“人类能源的发展进入到新的阶段,太阳能是碳能源的能量密度的3000倍。”

 

“碳中和已经成为共识,今后三四十年的能源转型已经是确定性事件。”

 

“如果光伏发电能做到1毛钱一度电,电解水制氢的成本会比现在煤制氢的成本还低。”

 

“很多人不知道,今天钢铁冶炼的二氧化碳排放在中国排在第一位。”

 

“到深度脱碳的环节,氢能的引入,特别是绿氢的引入,才能够真正脱碳。”

 

“绿氢的成本高度依赖政策,比如当地的利率水平和碳价,对绿氢的成本起至关重要的作用。”

 

以上为36日隆基股份创始人李振国在隆基氢能《绿氢讲堂》上针对绿氢的现状和未来发表的精彩演讲。

 

碳中和已经成为了全球共识,能源转型也已是大势所趋。作为新能源的光伏、风电、氢能,以及相关的电力设备行业,在资本市场广受追捧,过去两年A股市场新能源赛道的火热场景,真切地演绎了这种变革带来的冲击。

 

我们持续关注碳中和领域,跟踪能源体系的变革,以及变革过程中各行业的发展变化。以下为演讲视频及精要。

 

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1、人类能源发展可以分为哪几个阶段?

 

最早的人类使用的是柴薪能源,这种能源燃烧值低,但分布比较广,也比较易得。后面发展到煤炭,煤炭能量密度比较高,燃值也比较高,为人类的工业发展做出了很大贡献。再往后发展到石油,变成了一种液体燃料,在储运方面更为便利。

 

石油、煤炭是化石能源,是地球积淀了很多亿年的碳沉积,现在挖出来烧掉,带来了大量的二氧化碳排放,对人类生存的环境和气候影响巨大。

 

今天人类能源的发展又进入到新的阶段。新能源的发展以风电、光伏这些可再生的清洁能源为主,特别是太阳能光伏的发展,资源无限。地球荒漠面积的百分之一装上光伏,发出的电量是目前全球使用的总电量。克拉玛干沙漠面积的四分之一装上光伏,发出的电量是今天全中国的用电量。如果把塔克拉玛干沙漠全装上光伏,发出的电量够全球使用。

 

同时,光伏发电是硅基能源,从石英矿到工业硅到多晶硅,再到单晶硅的拉棒、切片,再做成太阳能电池片,形成组件,最后进行电站的安装,整个全过程直接的能耗是0.4度电/瓦。追踪到矿石,比如安装用到的支架、钢材的能耗全算上,供应链上的运输也算上,折合到一瓦上,也就是一度电。

 

但是,在太阳能自己的生命周期里面,在一般的光照资源条件下,一年能发1.5度电,30年的生命周期里能发45度电。太阳能是一种基于硅基基础,通过太阳光能量,把自身消耗的一度电转化成45度电,大概是碳能源的能量密度的3000倍。

 

所以,硅基能源是人类未来能源发展的一个很好的能源。人类社会的发展,今天碳中和已经成为共识,今后三四十年的能源转型已经是确定性事件。目前正在由碳基能源向硅基能源转化的路上,未来还会有绿氢的注入。

 

2、光伏成本降低对氢能发展有什么作用?

 

光伏发电的成本降低对氢能发展史有很重要的作用。十几年前,光伏发电还要十几元一度电,但是今天光伏发电在全球绝大多数国家和地区已经成为当地最便宜的电力能源。技术成本只有几分钱一度电。

 

建设光伏3块多钱一瓦,一般的地区三十年的生命周期里能发50度电左右,折旧成本只有6-7分钱,加上1分钱的运维成本,就是7-8分钱一度电。

 

但是世界各地的非技术成本构成不一样,导致全球实际上网电价不同。举个例子,去年上半年,沙特阿拉伯一个大型的光伏发电项目,上网电价已经到了1.04美分/度电,其实也就是不到7分钱一度电。

 

但是到中国还要两三毛钱一度电,重要的原因是非技术成本在中国比较高。中国的非技术成本主要包含三个方面,第一个是土地租金和政府税费,第二块中国是高利率国家,资金机会收益成本很高,拿6%的利息算,摊到一度电上是1215,远远高于几分钱一度电的技术成本。

 

