[أبحاث الطاقة الجديدة] مقال لفهم فرص رأس المال الاستثماري لتريليونات سلسلة صناعة الطاقة الهيدروجينية

ما مدى تأكيد الطلب على طاقة الهيدروجين

فقط عندما يكون هناك طلب معين على طاقة الهيدروجين ، سيكون لدى الحكومة والسوق الدافع لاستثمار الموارد بشكل مستمر وتعزيز التصنيع الناضج من طاقة الهيدروجين.

1. يعد تطوير صناعة الطاقة الهيدروجينية اتجاهًا حتميًا لإصلاح هيكل الطاقة

عالم اليوم مبني على أساس الطاقة الأحفورية. وفقًا لإحصاءات "bp World Energy Statistical Yearbook 2021" ، في عام 2020 ، ستتجاوز النسبة الإجمالية للنفط والفحم والغاز الطبيعي في الاستهلاك العالمي للطاقة الأولية 83.1٪. الطاقة الأحفورية هي مورد غير متجدد مع مخزون محدود على الأرض ، وقد أدت إلى ظاهرة الاحتباس الحراري بشكل متزايد ومشاكل التلوث.

من أجل تحقيق التنمية المستدامة للمجتمع البشري ، يجب التحكم في انبعاثات الكربون. لقد صاغت الدول الكبرى في العالم خططًا متتالية لتحقيق ذروة الكربون وحياد الكربون ، وتتعرض الصين لضغوط كبيرة لتحقيق حياد الكربون ، والوقت أكثر إلحاحًا. منذ أن تجاوزت الصين الولايات المتحدة في عام 2005 ، كانت أكبر مصدر لانبعاث الكربون في العالم لسنوات عديدة. وفقًا لبيانات "bp World Energy Statistical Yearbook 2021" ، فإن إجمالي انبعاثات الكربون العالمية في عام 2020 سيصل إلى 32.284 مليار طن ، والصين لديها حصة عالمية 30.66٪ ، والولايات المتحدة والهند وروسيا واليابان 13.81٪. ، 7.13٪ ، 4.59٪ ، 3.18٪.

احتراق الوقود الأحفوري هو المصدر الرئيسي لانبعاثات غازات الاحتباس الحراري. أصبح استبدال الطاقة الأحفورية بالطاقة المتجددة أمرًا لا بد منه.

وفقًا لبيانات معهد تسينغهوا لأبحاث المناخ ، تبلغ نسبة الفحم والنفط والغاز الطبيعي في جانب إمداد انبعاثات الكربون في الصين 76.6٪ و 17٪ و 6.4٪ على التوالي ، منها 80٪ من الفحم يستخدم لتوليد الطاقة والتدفئة ؛ جانب الطلب (باستثناء الانبعاثات غير المباشرة) تمثل الكهرباء والصناعة والبناء والنقل 40.5٪ و 37.6٪ و 10.0٪ و 9.9٪ على التوالي .

الطاقة المتجددة (الرياح ، المائية ، الطاقة الشمسية الطاقة ، وطاقة الكتلة الحيوية ، والطاقة الحرارية الأرضية ، وطاقة المحيطات ، وما إلى ذلك) ، من الضروري توصيل محطات المستهلك من خلال وسيط الطاقة الثانوي مثل الكهرباء. وفقًا لتوقعات معهد أبحاث طاقة الشبكة الحكومية ، بحلول عام 2050 ، سترتفع نسبة الكهرباء في استهلاك الطاقة النهائي في بلدي إلى 47٪ ، متجاوزة المتوسط ​​العالمي.

تتميز الكهرباء بخصائص التوازن في الوقت الفعلي بين العرض والطلب ، بينما تتميز الطاقة المتجددة بخصائص متأصلة متقطعة وعشوائية ومتقلبة ، مثل الرياح والضوء المهجور والمياه المهجورة وظواهر أخرى.

توضح إحصائيات "الورقة البيضاء لصناعة الطاقة الهيدروجينية وخلايا الوقود في الصين" الصادرة عن تحالف الطاقة الهيدروجينية الصيني أن الفاقد السنوي للطاقة المتجددة يبلغ حوالي 100 مليار كيلووات في الساعة. The زادت القدرة المركبة لتوليد الطاقة المتجددة ، وأصبحت مشكلة التخلي عن الطاقة أكثر بروزًا ، مما يعوق المزيد من التطوير والاستخدام على نطاق واسع.

يجب حل مشكلة تقلب توليد الطاقة المتجددة عن طريق تخزين الطاقة.

وفقًا لـ "تقرير تطوير صناعة الطاقة الهيدروجينية في الصين 2020" ، مع التوسع في النطاق المثبت لتوليد الطاقة المتجددة ، وتنظيم ذروة نظام الطاقة التقليدي وطرق تخزين الطاقة عند مواجهة الحد الأقصى ، سيزداد الطلب على تخزين الطاقة ، وستصل فجوة تنظيم الطاقة في الطاقة المتجددة إلى 1200 جيجاواط بحلول عام 2030 ، وستتوسع إلى 2600 جيجاوات بحلول عام 2050.

الطاقة الهيدروجينية مصدر رئيسي للطاقة المتجددة الطاقة أفضل حل للقياس والتخزين والنقل عبر المواسم.

طرق تخزين الطاقة المختلفة لها خصائصها الخاصة من حيث النطاق الزمني والسعة. يمكن لطاقة الهيدروجين أن تحقق تخزينًا طويل المدى للطاقة على نطاق واسع بشرط ضمان الاقتصاد وحجم التخزين تتراوح من 100 كيلوواط إلى 100 كيلووات البلاط ، وقت التخزين من ساعة إلى الموسم. الطاقة الهيدروجينية والطاقة الكهربائية كلاهما مصدران ثانويان للطاقة ، يسهل اقترانهما بالطاقة الكهربائية ، ويعززان الترابط بين الطاقة الكهربائية والمباني ، والنقل والصناعة ، وإنشاء شبكة طاقة حديثة مترابطة. علاوة على ذلك ، يمكن استخدام طاقة الهيدروجين كوسيط لتخزين الطاقة على نطاق واسع لتحقيق الإنتاج المتقطع ، والذي يمكن أن يزيد بشكل كبير من مرونة شبكة الطاقة.

