完全基于电解氢的钢铁生产工艺的HYBRIT项目几大钢铁巨头也于2020年6月确认了其承诺,工业规模示范工厂将在2023年开建,最早2026年投产。 近几个月来,促进氢相关技术创新的新举措也层出不穷。澳大利亚承诺提供3亿澳元资金支持氢能项目。下一代欧盟计划(Next Generation EU plan)将对氢气技术的投资视为支持经济从新冠肺炎危机中复苏的工具。而来自能源和运输部门的六家丹麦公司已经宣布共同努力开发用于长途运输和重工业的氢基燃料,首批项目将于2023年开始运营,今年4月,戴姆勒等几家汽车制造商宣布计划开始生产重型公路车辆用燃料电池,ABB也准备与合作伙伴联手开发适用于远洋轮船的兆瓦级燃料电池系统。 IEA在报告中强调,新冠肺炎疫情后各国的经济复苏措施为包括氢能在内的新技术的创新提供了新的机会,从长远来看,氢将重塑未来,走向更清洁的能源。