2024年11月06日

定位氢燃料电池重卡推广应用方向 落基山研究所发布《以工业场景为基础的氢燃料电池重卡可行性及实践案例》报告

2024年10月23-25日,由绿色能源产业促进会、GEA氢能产业研究院、长三角(浙江)氢能产业技术联盟、嘉兴市长三角氢能产业促进会联合主办的第六届亚洲氢能产业发展论坛在杭州成功召开。大会以“氢能助力能源绿色转型”为主题,旨在探索如何在当前氢能产业体系已初步建立的基础之上,加速氢能的规模化应用,来自相关政府部门、科研院校、国际机构、领头企业的行业专家围绕燃料电池技术的最新突破和商业化路径探索、氢能储运技术的发展趋势等前沿话题展开了深入交流和分享,并就燃料电池产品在全球市场的准入标准、液氢储运加注技术等议题进行了讨论。

落基山研究所受邀与会,并同期发布《以工业场景为基础的氢燃料电池重卡可行性及实践案例》报告。报告从氢燃料电池重卡的适用场景和特点特性出发,结合晋南钢铁与佛山市两个案例中氢能重卡车队的实际运行情况,从碳排放和成本经济性两个角度对氢燃料电池重卡当前推广应用的现状和效果进行了分析,并据此定位了氢燃料电池重卡推广应用的主要挑战,初步梳理了相应的解决方案和应对措施,为重卡的零排放转型进一步厘清了技术路线和适用场景。

重型卡车是我国道路交通碳排放的最主要来源之一,使用新能源替代传统柴油是实现其零碳转型的重要解决方案。其中,氢燃料电池重卡以其更高的运载效率和更强的续航能力等优势,在长距离干线运输场景的减排中承担了重要角色。2020年和2021年,国家发展改革委、国家能源局等部门先后发布了《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》、《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》等文件,明确我国氢燃料电池汽车市场将以中远途、中重型商用车辆为推广重点,建立了燃料电池汽车城市群,并提出“2025年燃料电池汽车保有量达到约5万辆”的目标。在政策和市场的支持下,预计到2030年氢燃料电池重卡在部分运输场景下可实现与柴油重卡成本经济性持平,2050年在长途干线运输场景下实现全面规模化推广应用。

会议包括主论坛、领袖圆桌对话、燃料电池核心技术进展及多场景商业化应用专题分论坛、绿氢绿氨绿醇产业发展现状、机遇与挑战专题分论坛等主要环节。绿色能源产业发展促进会会长、氢能产业研究院院长周元为大会致辞。挪威技术科学院院士、浙江大学教授白勇,德国国家工程院院士、国家电网特聘专家雷宪章,澳大利亚工程院院士、广东佛山仙湖实验室战略科学家程一兵,国网能源研究院能源互联网所综合能源研究室主任张宁针对如何打通氢能产业发展堵点、氢电耦合发展模式等话题发表主旨演讲。此外,“AsiaHFC第六届亚洲氢能与燃料电池技术应用展览会”、“第二届绿氢绿氨绿醇技术装备展览会”活动同期举行。

落基山研究所交通项目总监刘琦宇代表机构参会并分享机构研究成果,“当前行业普遍认为工业副产氢是一种廉价、低碳的氢气来源,能够支撑氢燃料电池重卡的应用。但从实际结果来看,大多数氢燃料电池重卡项目在承担高昂成本的同时依然未能实现减碳。这一现状的根本原因在于副产氢不是能够灵活调节产量的氢气资源,在氢气市场供需紧张的情况下,挪用副产氢与增加灰氢的使用量并没有本质区别。未来,氢能重卡行业需要在依托工业场景发展的基础上,注重与其他工业用氢场景的协同发展,逐步提高绿氢在燃料中的占比,以此改善氢燃料电池重卡的竞争力与可行性。”

落基山研究所同期发布《以工业场景为基础的氢燃料电池重卡可行性及实践案例》报告(以下简称“报告”),系统分析了氢燃料电池重卡的特点和推广应用遇到的主要挑战。在当前技术发展阶段和市场环境下,由于氢特别是绿氢的供给能力相对有限且成本较高,氢燃料电池重卡面临成本经济性较差、氢气供给能力有限、加氢基础设施布局不完善以及碳减排效果有待明确等痛点。

针对上述问题,为了摸清氢燃料电池重卡实际性能,以便未来加速推广应用、精准定位适用场景,报告从成本经济性和碳排放两个维度,对晋南钢铁和佛山市两个氢能重卡应用案例的制氢、储运、加注三个环节进行了系统性分析,衡量了车辆在两个案例中的应用表现,解析了影响车辆成本经济性和减排效果的关键因素,对氢燃料电池重卡未来推广应用的方向和重点行动方案建议进行了总结和提炼。

报告认为,当前氢燃料电池重卡在技术和性能上已具备完成工业场景中短途运输的能力,但在成本经济性和碳减排能力上仍存在较大提升空间。在无补贴和奖励的情况下,氢燃料电池重卡的成本经济性距离传统柴油重卡存在一定的差距,在购置成本和燃料成本上都存在显著劣势,需要进一步削减成本;而碳排放方面,以灰氢和副产氢为主要原料的氢能重卡依然存在高碳排放的问题,只有在十分苛刻的技术和市场条件下才能实现减排。