2. يحتاج أمن الطاقة القومي إلى التخلص من العوامل الخارجية الاعتماد على الموارد

يثير استهلاك البترول عن طريق النقل قضايا أمن الطاقة.

" يوضح تقرير تطوير صناعة النفط والغاز المحلية والأجنبية لعام 2019" أنه في عام 2019 ، تجاوز اعتماد بلدي الخارجي على النفط والنفط الخام 70٪ ، وليس يتجاوز بكثير خط الأمان بنسبة 50 ٪ ، ويظهر اتجاهًا متزايدًا. من بينها ، يمثل قطاع النقل ، بما في ذلك السيارات ، أكثر من 50 ٪ من استهلاك النفط. يعد تقليل استهلاك النفط في صناعة السيارات مسألة تتعلق بأمن الطاقة الوطني.

يمكن أن يؤدي الاعتماد ببساطة على الكهرباء إلى الاعتماد الجديد على المواد الخام المعدنية.

يعد الليثيوم والكوبالت والنيكل من المواد الأساسية لبطاريات الطاقة. يتسم توزيع موارد الليثيوم والكوبالت والنيكل العالمية بالتركيز الشديد وله خصائص احتكار القلة. وعلى الرغم من أن الصين غنية بموارد الليثيوم ، إلا أن ثرواتها ليست جيدة ، بينما موارد النيكل والكوبالت شحيحة. موارد الليثيوم والكوبالت والنيكل كثيفة تعتمد على الواردات ، ودرجة الاعتماد الخارجي مرتفعة نسبياً. وفقًا لبيانات من هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية ، فإن احتياطيات خام الليثيوم في الصين تمثل 7٪ من الإجمالي العالمي ، وخام الكوبالت 1٪ ، وخام النيكل 3٪.

يمكن أن تحل طاقة الهيدروجين باعتبارها ناقل طاقة عالي القيمة الحرارية محل زيت الوقود ، ولا يتم تقييد المواد الخام لخلايا وقود الهيدروجين وطاقة الهيدروجين من خلال توزيع الموارد الإقليمية ، يمكن أن يغير الوضع الذي يسيطر عليه الآخرون بلدنا.

كثافة طاقة الهيدروجين ( 140 ميجا جول / كجم) هي 3 أضعاف كثافة البترول و 4.5 أضعاف كثافة الفحم ، ويمكن أن تؤدي عملية التفاعل إلى انعدام الكربون الانبعاثات. وفقًا لـ "الورقة البيضاء لصناعة الطاقة الهيدروجينية وخلايا الوقود الصينية" الصادرة عن تحالف طاقة الهيدروجين الصيني ، بحلول عام 2050 ، ستشكل طاقة الهيدروجين 10٪ من نظام الطاقة الطرفية في الصين ، حيث يتم إنتاج أكثر من 80٪ من الهيدروجين من مصادر الطاقة المتجددة. طاقة. تتمتع الصين بصحراء غربية شاسعة وظروف إضاءة جيدة. وتتجاوز موارد "الهيدروجين الأخضر" السنوية التي يمكن تطويرها 300 مليون طن ، والتي يمكن أن تلبي احتياجات الطاقة الهيدروجينية المكتفية ذاتيًا لبلدي ، بل وتحقق 10 ملايين طن من صادرات الهيدروجين الأخضر في عام 2050 م ، الأمر الذي سيغير بشكل جذري أمن الطاقة الاستراتيجي في بلدي. المواد الخام لخلايا وقود الهيدروجين كلها مواد تقليدية ، فقط المعدن الثمين البلاتين المستخدم في المحفز ، والتكنولوجيا تتطور نحو البلاتين المنخفض للغاية ولا البلاتين ، ولا يوجد اعتماد خارجي على المواد.

3. مقياس الطلب على طاقة الهيدروجين

( 1) توزيع الطلب على طاقة الهيدروجين في المراحل النهائية

تُستخدم طاقة الهيدروجين بشكل أساسي في السيناريوهات التالية:

① النقل: كوقود لخلايا وقود الهيدروجين ، يُستخدم في السيارات والسفن والترام والطائرات بدون طيار ، وما إلى ذلك ؛

② تخزين الطاقة: تخزين الطاقة الوسيط يدعم التكامل وتوليد الطاقة من الطاقة المتجددة على نطاق واسع ؛

البناء: توفير الكهرباء والحرارة للأماكن السكنية والتجارية من خلال التوليد المشترك ، والتوليد المشترك ؛

الصناعة: توفير وقود ومواد خام عالية الجودة.

( 2) طاقة الهيدروجين الحجم الكلي للصناعة

وفقًا لتوقعات التحالف الصيني للطاقة الهيدروجينية ، بحلول عام 2030 ، سيصل طلب الصين على الهيدروجين إلى 35 مليون طن 5٪ من الإجمالي. بحلول عام 2050 ، ستشكل طاقة الهيدروجين ما لا يقل عن 10٪ من نظام الطاقة الطرفية في الصين ، وسيقترب الطلب على الهيدروجين من 60 مليون طن ، وستكون قيمة الإنتاج السنوي للسلسلة الصناعية حوالي 12 تريليون يوان.

( 3) وقود الهيدروجين مقياس صناعة بطاريات السيارات

يتبنى تطوير مركبات خلايا الوقود الهيدروجينية في الصين مسار المركبات التجارية الأولى و ثم مركبات الركاب.

