2021年7月,歐洲最大的質(zhì)子膜交換電解(PEM)制氫項(xiàng)目在德國(guó)科隆市萊茵煉廠(REFHYNE)投運(yùn),該項(xiàng)目裝配了由ITM Power提供的10MW級(jí)PEM電解槽,每年可生產(chǎn)多達(dá)1300噸的綠氫,同時(shí)該項(xiàng)目還將擴(kuò)產(chǎn)至100MW的第二期工程規(guī)劃提上日程。
“綠色氫氣”作為實(shí)現(xiàn)氣候目標(biāo)的新興領(lǐng)域,正成為行業(yè)焦點(diǎn)。截止2020年底,全球已有約70個(gè)在建的綠氫項(xiàng)目。大量來(lái)自政府和私人投資者的資金開始流入該行業(yè),包括傳統(tǒng)能源巨頭、裝備制造企業(yè)以及初創(chuàng)公司等超萬(wàn)家企業(yè)正在迅速切入綠氫產(chǎn)業(yè)鏈。
毋庸置疑,綠氫產(chǎn)業(yè)的確擁有廣闊的發(fā)展空間,但同時(shí)也面臨艱巨的降本挑戰(zhàn)。在氫能真正能夠成為具有成本效益的減排能源之前,仍然存在諸如技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和政策等方面的挑戰(zhàn)。氫能產(chǎn)業(yè)在制氫、分銷(儲(chǔ)運(yùn)、加注)和終端使用方面都必須做到更便宜、更高效,才具備經(jīng)濟(jì)可行性并實(shí)現(xiàn)商業(yè)規(guī)模化應(yīng)用。
2021年4月,世界知名企業(yè)管理咨詢公司Boston Consulting Group(BCG)發(fā)布了《氫能的綠色科技機(jī)遇》,詳細(xì)分析了綠氫產(chǎn)業(yè)鏈特點(diǎn),并指出了各細(xì)分領(lǐng)域的發(fā)展機(jī)遇及挑戰(zhàn)。本文結(jié)合BCG的分析,對(duì)綠氫產(chǎn)業(yè),尤其是電解水制氫產(chǎn)業(yè)的潛力、競(jìng)爭(zhēng)格局進(jìn)行梳理,希望能夠幫助有意或已經(jīng)進(jìn)入該領(lǐng)域的企業(yè)找到正確的發(fā)展方向。
綠氫產(chǎn)業(yè)鏈減排潛力巨大
氫氣可以采用多種工藝和能源制取,業(yè)界經(jīng)常以顏色進(jìn)行區(qū)分,諸如灰氫、藍(lán)氫、綠氫。其中,滿足低碳?xì)涞奶寂欧砰撝档臍錃馔瑫r(shí)滿足制備能源為可再生能源,則該氫氣可定義為“綠氫”。
綠氫產(chǎn)業(yè)應(yīng)用端減排潛力最大的領(lǐng)域?yàn)橐苯鸷徒煌ā?/strong>根據(jù)評(píng)估,到2050年,清潔氫氣通過(guò)在化工、交通、制造業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用,每年至少可減少50~60億噸的溫室氣體排放量。這一減排量約占2050年全部綠色技術(shù)減排量的15%左右。在眾多終端應(yīng)用領(lǐng)域中,冶金領(lǐng)域氫氣煉鋼、交通領(lǐng)域的地面交通燃料電池和合成燃料的應(yīng)用的減排量最大,三大應(yīng)用領(lǐng)域的年減排潛力占綠氫產(chǎn)業(yè)年減排潛力的3/4左右。
降本——既是挑戰(zhàn)也是機(jī)遇
目前可再生能源制氫主要使用電解水制氫,高成本是電解水制氫技術(shù)發(fā)展的主要挑戰(zhàn)。電解水制氫的成本比煤、天然氣使用的蒸汽重整制氫和工業(yè)副產(chǎn)氣純化制氫高出2~3倍。
電解水制氫技術(shù)主要分為堿性水電解槽(ALK)、質(zhì)子交換膜水電解槽(PEM)和固體氧化物水電解槽(SOE)三類。三種技術(shù)的原理及技術(shù)特點(diǎn)見圖表3。