还有一些外送通道的问题,比如项目地离主网架不管是5公里还是100公里,送出外线需要项目自己建。名义上是项目的资产,实际上是社会的公共设施。这些非技术成本的实际受益人,要么是地方政府,要么是金融机构,或者是电网,它们都参与了国家国民经济内循环里面去了。

 

低成本的光伏电力对氢的发展有重要作用。目前的作用,通过电解水制氢,一公斤氢需要50度电。如果将来能够把光伏的成本做到两毛钱的普遍成本,那就是电力作为电解水制氢的主要成本降到10块钱。

 

如果能做到1毛钱一度电,电力成本就降到5块钱一公斤氢。到那个时候,电解水制氢的成本比现在煤制氢的成本还低,不仅是在全社会绿色发展方面发挥重要作用,其经济性也完全能够成立。

 

今天全中国大概是3300万吨的消耗,这些氢绝大部分是煤制氢,还有部分是天然气制氢,称为灰氢。这些氢的获得,是以二氧化碳排放为代价。如果我们把现在中国消耗氢15%的量通过光伏这种绿电,电解水制绿氢,大概需要180GW的光伏支撑。

 

光伏和制氢无论从规模还是成本上都密不可分。

 

3、发展氢能的价值在哪里?

 

碳中和的定义是严苛的,严格来讲,只有你有相应的碳汇,才能够有对应的二氧化碳排放量。中国的森林碳汇每年只有几亿吨,其实在真正碳中和场景下,用它去综合水泥产业碳酸钙分解出来的二氧化碳都是不够的。

 

因此严格的碳中和的定义,就是到那个时候,煤炭和石油几乎不能作为能源来使用,只能作为化工原料。而中国今天的二氧化碳还有42%来自电力系统。

 

前段时间解振华主任用了另一个更严苛的口径,温室气体口径。以温室气体口径来看,来自电力系统的二氧化碳排放,只占到温室气体排放的31%。更多的二氧化碳排放或者温室气体的排放主要来自能源化工,钢铁冶炼每年十几亿吨的二氧化碳排放,水泥产业每年也是十几亿吨的二氧化碳排放。

 

还有一些未来场景,城市的乘用车、商用车,可以通过使用电动汽车,清洁的电力直接脱碳。但是远洋货轮、航空飞机没办法做到这点,因为蓄电池的能量密度太低,不能长距离为这些运输工具提供持续的电力。还有老百姓的日常生活,特别北方地区的取暖,将来也是需要引入更高能量密度的介质才能实现真正的脱碳。

 

所以到深度脱碳的环节,氢能的引入,特别是绿氢的引入,才能够真正脱碳。

 

4、绿氢在工业领域有哪些应用?

 

今天氢能在工业领域有着实际的应用,中国每年消耗3300万吨氢,这些氢主要还是在化工领域,比如煤制氢,之后进行石油炼化或者煤炭化工领域里面要添加这种氢,或者在化肥产业里制成氨。

 

这些氢的来源主要还是来自于灰氢,就是今天我们讲的煤制氢。目前的情况是,我们得到一公斤的氢,需要二十公斤的二氧化碳排放作为代价。

 

我们可以用光伏这种能源间歇式进行绿氢制取,后面再背一个储罐,就能实现间歇式制氢、连续性用氢的一种模式,如果把中国3300万吨的氢,有15%由绿电制氢替代,大概需要4万台的1000标方的电解水制氢设备。这个市场规模十分巨大。

 

5、绿氢如何应用在钢铁冶炼领域?

 

很多人不知道,今天钢铁冶炼的二氧化碳排放在中国排在第一位,每年十几亿吨的二氧化碳排放。钢铁冶炼的二氧化碳排放的原理是铁路矿石里含有氧,需要用焦炭把铁矿石里的氧置换出来,这样导致二氧化碳排放。目前来看,生产一吨的粗钢大约会带来1.4吨的二氧化碳排放。

 

中国钢铁领域的二氧化碳排放的减碳压力十分大。现在在欧洲有很多国家已经开始进行氢冶炼,日本也在进行氨冶炼的一些尝试,在这个过程中,如果我们进行钢铁冶炼的时候,通过使用绿氢、绿氨来替代现在的焦炭,我们能够大幅度减少全球的二氧化碳排放。

 

6、如何看待绿氢耦合制备合成甲醇、合成氨?