وفقًا لـ "خارطة الطريق الفنية لتوفير الطاقة ومركبات الطاقة الجديدة 2.0" الصادرة عن وزارة الصناعة وتكنولوجيا المعلومات وجمعية مهندسي السيارات ، سيصل عدد مركبات خلايا الوقود الهيدروجينية إلى 100000 في عام 2025 ، ومليون في عام 2035. أخذ سيارات الركاب والمركبات اللوجستية الحضرية كمجال دخول ، والتركيز على الترويج لسيارات الركاب المتوسطة والكبيرة والمركبات اللوجستية في المناطق الغنية بإنتاج الهيدروجين من الطاقة المتجددة والمنتجات الثانوية الصناعية ، والترويج لها تدريجياً إلى الشاحنات والجرارات المتوسطة والثقيلة ، الموانئ ذات القدرة الاستيعابية الكبيرة والمسافات الطويلة المقطورات وسيارات الركاب وما إلى ذلك ، لتحقيق مجموعة واسعة من تطبيقات مركبات خلايا الوقود الهيدروجينية.

تعتمد الأولوية الممنوحة للمركبات التجارية أساسًا على تقليل انبعاثات الكربون والخصائص التقنية.

تمثل المركبات التجارية نسبة عالية من انبعاثات الكربون وهي الأهداف الأساسية لخفض الانبعاثات في قطاع النقل. نظرًا للاختلاف في هيكل المحرك وطريقة الاحتراق ، فإن مستوى انبعاثات غازات الدفيئة للمركبات التجارية (ومعظمها مزود بمحركات ديزل) أعلى بكثير من مستوى مركبات الركاب ، حيث يمثل 77.3٪ إجمالاً. من منظور الخصائص التقنية ، بناءً على مزايا عمر البطارية وسرعة الهدرجة وكثافة الطاقة ، فإن مركبات خلايا وقود الهيدروجين مناسبة للطرق الثابتة وخطوط جذع المسافات الطويلة والمتوسطة (حوالي 400-800 كيلومتر) وعالية سيناريوهات التحميل. يمكن للمركبات الكهربائية النقية تلبية احتياجات النقل العام والمركبات اللوجستية والصرف الصحي وغيرها من سيناريوهات القيادة لمسافات قصيرة وسيناريوهات محطات الطاقة الغنية في المدينة.

تفضيلات الطلب والأقسام الجغرافية.

يمكن للسيارات الكهربائية النقية أن تلبي سيناريوهات القيادة في المدن وعلى المدى القصير والمتوسط ​​، وتعتبر مركبات خلايا الوقود الهيدروجينية خيارًا أفضل للقيادة لمسافات طويلة والسيناريوهات التي تندر فيها موارد محطة الطاقة.

وفقًا لحساب "تقرير تطوير صناعة طاقة الهيدروجين بالصين 2020" ، حيث إن معدل اختراق الهيدروجين تزداد المركبات التي تعمل بخلايا الوقود تدريجياً ، والتحسينات (كما هو موضح في الجدول أدناه) ،

سيصل السوق في النهاية إلى تريليونات الحجم

. على وجه التحديد ، سيكون السوق في عشرات المليارات في عام 2025 ، وسيصل إلى مقياس 100 مليار في عام 2030 ، ويزيد إلى حجم التريليونات في عام 2050.

4. أسباب النمو السريع للتيار الطلب على طاقة الهيدروجين

( 1) تم إحراز تقدم في تصنيع التقنيات الرئيسية

تم تحقيق اختراقات في التقنيات الرئيسية مثل كثافة الطاقة والعمر والبدء البارد لمكدسات خلايا الوقود. في عام 2020 ، ستصل السعة العالمية المركبة لخلايا الوقود إلى 1319.4 ميجاوات ، بمعدل نمو مركب يبلغ 35٪ من 2015 إلى 2020 ؛ من بينها زيادة الطلب في قطاع النقل بشكل كبير ، بمعدل نمو سنوي مركب بنسبة 54٪. ستبلغ السعة المركبة في عام 2020 994 ميجاوات ، وهو ما يمثل إجمالي السعة المركبة 75٪ من التطبيق التجاري الأولي.

( 2) يتم كسر عنق الزجاجة تدريجياً

وفقًا "للورقة البيضاء لصناعة خلايا الوقود الهيدروجينية" ، فقد انخفضت تكلفة محرك نظام خلايا وقود السيارة بنسبة 80٪ -95٪ مقارنة ببداية القرن الحادي والعشرين ، والسعر 49 دولار أمريكي / كيلوواط (الإنتاج السنوي 500000 يوان). حساب تايوان) ، قريبة من 30 دولار أمريكي / كيلوواط لمحرك الاحتراق الداخلي.

( 3) بموجب السياسة الوطنية لحياد الكربون ، تقود السياسة الجديدة "استبدال الإعانات بالجوائز" تدخل الصناعة في تخفيض واسع النطاق - دورة حميدة من التحسين التكنولوجي

في سبتمبر 2020 ، أصدرت الحكومة سياسة جديدة "استبدال الإعانات بالجوائز" ، وسيتم التعامل مع التجمعات الحضرية المدرجة في القائمة المختصرة للعرض وفقًا للمكافآت التي تُمنح لتحقيق أهدافها. بخلاف سياسة دعم الشراء المبكر ، ستستخدم السياسة الجديدة أموال الحوافز ككل لتحقيق اختراقات تكنولوجية أولية ، ودفع التطبيقات النهائية وتطوير البنية التحتية ، والاستفادة حقًا من الجهات الفاعلة في المنبع والمصب في سلسلة الصناعة ، ومحاولة تجنب الاحتيال والعوائق الأخرى . في سبتمبر 2021 ، سيتم تنفيذ سياسة مجموعة المدن التجريبية الوطنية ، وستبدأ الحكومات المحلية في تقديم سياسات داعمة بشكل مكثف. ستشجع سياسة الدعم لمدة أربع سنوات على بدء النطاق الصناعي والدخول في دائرة حميدة لخفض التكاليف وزيادة الحجم.