電解制氫設(shè)備居高不下主要包括以下原因:
電解槽中的關(guān)鍵組件(膜、雙極)需要大量貴金屬材料。以PEM電解槽為例,目前需要使用陰極為鉑、陽(yáng)極側(cè)為銥或釕的材料。各大研究機(jī)構(gòu)正在探索如何在減少所需貴金屬量的情況下,保持設(shè)備的耐用性。
電解槽設(shè)備制造成本較高。電解槽制造所需精度高,自動(dòng)化程度低,且缺乏相應(yīng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),這使得設(shè)備的制造成本較高。
電解水制氫項(xiàng)目規(guī)模小,輔助系統(tǒng)成本較高。完整的電解制氫系統(tǒng)除了電解槽設(shè)備還需要大量外圍輔助設(shè)備系統(tǒng)(包括壓縮機(jī)、泵、緩沖罐、冷卻設(shè)施等),目前單個(gè)項(xiàng)目的電解制氫裝機(jī)容量相對(duì)較小,所需配備的外圍組件系統(tǒng)成本占比就相對(duì)較高。
降低電解槽及外圍設(shè)備的成本,和提高制氫系統(tǒng)的效率成為綠氫降本的主要驅(qū)動(dòng)力。根據(jù)BCG的測(cè)算,如果電解槽設(shè)備產(chǎn)量從每年的50件增加至1000件,通過(guò)降低材料成本并提高制造的自動(dòng)化和標(biāo)準(zhǔn)化,就可將制造堿性水電解槽設(shè)備的成本降低30~40%,并將外圍設(shè)備成本減少20~30%,這樣整個(gè)系統(tǒng)的成本將降至280~350美元/kW。而對(duì)于PEM電解槽,則需要將設(shè)備成本下降40~50%,外圍設(shè)備成本下降20~30%,才能將整個(gè)系統(tǒng)的成本降至320~400美元/kw。除了降低成本以外,提高效率也是電解槽設(shè)備未來(lái)的投資方向。例如通過(guò)改進(jìn)材料可以將PEM電解槽的系統(tǒng)效率從60%提高到70%。
降本是電解水制氫的最大挑戰(zhàn),同時(shí)也創(chuàng)造了巨大的投資空間。根據(jù)BCG的預(yù)測(cè),到2050年,全球綠氫產(chǎn)業(yè)鏈中每個(gè)環(huán)節(jié)所需的設(shè)備和組件投資總需求將達(dá)到2000億美元/年,其中電解水制氫及外圍輔助系統(tǒng)的設(shè)備及組件投資需求最高,達(dá)到500~600億美元/年,占總投資需求的1/4。
前景看好迎來(lái)眾多投資者入場(chǎng)
據(jù)統(tǒng)計(jì),全球目前僅電解槽設(shè)備的活躍供應(yīng)商就超百家,其中2/3是2020年剛剛進(jìn)入該領(lǐng)域的。另外,目前活躍的電解槽設(shè)備制造企業(yè)中,有將近半數(shù)聚焦發(fā)展PEM設(shè)備。眾多公司選擇PEM技術(shù)路線,也說(shuō)明業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)可PEM是最有前景的電解水制氫技術(shù)。
總而言之,由于氫能市場(chǎng)細(xì)分程度高,并且在商業(yè)模式、技術(shù)路線和政策支持度等方面都存在一定的不確定性,因此眾多已經(jīng)進(jìn)入或計(jì)劃進(jìn)入氫能市場(chǎng)的企業(yè)需要確保擁有核心專業(yè)技術(shù),并基于技術(shù)、市場(chǎng)、區(qū)域等多種因素綜合考慮,制定合理的市場(chǎng)進(jìn)入策略。
企業(yè)進(jìn)入綠氫市場(chǎng)的建議
目前,在氫能領(lǐng)域出現(xiàn)了眾多合作伙伴和合資企業(yè),每個(gè)合作伙伴的發(fā)展領(lǐng)域和戰(zhàn)略目標(biāo)都不盡相同,總結(jié)起來(lái)可大體分為以下四類:
優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)聯(lián)手?jǐn)U大規(guī)模。這種模式主要是相同應(yīng)用領(lǐng)域中互補(bǔ)組件制造商之間為了擴(kuò)大規(guī)模而進(jìn)行的合作。如主要生產(chǎn)燃料電池堆/系統(tǒng)以及高壓罐的EKPO FuelCell Technologies公司就是兩家汽車零部件制造商Elring Klinger和Plastic Omnium的合資企業(yè)。
能力互補(bǔ)合作,構(gòu)建完整系統(tǒng)。不同領(lǐng)域制造商還可以聯(lián)合起來(lái)利用其互補(bǔ)能力構(gòu)建完整的制造體系。一般是相關(guān)行業(yè)內(nèi)的老牌公司通過(guò)與氫能價(jià)值鏈中的零部件供應(yīng)商合作,以獲得專有技術(shù)并融合自有資源以占有一定的市場(chǎng)份額。例如,Bosch通過(guò)與Power Cell合作,將其生產(chǎn)制造的專業(yè)知識(shí)和現(xiàn)有客戶群與燃料電池的電堆技術(shù)相結(jié)合。
多方合作構(gòu)建價(jià)值鏈網(wǎng)絡(luò)。兩個(gè)或多個(gè)參與者可以形成類似財(cái)團(tuán)的合作伙伴關(guān)系,以提供價(jià)值鏈上的各種互聯(lián)產(chǎn)品。例如,氫動(dòng)力系統(tǒng)制造商可以通過(guò)與開發(fā)完整氫生態(tài)系統(tǒng)的公司合資來(lái)推廣他們的產(chǎn)品。例如Hyundai Hydrogen Mobility(Hyundai Motor和H2 Energy的合資企業(yè))與Hydrospider合作制造和租賃基于燃料電池的卡車,并為他們提供必要的加氫站基礎(chǔ)設(shè)施。
創(chuàng)建本地網(wǎng)絡(luò)。燃料電池等設(shè)備制造商可以與客戶合作建立獨(dú)立的、以本地客戶為中心的網(wǎng)絡(luò)。例如,Plug Power旨在通過(guò)其多元化的客戶群交叉銷售其H2生產(chǎn)、燃料電池和加油技術(shù)。
因此以持續(xù)穩(wěn)定增長(zhǎng)為目標(biāo)的公司應(yīng)專注于氫能產(chǎn)業(yè)鏈中最有前景的環(huán)節(jié)。尤其是具有核心技術(shù)的特定組件(例如閥門)供應(yīng)商和完整系統(tǒng)(例如電解槽設(shè)備、加氫站或移動(dòng)應(yīng)用)供應(yīng)商。而首次進(jìn)入氫能市場(chǎng)的公司則應(yīng)盡快尋找潛在合作伙伴并進(jìn)行投資或并購(gòu)活動(dòng)。
因此,氫促會(huì)建議已經(jīng)進(jìn)入氫能產(chǎn)業(yè)鏈的企業(yè),應(yīng)考慮通過(guò)兩種途徑來(lái)增加其在氫能市場(chǎng)中的份額:一方面可以通過(guò)核心技術(shù)提升,最大限度的降低成本并提高單個(gè)組件的效率;另一方面,企業(yè)可以在服務(wù)上力求卓越。目前“設(shè)備即服務(wù)”等新型商業(yè)模式正在探索中。例如,有企業(yè)計(jì)劃按小時(shí)出租氫動(dòng)力卡車,還有企業(yè)正在為配送中心運(yùn)營(yíng)商開發(fā)提供用于叉車的燃料電池及加氫基礎(chǔ)設(shè)備和服務(wù)的集成解決方案。
可以預(yù)計(jì),這些新型運(yùn)營(yíng)模式的探索應(yīng)用將為氫能產(chǎn)業(yè)注入新的活力。
評(píng)論