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报告

绿氢崛起之路:制储运加终端全解,开启能源变革新篇

买大小平台 2025-04-09 10:12 来源:买大小平台赚钱网站 产业研究大脑

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    当前,全球范围内绿色甲醇项目如雨后春笋般涌现,各国政府和企业纷纷加大投入,推动绿色甲醇技术的研发与应用。据估计,到2030年,全球绿色甲醇的产能有望突破千万吨级别,成为推动能源转型和实现碳中和目标的重要力量。中国作为全球最大的甲醇生产和消费国,也在积极推动绿色甲醇产业的发展,出台了一系列支持政策,鼓励企业加大研发投入,提高技术水平和市场竞争力。

    中投产业研究院发布的2025-2029年中国绿色甲醇行业投资分析及前景预测报告基于最新的市场数据、技术进展和政策信息,全面分析绿色甲醇行业的发展现状和未来趋势。报告将重点探讨绿色甲醇的供需现状、制备技术、上游原料、下游需求市场、产能布局以及政策法规等方面,分析绿色甲醇产业的发展潜力和市场前景,并提出相应的政策建议和企业发展策略。

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    一、绿氢制备

    电解水制氢是绿氢制备的主要方法,是指水分子在通电条件下分别在阴极、阳极发生电化学反应生成氢气与氧气的过程。根据反应环境的不同,可分为碱性和酸性电解水制氢,电极反应如下(其中φ为标准电极电势)。

    基于电解水制氢的基本原理,通过器件组装、优化与管理可实现规模化绿氢生产。目前,碱性电解槽与质子交换膜(proton exchange membrane, PEM)电解槽已经实现商业化:碱性电解槽是现阶段经济性、产业化程度最高的技术,但存在能耗较高、占地面积较大等缺点,隆基氢能、天合元氢等龙头企业已经实现制氢直流能耗小于4.3kWh/SCM(SCM表示标准立方米);PEM电解槽有更高的制氢效率与更小的占地面积,但阴阳极贵金属用量较多,导致制氢成本较高,为碱性电解槽的3~5倍。中船派瑞氢能、赛克赛斯、国氢科技长春绿动、阳光氢能和鹭岛氢能在PEM制氢领域现处于领先地位。碱性阴离子交换膜(alkaline anion exchange membrane, AEM)电解槽兼具碱性电解槽与PEM电解槽的优点,具有更高的电流密度和响应速度,能量转化效率更高,同时其可以使用Fe、Ni等非贵金属作为催化剂,制氢成本有望降低,但存在化学、机械稳定性问题;目前国内在AEM制氢领域布局的企业相对较少,典型企业有北京未来氢能科技、稳石氢能科技、北京中电绿波科技有限公司,其中北京中电绿波科技已研制出10SCM/h氢气产量AEM离子膜电解槽。固体氧化物电解槽(solid oxide electrolysis cell, SOEC)为全固态结构,系统运行稳定,在高温下具有良好的热力学与动力学表现,这带来了更大的电流密度与制氢效率,但适应高温工况的相关技术参数还需要进一步完善,高温下的材料腐蚀也是巨大挑战;2023年4月25日,上海翌晶氢能科技有限公司研发的国内首条SOEC电解水制氢电堆自动化生产线正式投入使用,年产能可达100MW。

    二、绿氢储运

    储氢是绿氢体系中的关键环节,它打破了氢能利用在时间与空间上的局限性,有效地解决了生产与消费之间不匹配的问题。高压气态储氢技术成熟,其中车载储氢瓶正从35MPa向更高容量的70MPa转变。管道运输分为掺氢管道与纯氢管道:前者利用现有煤制气或天然气管道,可降低经济成本,目前国家管网集团组织开展的掺氢天然气管道工程试验掺氢比例最高达30%;后者氢气运输效率更高,国内纯氢管道储氢设计压力普遍在4MPa左右,目前在建的乌兰察布-京津冀氢气输送管道项目的设计压力提高到6.3MPa。液态储氢对运输距离不敏感,适配国内长距离运输情况,但碍于技术困难,我国企业布局较少,仅少许液氢被应用于航天与军事领域。固态储氢技术提升较快,氢枫(中国)与宝武镁业的镁基固态储氢材料已进入项目试验阶段,然而离实用化仍有距离。有机液体储氢方式储氢密度高、安全方便,但脱氢过程需要消耗大量能量。中氢源安公司成功实现了将二苄基甲苯作为一种可行的有机液载体用于储氢。液氨运输成本低且本身可作为无碳燃料使用,但氨与氢之间的转换过程中有大量损耗,现阶段具有较大发展潜力。普通甲醇可通过煤炭制备,期间产生的二氧化碳作为碳源和绿氢反应,借助可再生能源供能转为绿色甲醇,两者结合可减少碳排放,是备受关注的“碳中和”路线。地下储氢利用盐穴、含水层、枯竭油气藏等特殊地质环境进行高纯度氢气存储,具有存储规模大、周期长、成本低以及安全性高的特点,距离大规模应用还需要完善相关管理、安全等标准规范。