ما مدى جدوى تكنولوجيا الطاقة الهيدروجينية؟

سلسلة الطاقة الهيدروجينية في المنبع والمصب طويلة ، وتشمل الطاقة والنقل ، الصناعة وغيرها من المجالات.الجدوى التقنية للروابط الرئيسية هي فرضية العمل من خلال سلسلة الصناعة.

لا تعتمد جدوى أي تقنية على البيانات المختبرية فحسب ، بل تعتمد أيضًا على إمكانية ترجمتها إلى تطبيقات عملية. من منظور الاستثمار ، فإن الزاوية الأكثر مباشرة للحكم على الجدوى الفنية هي تحليل تقدم التصنيع.

في الروابط الرئيسية ، حققت التقنيات المتعلقة بطاقة الهيدروجين اختراقات ، وأرست الأساس للتصنيع ، وستدخل مرحلة من التحسين التدريجي في مستقبل.

يعد تطبيق مركبات خلايا الوقود الهيدروجينية طفرة في صناعة طاقة الهيدروجين. وهي حاليًا في فترة العرض والتقديم ، وخلايا وقود الهيدروجين هي العامل الرئيسي. نضج طاقة الهيدروجين العرض هو أساس التسويق على نطاق واسع. مرحلة مبكرة ولكن مسار تطوير واضح

.

1. تجاوزت خلايا وقود الهيدروجين المرحلة من 0 إلى 1

كفاءة خلايا وقود الهيدروجين عالية للغاية ، حيث تصل حاليًا إلى 50٪ ، ويمكن أن تصل الكفاءة النظرية للحرارة والطاقة المجمعة إلى 90٪. وبالمقارنة ، فإن محرك تويوتا الذي يتمتع بأعلى كفاءة حرارية لمحرك الاحتراق الداخلي يحقق 41٪ (في ظل ظروف مثالية) ، وزادت كفاءة محرك الاحتراق الداخلي الأعلى بنسبة 10٪ فقط خلال الستين عامًا الماضية.

تعد خلية وقود غشاء تبادل البروتونات حاليًا أكثر طرق التكنولوجيا نضجًا

، معها يتميز بمزايا بدء التشغيل السريع ودرجة حرارة التشغيل المنخفضة وكثافة الطاقة العالية ، وهو مناسب بشكل خاص لسيناريوهات المرور وإمدادات الطاقة الثابتة. وفقًا لإحصاءات E4Tech ، ظلت القدرة العالمية المركبة لخلايا وقود غشاء تبادل البروتون عند حوالي 75٪ في السنوات الأخيرة. يركز هذا القسم على تحليل خلايا الوقود بغشاء تبادل البروتون.

تم إنتاج واستخدام خلايا وقود الهيدروجين ومكوناتها بكميات كبيرة ، ولكن المسار التقني لبعض المكونات الرئيسية لم ينضج بعد والصناعات المحلية والأجنبية هناك فرق كبير في الوضع.

تتكون خلايا وقود الهيدروجين من مكدسات ومكونات مساعدة للنظام ، وإستراتيجية التحكم في النظام لها تأثير مهم على حياتها وموثوقيتها. المكونات الثمانية الرئيسية لخلايا وقود الهيدروجين هي المحفزات ، وطبقات انتشار الغاز ، وأغشية تبادل البروتون ، والأقطاب الكهربائية الغشائية ، والألواح ثنائية القطب ، والمداخن ، وضواغط الهواء ، ومضخات دوران الهيدروجين.

( 1) المكدس الكهربائي

المكدس الكهربائي هو جوهر نظام البطارية بالكامل ، بما في ذلك كل وحدة بطارية مكونة من أقطاب غشائية وألواح ثنائية القطب و والمجمعات. لوحة التدفق ، لوحة النهاية ، حلقة الختم ، إلخ. تعادل قوة المكدس المحلي تقريبًا طاقة المنتجات الأجنبية ، ولكن لا تزال موثوقية النظام والحياة الشاملة بحاجة إلى التحقق منها في ظل ظروف العمل.

① القطب الكهربي الغشائي (MEA)

يعد القطب الكهربي الغشائي جوهر المكدس ، ويوفر مكانًا للتفاعلات الكهروكيميائية ، والتي تؤثر بشكل مباشر على أداء الخرج وكفاءة تفاعل البطارية. CCM (الغشاء المطلي بالمحفز ، المحفز / وحدة غشاء تبادل البروتون) هي عملية تجميع غشاء القطب الكهربائي من الجيل الثاني ، والتي تستخدم على نطاق واسع في الوقت الحاضر ولها مزايا استخدام البلاتين العالي والمتانة القوية.

تعد أغشية تبادل البروتونات والمحفزات وطبقات انتشار الغاز المواد الأساسية للأقطاب الكهربائية الغشائية ، والتي تحدد بشكل مباشر كثافة الطاقة وعمر خدمة خلايا وقود الهيدروجين.

أ. غشاء التبادل البروتوني (PEM)

غشاء حمض البيرفلوروسولفونيك هو غشاء تجاري شائع الاستخدام ، ينتمي إلى إلكتروليت بوليمر صلب وله خصائص ممتازة مثل الموصلية العالية للبروتون ومقاومة الأحماض والقلويات القوية. في الوقت الحاضر ، تحتكر الدول الأجنبية سوق غشاء تبادل البروتون ، وتمثل الأغشية المركبة المحسنة لـ Gore أكثر من 90٪ من حصة السوق ، ومنتجات 8 ميكرون ناضجة. لا تزال التكنولوجيا المحلية في المرحلة الأولى من التصنيع ، ولا تزال هناك فجوة في أداء المنتج وموثوقيته ، فهي في مرحلة تسليم العينات والتحقق منها على نطاق صغير ، لكن السعر أقل بنسبة 30٪ إلى 40٪.