 

绿氢的获得通过绿电电解水制氢,是一个确定性的模式。但是氢在未来社会里的应用体系,今天还不完全确定。大致是三条路径。

 

第一条路径,直接使用氢。为了获得热量,直接燃烧氢,出来的副产物是水,十分清洁。还可以通过燃料电池,把氢在一些场景下转换成电,使用起来十分便利灵活。但是这个路径最大的问题,就是氢的储运十分困难。

 

第二条路径,通过绿氢跟二氧化碳或者生物质能耦合,变成甲醇或者低碳醇。优点是甲醇或者低碳醇和今天的油气体系可以共用。像油气的储槽、槽车,都是十分成熟和经济的。但是问题在于,40年以后,二氧化碳的来源是个问题。在那个阶段,没有集中式的二氧化碳排放,就没办法经济的获得二氧化碳。

 

第三条路径,现在日本、美国推崇的绿氨体系,通过用绿氢跟氮气合成氨,氨需要的氮气是空气中的主要成分,获得这种氮气十分容易。绿氨的运输储存虽然不如甲醇体系容易,但是比氢的储运容易很多。今天氨的应用场景还需要进一步建立。

 

7、绿电+绿氢模式适合在中国哪些地区率先应用?

 

绿电进行绿氢制取的模式,其实是两类模式。一类是先把绿电通过储能调节成连续能源,连续绿电进行连续制氢。还有一种是利用间歇式绿电,进行间歇式制氢。这两种模式从目前来看,间歇式制氢的经济性远好于先把绿电通过储能调节成连续性电力,再连续性制氢的经济性。

 

我国风光资源与煤化工、石油化工的分布具有较高的重合性。光伏和风电资源富集的地区,包括陆上光伏和风电资源丰富的三北地区,以及海上风电资源充足的东南沿海地区。

 

在上述地区中,三北地区是我国煤炭和石油资源富集的地区,如煤炭资源丰富的宁东、神木、鄂尔多斯、大同等。石油资源丰富的松辽、塔里木、鄂尔多斯、准尔、柴达木等地区。同时,三北地区也是我国主要的煤化工产业基地,以及重要的石油化工基地。

 

在海上风电资源丰富的东南沿海地区,集中了我国主要的石油炼化基地。利用当地优势的光伏风电资源,发展大规模电解水制绿氢,来替代石化、煤化工领域中的灰氢,形成光伏电站加电解水制氢加运输氢气的闭环模式,提升绿电+绿氢的规模应用,实现绿氢的“就地生产、就地消纳”。

 

8、一块五一方绿氢的前提是什么?

 

实现生产侧一块五一方绿氢的能力是完全可以建立起来的。最近两年光伏产业链由于不均衡导致原材料上涨,是一个短期并且阶段性的状态,随着产业资本大规模介入光伏产业链,光伏的成本一定会快速下降,每度电2毛钱的成本在一些资源丰富的地区可以实现。

 

电解水制氢每标方的氢气需要4.5度电,电力的成本可以控制在每方氢9毛钱的水平。再加上设备的折旧、运维以及相对必要的资产回报率,氢气控制到一方氢1.5毛钱的水平完全有可能。

 

9、绿氢的发展需要哪些关键要素?

 

正如绿电一样,绿氢的成本高度依赖政策,比如当地的利率水平和碳价,对绿氢的成本起至关重要的作用。在今天如果用完全的光伏跟电解水制氢的体系做一个简单的模拟设计,如果只算设计成本,折旧+运维,制取一公斤氢也就是七八元的水平,与煤制氢的成本十分接近,甚至低于煤制氢的成本。

 

但是它对利率十分敏感,如果加上5%的利率,一公斤氢的成本就变成了20块钱。利率在欧洲或者日本这些低利率的国家已经很低了,绿氢在这方面的成本比较低。

 

第二个制约因素来自于碳交易的价格。煤制氢一公斤氢气是以20公斤的二氧化碳为代价的模式,如果以欧盟的每吨二氧化碳排放收取六七十欧元的价格算,20公斤二氧化碳排放可以补偿回一公斤绿氢8块钱人民币。20块钱的成本,减去8块钱,跟煤制氢的成本又非常接近了。

 

在欧盟这种低利率、高碳价的地方,绿氢的经济性有绝对优势。中国上海碳交易所,二氧化碳定价50多元一吨,补偿到一公斤绿氢上,只能补偿回一块钱的水平。在今天来看它是远远不足的,所以还需要一些政策上的支持。

 

 

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