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光伏制氢,救了光伏,却难救氢气?

近一年来,光伏行业许多企业过得并不很顺利。上游硅料的价格从去年年初就开始猛涨,一年内翻了1.6倍。直至去年年末,高成本已经接近下游承受的极限,原

近一年来,光伏行业许多企业过得并不很顺利。

上游硅料的价格从去年年初就开始猛涨,一年内翻了1.6倍。直至去年年末,高成本已经接近下游承受的极限,原材料价格才有所下滑。

而在下游,光伏行业却涌入了众多新进公司。根据企查查的数据,我国目前现存光伏发电相关企业超过20万家,一年之内,国内共新增光伏发电相关企业4.5万家。

激烈的竞争下,熟悉的降价戏码又一次上演。去年12月开始,隆基、中环先后降低硅片价格,各产品降价幅度超过5%。

这个当口,光伏企业急需要打开新的市场空间。而氢能为光伏发电带来曙光。

这里有着新的应用场景和广阔的市场需求。目前,全球氢气需求量约6千万吨/年,如果全部由光伏发电来生产,需要超过1500GW的光伏。隆基股份产业研究专业总监白云飞认为,在未来三十年氢的年均新增需求在2000吨以上,每年需要新增约900GW光伏装机。

一股光伏制氢的浪潮席卷而来。

去年3月初,全球最大的光伏公司隆基股份杀入光伏制氢领域,吹响光伏巨头跨界制氢的冲锋号。

阳光电源、晶科能源、协鑫新能源、林洋能源等头部企业纷纷在光伏制氢上豪掷千金,包揽了制氢行业的相关技术、落地运维和产业合作。制氢已然成为光伏巨头多元化转型的重要战略布局。

那么,光伏制氢,能帮助打开光伏产业的格局吗?其未来将如何发展?

光伏与氢,“双向奔赴”

(图片来源于:heise)
  

光伏制氢正式投产的号角,是从去年年初,隆基股份率先吹响的。

2021年3月,“西安隆基氢能”在江苏无锡正式落地首台碱性水电解槽,单台氢气制备能力达1000Nm/h及以上。这家新成立的公司不仅由隆基创始人李振国直接担任董事长,还拉来了百亿私募上海朱雀基金做资金背书。

4月,隆基股份与中国石化就分布式光伏、“光伏+绿氢”等领域签署战略合作协议。

在隆基之后,光伏产业上中下游的巨头们悉数开始大规模行动。

跟着隆基后脚,国内最大的光伏逆变器公司阳光能源推出首款了大功率PEM电解槽,并签订了光伏制氢项目。

5月份,专注于下游电站业务的晶科科技紧跟着公布布局光伏制氢的消息;7月份,协鑫新能源合作设立100亿人民币的氢能产业投资基金和8亿美元的新能源产业投资基金,又与央企国企相合作出售约2吉瓦光伏电站,以支援光伏制氢;8月,下游从事智能电网计量的林洋能源宣布成立合资公司正式进军氢能。

随着光伏企业向氢能产业扩张,资本市场给出了强烈反应。2021年3月,在隆基股份宣布进军氢能的当日,氢能源板块狂涨5%左右。阳光能源的股价更是从4月一路涨到7月,涨幅超过131%。晶科科技在8月的一个月之内,股价涨幅104%。整个2021年,氢能源指数涨幅超79%,上市公司股价几乎“沾氢”即涨。

事实上,不止是光伏企业投奔氢能,原先制氢企业也直奔光伏“曲线救国”。

中石化是制氢行业独树一帜的龙头,其一年390万吨的产量,占到我国全能氢能产量的10%。常年来,中石化“灰氢”和“蓝氢”的比例都居高不下,如何拉高“绿氢”产量,光伏成了一个很好的选择。

2021年11月30日,中石化在新疆库车投产了我国首个万吨级光伏绿氢示范项目。这是国内首次规模化利用光伏发电直接制氢,项目新建的光伏发电机组容量达300兆瓦,每年能生产2万吨的“绿氢”,总投资近30亿元。

宝丰能源很早谋求产氢升级。从“灰氢”,“蓝氢”到“绿氢”,宝丰把目光放在了光伏制氢上。

2019年,宝丰成立了200兆瓦光伏发电+电解水综合项目。到2021年年初,该项目所生产的氢气已经直接并入宝丰化工体系,替代化石能源。2021年4月,宝丰能源又在宁夏建成了全球单厂规模最大、单台产能最大的电解水制氢项目。

看起来,光伏制氢是个双赢的生意。

氢能企业可以帮助光伏解决原本光伏发电的弃电问题。据2021上半年数据显示,全国光伏产业弃光约为0.6亿千瓦时,平均弃光率2.1%。相关研究预计,2年内,随着光伏制氢项目的落地,全国弃光平均弃光率有望下降到1.2%以下。

光伏企业企业则解决了氢能电解水高昂的用电成本,朝着实现全面“绿氢”更进一步。电解水制氢,电力成本要占到总成本的50%以上。而传统的工业用电电力成本在0.6 kw/h,光伏发电所得电力的平均成本仅0.16kw/h。这样低廉的价格,让光伏制氢的成本甚至能和煤炭一较高下。

环境的大背景也在引导光伏制氢。2021年以来,全国各地紧密出来氢能源相关的政策。上海、北京等10余个省份发布规划,明确氢能产业发展目标。例如,在濮阳投资3000万元以上的氢能相关设备,当地政府就给予10%补助。

政策的鼓励让光伏企业跨界更为容易,光伏制氢前景十分巨大。

制得的氢能去哪里?