ب. المحفزات

المحفزات التي تؤثر على وقود الهيدروجين العامل الرئيسي لاستقطاب تنشيط الخلية هو المادة الأساسية لخلية وقود الهيدروجين. يحتاج اختيار المحفزات إلى النظر في مشاكل مقاومة درجات الحرارة العالية ومقاومة التآكل في ظل ظروف العمل المحفز الشائع الاستخدام هو Pt / C (جزيئات Pt النانوية مشتتة على حامل مسحوق الكربون). Pt معدن ثمين ، تعتمد الصناعة بشكل عام على تقنية تحضير التشتت النانوي لـ Pt مع حجم جزيئات صغير ، وتقوم بالبحث في اتجاه تحميل Pt منخفض وبدون Pt. تعد شركة Tanaka Precious Metals اليابانية وشركة Johnson Matthey البريطانية من الشركات المصنعة المخضرمة للمحفزات ، حيث تمثل 80٪ من حصة السوق المحلية ، وفقًا لإحصاءات GGII. الشركات المصنعة للمحفزات المحلية في مرحلة تسليم العينات وإنتاج الكميات الصغيرة.

ج. طبقة انتشار الغاز

الهواء والهيدروجين طبقة المحفز التي تم تمريرها إلى الكاثود ويحتاج الأنود إلى المرور عبر طبقة انتشار الغاز (GDL) ، وأداؤها ضروري للنشاط التحفيزي الكهربائي للمحفز وتحويل طاقة المكدس. طبقة انتشار الغاز هي أيضًا "مركز إدارة الماء" لخلية الوقود. من خلال الإدارة الفعالة للمياه ، يمكن تحسين استقرار واقتصاد خلية الوقود. يعد تطوير مواد طبقة انتشار الغاز ذات القدرة المعقولة على مقاومة الماء والكراهية للماء والسطح الأملس والمسامية المنتظمة والقوة العالية أحد التقنيات الرئيسية لخلايا وقود الهيدروجين.

إن تقنية طبقة انتشار الغاز ناضجة ، ولكن التحديات هي المشكلات الفنية للنقل السلس للكتلة للمياه والغاز تحت كثافة التيار العالي ومشكلات الإنتاج الضخم ، و تكلفة الإنتاج لا تزال مرتفعة. تشمل الشركات التي تتمتع بقدرات إمداد مستقرة بشكل أساسي شركة Toray في اليابان ومجموعة SGL Group في ألمانيا وبالارد في كندا و E-TEK في الولايات المتحدة. يتقدم تصنيع طبقات انتشار الغاز في الصين ببطء وهو في مرحلة تسليم العينات واختبارها.

الألواح ثنائية القطب (BPs)

قطب ثنائي القطب تلعب اللوحة ، المعروفة أيضًا باسم لوحة مجال التدفق ، دور فصل غاز التفاعل ، وإزالة الحرارة ، وتفريغ منتج التفاعل الكيميائي (الماء). تحتاج إلى تلبية متطلبات التوصيل الكهربائي العالي ، والتوصيل الحراري الجيد ، وضغط الغاز ، ومقاومة ميكانيكية ممتازة ومقاومة التآكل. وفقًا لأنواع مختلفة من مواد الركيزة ، يمكن تقسيم الألواح ثنائية القطب إلى ألواح جرافيت وألواح معدنية. بالإضافة إلى ذلك ، هناك ألواح مركبة تستخدم مواد مركبة ، وهي أقل استخدامًا حاليًا في السوق.

لوحة معدنية مقارنة بالجرافيتكل لوحة مزايا وعيوب. من منظور سيناريوهات التطبيق ، تعد لوحات الجرافيت أكثر ملاءمة للسيناريوهات ذات الحجم المنخفض ومتطلبات الجودة وظروف العمل الودية ؛ تعد الألواح المعدنية أكثر ملاءمة لسيناريوهات متنوعة ، خاصة لسيناريوهات النقل. نسبيًا ، هناك مجال أكبر لتحسين العملية وتقليل تكلفة الألواح المعدنية. من المرجح أن يستنتج المساران الفنيان نمط الليثيوم الثلاثي وفوسفات الحديد الليثيوم.

يعد إنتاج ألواح الجرافيت ناضجًا نسبيًا ، وكانت الصفائح المعدنية التي تمثلها تويوتا هي الأولى في تحقيق اختراقات ، وحقق المصنعون المحليون المتمثلون في شركة Edelman Hydrogen Energy إنتاجًا ضخمًا في السنوات الأخيرة ، وما بعدها ظهر أن معظم الشركات المصنعة تستخدم طريق تكنولوجيا الألواح المعدنية.

( 2) ملحق النظام

يتطلب تشغيل المكدس تعاون الأنظمة الفرعية المساعدة الخارجية (BOP) مثل نظام إمداد الهيدروجين ونظام الهواء ونظام إدارة المياه. وتشمل المكونات الرئيسية المقابلة مضخة دوران الهيدروجين وضاغط الهواء.

مضخة دوران الهيدروجين

ميزان الماء إن عمر مكدس PEMFC له أهمية كبيرة ، والحل هو إدخال معدات دوران الهيدروجين في المكدس لتحقيق وظائف مثل تطهير الغاز ، وإعادة استخدام الهيدروجين ، وترطيب الهيدروجين.