成本经济性方面,在两个案例中,相比于其他重卡类型,氢燃料电池重卡都没能展现出优势。研究通过收集实际车辆运行数据,结合场景下的运行需求测算得出,在相同的运输场景下,燃油车和纯电重卡都能够实现更低的运行成本。氢燃料电池重卡不仅购置成本更高,且氢气成本也高于燃油,导致车辆行驶里程越长,成本的劣势越大。研究计算,只有当氢气终端价格低于22元/kg时(即到站价格低于12元/kg),氢燃料电池重卡才能在运营成本上优于柴油重卡,从而有希望通过运营成本的优势弥补购置价格的劣势。目前无论是绿氢,还是副产氢,距离这一成本目标都仍有较大差距。

碳排放方面,氢燃料电池重卡的碳排放水平主要由氢气的来源决定,不仅与氢气的生产方式有关,也与当地氢气市场的供需情况有关。此前,市场中主流的计算方式只关注氢气的生产方式,例如利用甲醇裂解生产的氢气碳排放大约为21.6kg CO2 /kg H2 ,利用天然气重整生产时碳排放约为13.2 kg CO/kg H2。按此方式计算,副产氢是一种低排放甚至零排放的氢气种类,主流氢燃料电池重卡项目也普遍使用副产氢作为主要燃料。

佛山不同氢源的成本与碳排放值估算

尽管行业内目前尚不存在氢气碳排放核算标准和普遍认可的碳排放计算方法,但从系统整体的角度来看,氢燃料电池重卡使用副产氢作为燃料能够减少车辆行驶过程中的排放,然而新增的氢燃料电池重卡有可能会挤占其他原有用氢项目的资源。尤其在供需关系较为紧张的氢气市场中,被挤占的项目会转而增加新的氢气生产需求,进而产生新的碳排放。因此氢燃料电池重卡的碳排放水平应当由系统整体的碳排放增加值决定,而非由车辆本身用氢的碳排放决定。以佛山为例,由于当地氢气市场处于紧平衡状态,引入氢能重卡应用后,当地不得不增加氢气生产,加大了天然气重整、甲醇裂解制氢产量。以此计算,氢燃料电池重卡即便使用副产氢,仍然很难实现实际减排效果。

从系统层面上,氢能重卡会导致新的氢气生产,产生额外碳排

佛山氢燃料电池重卡与其他重卡类型碳排放对比

 

综合上述因素考虑,工业场景仍然是当前实现氢燃料电池重卡推广应用的最适宜的场景,其较短的运输需求、明确的政策管理要求、较充足的氢源供给等都为氢燃料电池重卡提供了宝贵的发展机会,能为未来氢燃料电池重卡向全运输场景扩展、实现规模化推广提供重要基础。

未来,氢燃料电池重卡的发展重心将主要围绕在解决车价、氢价昂贵,氢气供给不足等问题上。报告认为,能够在保证低碳的前提下解决氢价和氢气供给问题的技术路线只有发展绿氢一条,目前的副产氢和网电电解水制氢等技术手段或者存在供给总量有限的问题,或者碳排放高于传统燃料,都无法满足氢燃料电池重卡的长期需求。而使用绿色电力制得的绿氢不仅在成本上有实现与柴油平价的潜力,在规模上的限制也较小,是氢燃料电池重卡发展的必要条件。

为了进一步推动氢燃料电池重卡的发展并促进重卡行业的零碳转型,报告提出了以下政策及产业发展建议:

·研究制定以工业场景为基础、逐步向中长途货运场景拓展的氢燃料电池重卡推广应用路线图是加速其推广应用的核心;

·持续跟进相关配套激励机制,增强氢燃料电池重卡的综合竞争力;

·在完善氢燃料电池重卡车辆相关配套激励政策的同时,从工业行业的角度提供更多减排目标和促进机制有助于提升企业使用氢燃料电池重卡的积极性;

·稳步推进绿氢产业发展,逐步降低绿氢成本并提升供给水平;

·持续强化绿氢及其产业链的发展并优化布局氢气“储、运、加”基础设施体系是增强氢燃料电池重卡综合竞争力的重要支撑。

落基山研究所常务董事兼北京代表处首席代表李婷在会议致辞和总结中表示,“氢能是继电气化之后最有发展潜力的零碳转型技术之一,氢燃料电池重卡技术不仅为重卡货运提供了可行的减排手段,同时也承担着探索氢能产业发展路线、初步搭建氢能相关基础设施、为氢气进一步应用于工业、交通、储能等其他关键领域打好基础的重要责任。结合我国工业优势和清洁能源技术优势,氢燃料电池重卡很可能成为氢能产业的突破口。在此背景之下,落基山研究所持续追踪氢燃料电池重卡发展动态、深度关注技术进展,借此机会分享研究结论,以期与行业共同推进重卡转型进程和氢能产业发展。”