(图片来源:SETO 2020同行评议全体会议报告)
  

大幅落地的光伏制氢项目,解决了光伏弃电问题,但生产的氢气何去何从反倒成了难题。

这是由于我国氢能产业结构导致的。《2020中国氢能源及燃料电池产业白皮书》显示,我国氢能产业的区域集聚效应显著,已初步形成“东西南北中”的发展格局。

具体而言,北上广及江苏是氢能源相关应用的主要地区;河北、山东是用氢大户,化工行业氢气消耗我国氢气产量的25%;四川则是可再生能源制氢和燃料电池电堆研发的重点地区。

然而,我国光伏制氢巧妙地避开了这些地方。

众所周知,大规模光伏发电要选址在平均日照长的地方,以增加光伏发电设备利用率,故西南、西北等区成了光伏发电集中地。如甘肃兰州新区的液态太阳能燃料合成示范工程项目、山西大同的中国大唐6MG光伏就地制氢科技示范项目、山西运城的阳光能源光伏制氢项目等。

这些地方原本是我国贫困地区,一度让光伏成为重要“扶贫”手段,但却不是氢能的主要需求之地。

其结果就是制氢到用氢距离遥远,运输成本高昂。

算一笔简单的经济账。

氢气储运成本能占到总成本50%以上,并且氢气的运输成本和距离息息相关。以我国氢气的主要运输方式长管拖车为例,其经济运输半径局限在200公里以内。

一台长管拖车的成本约为160万元,当运输距离100km时,运输成本为8.66元/kg。随着距离增加,运输成本受人工费和油费推动显著上升,当运输距离为500km时,氢气的运输成本达到29.4元/kg。

从西北主要光伏发电区到东部沿海城市,直线距离平均要在3000km以上,陆运的成本难以估量。

而若采用管道运氢,目前条件尚未成熟。目前,全国累计仅有100km输氢管道,且主要分布在环渤海湾、长江三角洲等地,与光伏发电制氢所在的地不匹配。

而且,管道运氢成本很大程度上受到需求端的影响,会随着利用率的下降而上升,当运能利用率仅为20%时,管道运氢的成本已经接近长管拖车运氢。

在我国加氢站尚未普及、站点较为分散的情况下,管道运氢的成本优势并不明显,这还未算上每公里超过300万人民币的管道造价。

无法达成远距离运输结果是,这批光伏发电的氢气,如何充分消纳成了难题。

警惕新一轮产能过剩

一个更加深层的担忧摆在眼前:会导致氢能新一轮产能过剩吗?

答案几乎是肯定的。目前,国内已签约光伏制氢项目超25个。其中大半建设的光伏制氢机组都超过100Mw,平均年产氢数量都在1万吨氢气之上。

部分实力雄厚的企业在制氢时,考虑到了氢气消耗的问题。如中石化投产的新疆库车绿氢示范项目时,特别建设了输氢管线及配套输变电等设施,每小时输氢能力2.8万标立方,生产的绿氢将供应中国石化塔河炼化,替代现有天然气化石能源制氢。

但大量企业受限于资金规模,难以兼顾氢能储运,无法形成体系化投产。如熊猫绿能投产了在新疆玛纳斯县开展光伏发电、光电发热、光伏制氢项目,就未设计专门的运氢用氢流程。水发集团在日喀建设50兆瓦光伏制氢项目则是只考虑了存储未考虑运输。

根据预计,2025年,光伏制氢预计年产制氢超过50万吨,如果没有系统性投产,这个问题只会日益严重。

事实上,我国氢能产业本身已初步呈现出产能过剩的状态。

在供给面,根据《中国新能源及燃料电池产业白皮书2020年》相关数据显示,目前我国氢气产能大约是4100万吨每年。这一数已经超过2030年碳达峰愿景下,氢能3715万吨的需求量。

面对扩增的产能,氢能源的需求面目前还较为狭窄。

我国氢能源主要的应用领域为工业领域,化工是氢气最大的需求行业。参考疫情前数据,2019年,我国工业消耗氢气约2430万吨左右。

同时下游氢能源应用产业单一,我国氢能源发展集中的交通领域,特别是氢燃料电池汽车产业,用氢需求很小。

根据中国汽车工业协会数据显示,2021年,全国氢燃料电池汽车生产1777辆,销售1586辆。2015年至2021年,全国氢燃料电池汽车累计产量和销量分别是9237辆和8938辆。

从新能源汽车的行业总量上看,我国2021年新能源汽车保有量达784万辆 ,氢燃料电池汽车的数量占比不到0.1%,几乎可以忽略不计。

而作为氢燃料电池的配套设施——加氢站,数量依旧稀少。截至2021年6月初,我国加氢站共建成141座。

过少的加氢站使得我国氢能产业还面临加氢焦虑。在加氢站发展不完善的西北和西南地区,氢燃料电车的加氢十分不方便,应用面十分狭小。而这些地方是大规模光伏制氢的主要阵地。

简而言之,从供需整体结构上,我国在化工、氨气和甲醇的合成、钢铁以及交通领域运用掉了90%的氢气,余下仍有10%的氢气属于“机动”的状态。

结语

根据《中国新能源及燃料电池产业白皮书2020年》展望,2060年,工业领域将占去氢能应用60%的需求,需求量约7794万吨,交通运输领域用氢将达到4051万吨,占总需求的31%。

目前,我国工业+交通领域用氢总需求不到3000万吨。高昂的储运成本,制约了氢能大规模普及。

但供给端,光伏制氢的产能竞赛已经打响。2021年,全国已有20多个省份、40多个地级市发布氢能规划,规划的产业规模达上万亿元,已建成30多个氢能产业园区。

未来必将有越来越多的企业加入到光伏制氢的行业。若要从根源上预防新一轮产能过剩,解决氢能长运输的成本问题、下游应用的配套问题,已经迫在眉睫。

(图片来源:veer图库) 

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