يصعب تحضير مضخة دوران الهيدروجين وتكلفتها تكلفة تصنيعها ، كما أن القاذف الفردي والعاكس المزدوج والأنظمة الأخرى المطورة لهذا الغرض لها مزايا وعيوب واضحة ، تم تحقيق التأثير ليس مثاليا. في الوقت الحالي ، تعد مضخات دوران الهيدروجين هي السائدة في السوق ، ويتزايد استخدام القاذفات تدريجياً.وفقًا لإحصاءات GGII ، ستشكل شحنات القاذفات المحلية 11٪ في عام 2020. قبل عام 2020 ، احتلت شركة Puxu الألمانية سوق مضخات دوران الهيدروجين المحلي ، والتي استحوذت على أكثر من 90٪ من السوق.في السنوات الأخيرة ، بدأ التوطين تدريجياً في استبداله ، لكن مضخة دوران الهيدروجين المناسبة للمداخن عالية الطاقة هي لا يزال غير ناضج.

"ضاغط الهواء

يمكن توفير ضاغط الهواء مؤكسد (هواء) يطابق كثافة طاقة المكدس. إن استهلاك الطاقة الطفيلية لضاغط الهواء كبير جدًا ، حيث يمثل حوالي 80٪ من استهلاك الطاقة الإضافية لخلية الوقود ، ويؤثر أدائه بشكل مباشر على الكفاءة ، والاكتناز ، وخصائص توازن الماء لنظام خلايا الوقود. تتمتع ضواغط الهواء التي تعمل بخلايا الوقود التي تعمل بالطرد المركزي والمُثبتة على السيارة بمزيد من إمكانيات التطبيق وأصبحت طريق التكنولوجيا السائد نظرًا لخصائص مقاومة الهواء الجيدة والهيكل المدمج والاهتزاز المنخفض وكفاءة تحويل الطاقة العالية. من بينها ، المحامل والمحركات هي تقنيات عنق الزجاجة ، كما أن مواد الطلاء المقاومة للاحتكاك منخفضة التكلفة هي أيضًا محور التطوير. وفقًا لبيانات مسح GGII ، سترتفع حصة ضواغط الهواء الطاردة المركزية من 29٪ في 2018 إلى 95٪ في 2020 ، بزيادة أكثر من 3 مرات. لقد حقق ضاغط الهواء بالفعل توطين قسم الطاقة الكاملة في وقت سابق.

2. لإمداد الطاقة الهيدروجينية مسار تطوير واضح

يأتي معظم الهيدروجين المحلي من الصناعة ، ويستخدم أيضًا أكثر من 90٪ من الهيدروجين كمواد خام صناعية.

من أجل تحقيق تطبيق طاقة الهيدروجين في مجالات جديدة مثل النقل وتخزين الطاقة والبناء ، من الضروري كسر هيكل العرض والطلب الحالي للهيدروجين ، وزيادة العرض ، و فتح قنوات النقل إلى محطات المستهلكين.

وفقًا لـ "الصين للطاقة الهيدروجينية وخلية الوقود الورقة البيضاء الخاصة بالصناعة "، مسار تطوير طاقة الهيدروجين من إنتاج الهيدروجين وتخزينه ونقله إلى التعبئة واضح.

( 1) إنتاج الهيدروجين

مسار التطوير: على المدى القصير ، سيفضل الهيدروجين المنتج الثانوي الصناعي ، وسيتم استخدام الطاقة المتجددة لإنتاج الهيدروجين عن طريق التحليل الكهربائي للماء على المدى الطويل.

وفقًا لمصدر المواد الخام ، تنقسم طرق تكنولوجيا إنتاج الهيدروجين بشكل أساسي إلى إنتاج الهيدروجين من إصلاح الطاقة الأحفورية وتنقية المنتجات الثانوية الصناعية إنتاج الهيدروجين وإنتاج الهيدروجين بالتحليل الكهربائي للماء. لا تزال الطرق التقنية لإنتاج الهيدروجين المباشر من الكتلة الحيوية وتقسيم المياه بالطاقة الشمسية الضوئية لإنتاج الهيدروجين في مرحلة التجربة والتطوير.

① إنتاج الهيدروجين من المنتجات الثانوية الصناعية

في عملية الإنتاج الصناعي ، تُستخدم النفايات الطرفية الغنية بالهيدروجين أو المنتجات الثانوية كمواد خام لاستعادة وتنقية الهيدروجين. معظم منتجات الهيدروجين الصناعية لها تطبيقات في المراحل النهائية ، ولا يزال أكثر من 30٪ من الهيدروجين يتم تهويتها وتفريغها. تظهر الإحصاءات من "تقرير تطوير صناعة الطاقة الهيدروجينية الصينية 2020" أنه من منظور الوضع الحالي لتصريف الهيدروجين المنتج الثانوي الصناعي ، يمكن أن تصل إمكانات إمدادات الهيدروجين إلى 4.5 مليون طن سنويًا ، والتي يمكن أن تدعم التشغيل السنوي لـ أكثر من 970.000 حافلة وحافلة ، وهي مناسبة للمدى القصير كمصدر لإمداد الهيدروجين.

توجد اختلافات إقليمية في توزيع الهيدروجين المنتج الثانوي وفقًا لـ مصادر مختلفة: توفر مصادر هيدروجين منخفضة التكلفة وموزعة على مسافات قصيرة. على المدى الطويل ، ستتحول عملية إزالة الكربون من الصلب والكيمياء والمجالات الصناعية الأخرى من جانب عرض الهيدروجين إلى جانب الطلب.

لا يمكن أن يحقق إنتاج الهيدروجين من المنتجات الثانوية الصناعية وقتًا طويلاً - إمداد مستقر المدى.

② إنتاج الهيدروجين من إعادة تشكيل الطاقة الأحفورية

يتم توليد الهيدروجين عن طريق إصلاح الفحم والغاز الطبيعي ومصادر الطاقة الأخرى. المسار التقني ناضج جدًا ، وتكلفة إنتاج الهيدروجين هي الأدنى ، وهي الطريقة الرئيسية لإنتاج الهيدروجين في العالم. نظرًا لخصائص الموارد المتمثلة في "الفحم الغني ، ونقص النفط ، وقلة الغاز" ، تستخدم الصين بشكل أساسي طريق تكنولوجيا الفحم إلى الهيدروجين ، وهو ما يمثل أكثر من 60 ٪ من إنتاج الهيدروجين الوطني ؛ يستخدم العالم الغاز الطبيعي بشكل أساسي لإنتاج الهيدروجين.