    三、绿氢加注

    加氢技术是绿氢产业的重要核心,具有连通上游制氢和下游用氢的枢纽地位。加氢站是加氢技术的重要应用场所,其中主要设备有压缩机、高压储氢瓶组、加氢机,按种类可分为固定式、撬装式、移动式3种加氢站,氢气来源可分为站外与站内供氢2种方式,加氢方式可分为气体加压、液化加注、固体释氢加注3种。截至2022年底,我国已累计建成加氢站358座,加氢站数量位居全球首位。目前我国以固定式、站外供氢、气体加压式为加氢站主流加注方式,其他类型加氢站还处于实验室研究或试点阶段。相较于外国主流70MPa加注技术,国内加氢站以35MPa加注技术为主、70MPa加注技术为辅,其中储氢压力容器、加氢机、氢压缩机等核心装备实现部分国产化,随着相关技术发展,站内供氢、储氢和加氢一体化加氢站将成为主要发展方式。截至2024年3月,中国石化加氢站在国内占有率在30%左右,基本覆盖“3+2”氢燃料电池示范城市群,加氢站的加氢能力已达2万t/a,氢气加注量年增长率连续3年超过100%;同时,中国石化已掌握分布式电解水制氢、天然气制氢、甲醇制氢和氨制氢全套的站内制氢技术,相较于之前的用氢方式,成本降幅达60%,建设的加氢站部分指标达到国际一流水平。

    四、绿氢终端

    终端应用是绿氢产业的最终目标。氢能可与热、电等多种能量形式进行转换,同时绿氢也是重要的工业原材料,它的应用是绿电的延伸,在化工、储能、交通等领域发挥重要作用。

    在化工领域,绿氢耦合碳捕集二氧化碳/生物质二氧化碳生产绿色甲醇,或结合空分氮气生产绿氨,可形成低碳乃至零碳基础化工原料,帮助传统化工实现清洁生产;在储能领域,绿氢可作为储能介质在电力系统的源端发挥调峰作用,促进波动性电源的平滑上网,同时离网式“电-氢”耦合能源系统能为海岛、荒漠等偏远地区实现稳定供能;在交通领域,氢内燃机或氢燃料电池可直接为交通工具提供动力,同时也可采取氢氨或氢醇联动的方式间接为交通工具提供动力。相较于纯电动汽车,氢能汽车在载重、续航等方面具有一定优势。绿色甲醇相比于液化天然气与传统燃油等燃料,是在满足船舶动力输出功率和低碳需求下的主要替代方案。

    作为绿氢利用的重要方式,氢燃料电池的研究正不断推进。如下表所示,碱性、酸性、熔融碳酸、直接甲醇燃料电池技术各有优势,在产业上有较成熟应用,功率与使用寿命已达到国际先进水平;而固体氧化物燃料电池与PEM燃料电池作为新一代氢燃料电池,有更优越的性能,但存在成本较高等缺点。为促进燃料电池汽车产业的可持续发展,国家推出氢燃料电池汽车示范城市群政策。依托京津冀城市群,北京市开展燃料电池汽车示范应用项目,组建了氢燃料汽车“示范应用联合体”,目前已经涵盖三一汽车、厦门金龙、北汽福田等行业领头企业,在重型运输、物流货运、公交通勤等应用场景开展整车示范推广模式。


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