يتطلب إنتاج الهيدروجين من الفحم استخدام معدات تغويز على نطاق واسع ، كما أن تكلفة إدخال المعدات عالية. يمكن فقط للإنتاج على نطاق واسع تقليل التكلفة ، لذا فهو مناسب لـ إنتاج الهيدروجين المركزي في المحطات المركزية ، غير مناسب للإنتاج الموزع ، إنتاج الهيدروجين.

على المدى القصير ، لا يزال إنتاج الهيدروجين من الطاقة الأحفورية هو أكبر مصدر للهيدروجين ، ولكن به مشكلة انبعاث الكربون. وعلى المدى المتوسط ​​، يجب أن يتم دمجهما باستخدام تقنية احتجاز الكربون ، التطبيق الحالي قليل والتكلفة مرتفعة ، مما يؤدي إلى انخفاض الميزة السعرية تدريجياً. يتسبب إنتاج الهيدروجين من الطاقة الأحفورية في استهلاك الطاقة غير المتجددة وليس له أساس للتطبيق طويل المدى على نطاق واسع.

إنتاج الهيدروجين عن طريق التحليل الكهربائي للماء

إن موجب وسالب يتم إدخال القطب في الماء ويتم تطبيق التيار المباشر لإنتاج الأكسجين. من حيث المسار التقني ، تعد تقنية المحلل الكهربائي القلوي هي الأكثر نضجًا ، مع تكلفة إنتاج منخفضة ، ويتم تحقيق التوطين بشكل أساسي ؛ يتميز المحلل الكهربائي بغشاء تبادل البروتون بعملية بسيطة وكفاءة عالية في استخدام الطاقة ، ولكن بسبب استخدام محفزات كهربائية معدنية ثمينة ومواد أخرى ، التكلفة مرتفعة ، والمواد الأساسية والتكنولوجيا تعتمد على الواردات ؛ لا يزال المحلل الكهربائي للماء الأكسيد الصلب في مرحلة البحث والتطوير المختبري.

النسبة الحالية لإنتاج الهيدروجين عن طريق التحليل الكهربائي للماء منخفضة للغاية ، أقل من 1٪ والسبب هو أن التكلفة ليست اقتصادية ، وبنية الطاقة التي تهيمن عليها الطاقة الحرارية ستظل تنتج التلوث. يمثل سعر الكهرباء أكثر من 70٪ من التكلفة الإجمالية.عندما يكون سعر الكهرباء أقل من 0.3 يوان / كيلو وات ساعة ، تكون تكلفة إنتاج الهيدروجين عن طريق التحليل الكهربائي للماء قريبة من تكلفة إنتاج الهيدروجين للطاقة الأحفورية. سيؤدي إنتاج الهيدروجين من الطاقة الحرارية إلى زيادة انبعاثات الكربون ، 3-4 مرات من إنتاج الهيدروجين للوقود الأحفوري.

على المدى الطويل ، تتمتع الطاقة المتجددة بأكبر قدر من الإمكانات لإنتاج الهيدروجين.

وفقًا لتوقعات تحالف طاقة الهيدروجين الصيني ، ستصل نسبة العرض من الهيدروجين الأخضر الخالي من التلوث إلى 70٪ في عام 2050. من ناحية أخرى ، يتم حل مشكلة التكلفة مع انخفاض تكلفة توليد الطاقة المتجددة. وفقًا لتوقعات جمعية تعزيز طاقة الهيدروجين الصينية ، مع الأخذ في الاعتبار موارد الموارد وعوامل السياسة للمناطق المختلفة ، فإن تكلفة الهيدروجين الأخضر في بعض المناطق التي تتمتع بمزايا الموارد المتجددة ستكون أول من يحقق التكافؤ مع الهيدروجين الرمادي قبل عام 2030 ، والذي هو الهيدروجين نقطة تحول مهمة ليحل محل الديزل

. من ناحية أخرى ، عندما تمثل الطاقة المتجددة المتغيرة نسبة عالية في هيكل الطاقة ، فمن الضروري الاعتماد على طاقة الهيدروجين لتحقيق تخزين الطاقة على المدى الطويل للحفاظ على التشغيل المستقر لنظام الطاقة.

( 2) التخزين والنقل

مسار التطوير: وفقًا لـ "الضغط المنخفض إلى المرتفع الضغط "،" إن اتجاه التطور التكنولوجي للحالة الغازية إلى الحالة متعددة الأطوار سيحسن تدريجياً سعة تخزين ونقل الهيدروجين.

في الوقت الحالي ، يتم نشر تطبيقات العرض التوضيحي للطاقة الهيدروجينية في بلدي بشكل أساسي بالقرب من منتجات الهيدروجين الصناعية الثانوية ومواقع إنتاج الهيدروجين للطاقة المتجددة (أقل من 200 كيلومتر). الوضع الغازي هو الطريقة الرئيسية. في المرحلة المبكرة (قبل عام 2030) ، سيكون التخزين بشكل أساسي في الحالة الغازية 70 ميجا باسكال ، مع استكماله بتخزين هيدروجين سائل منخفض الحرارة وهيدروجين الحالة الصلبة ، وسيتم تطوير النقل عن طريق مقطورات أنابيب طويلة 45 ميجا باسكال ، هيدروجين سائل منخفض الحرارة ، نقل عبر خطوط الأنابيب (عرض توضيحي) ، وما إلى ذلك وفقًا للظروف المحلية. في المدى المتوسط ​​(2030-2050) ، سيكون التخزين بشكل أساسي في الحالة الغازية وحالة السائل ذات درجة الحرارة المنخفضة. سيتم تنسيق تقنيات تخزين الهيدروجين المختلفة مع بعضها البعض ، وسيتم دمج النقل مع خزانات الهيدروجين السائل عالية الضغط و النقل عبر خطوط الأنابيب. على المدى الطويل (بعد عام 2050) ، سيتم استخدام تقنيات ذات كثافة تخزين هيدروجين أعلى وأمان أعلى للتخزين ، وسيتم توزيع شبكة أنابيب الهيدروجين على نطاق واسع للنقل.

① التخزين

فيما يتعلق بالمسارات الفنية ، فإن ملف هناك ثلاث طرق تخزين رئيسية: تخزين الهيدروجين الغازي وتخزين الهيدروجين السائل وتخزين الهيدروجين الصلب. تم استخدام تخزين الهيدروجين الغازي عالي الضغط على نطاق واسع ، وتم استخدام تخزين الهيدروجين السائل بدرجة حرارة منخفضة في الفضاء والمجالات الأخرى ، ولا يزال تخزين الهيدروجين السائل العضوي وتخزين الهيدروجين في الحالة الصلبة في مرحلة العرض. بالإضافة إلى ذلك ، كمركب غني بالهيدروجين وخالي من الكربون ، يمكن استخدام الأمونيا كناقل فعال وآمن للطاقة الهيدروجينية للتخزين والنقل. في الوقت الحاضر ، قامت اليابان والإمارات العربية المتحدة وأستراليا ودول أخرى بدمج "الأمونيا" في استراتيجيات الطاقة الحكومية الخاصة بهم ، ولكن تخزين ونقل الأمونيا والهيدروجين لا يزالان قائمين ، ويجب التغلب على المشكلات الفنية مثل التآكل وكفاءة التحويل.

يتميز تخزين الهيدروجين الغازي بمزايا سرعة شحن وتفريغ الهيدروجين السريع وهيكل حاوية بسيط. إن تطوير وتطبيق أسطوانات الهيدروجين عالية الضغط الملفوفة من ألياف الكربون يحقق تحول أسطوانات تخزين الهيدروجين الغازي عالية الضغط من التطبيقات الثابتة إلى تطبيقات تخزين الهيدروجين المركبة على المركبات. أصبحت الزجاجات من النوع الرابع في الخارج هي التكنولوجيا السائدة ، وتنتقل التكنولوجيا المحلية من النوع الثالث 35MPa إلى النوع IV 70MPa.

② النقل span>

على غرار التخزين ، ينقسم نقل الهيدروجين إلى ثلاثة أوضاع: النقل الغازي ، ونقل السوائل ، ونقل المواد الصلبة. يعتبر النقل الغازي هو الطريقة السائدة ، كما أصبح نقل السوائل الأجنبية وسيلة مهمة ، في حين أن النقل في الحالة الصلبة لم ينضج بعد.

المقطورات ذات الأنابيب الطويلة الغازية عالية الضغط هي الطريقة الرئيسية لنقل الهيدروجين لمسافات قصيرة ، والتكنولوجيا ناضجة نسبيًا. في الصين ، غالبًا ما تكون المقطورات ذات الأنابيب الطويلة 20 ميجا باسكال تستخدم لنقل الهيدروجين ، ومركبة واحدة تنقل حوالي 300 كجم من الهيدروجين. في البلدان الأجنبية ، يتم استخدام مقطورات أنبوب طويل بزجاجة هيدروجين عالية الضغط 45 ميجا باسكال لنقل الهيدروجين ، ويمكن زيادة نقل الهيدروجين بمركبة واحدة إلى 700 كجم يعد النقل الغازي عبر خطوط الأنابيب وسيلة فعالة لتحقيق نقل الهيدروجين على نطاق واسع وبعيد المدى ، ولكن له استثمار كبير لمرة واحدة وعدد قليل فقط من التطبيقات.

يعد النقل السائل مناسبًا لسيناريوهات المسافات الطويلة وأحجام النقل الكبيرة. استخدمت اليابان والولايات المتحدة ناقلات الهيدروجين السائل كإحدى الطرق المهمة لنقل الهيدروجين في محطات التزود بالوقود بالهيدروجين ، ولا يستخدم بلدي سوى تكنولوجيا الهيدروجين السائل في الفضاء.

( 3) رفع

مسار التنمية: تدفع الإعانات الحكومية لزيادة كثافة التوزيع ، كما أن توطين التقنيات الرئيسية يقلل من تكاليف الاستثمار.

يتم ضغط الهيدروجين من مصادر مختلفة بواسطة ضاغط الهيدروجين ، ويتم تخزينه في صهريج تخزين عالي الضغط ، ثم يتم استخدامه كوقود هيدروجين بواسطة آلة تعبئة الهيدروجين تزود سيارات البطاريات بالوقود بالهيدروجين. ينقسم المسار التقني لمحطة التزود بالوقود بالهيدروجين إلى تقنية إنتاج الهيدروجين داخل المحطة وتكنولوجيا توريد الهيدروجين الخارجية. محطات التزود بالوقود بالهيدروجين المحلية هي في الأساس إمداد خارجي للهيدروجين ، ولأن الهيدروجين يُدار وفقًا للمواد الكيميائية الخطرة ، فلا يمكن وضع محطات إنتاج الهيدروجين إلا في المجمعات الكيميائية.

تؤثر كثافة توزيع محطات التزود بالوقود بالهيدروجين على عملية تصنيع مركبات خلايا الوقود الهيدروجينية. إن إنشاء محطات التزود بالوقود بالهيدروجين في مرحلة مبكرة لا ينفصل عن دعم الإعانات الحكومية ، وعلى المدى الطويل ، فإنه يحتاج إلى الاعتماد على تحسين ربحية محطات التزود بالوقود بالهيدروجين. يعتمد ما إذا كانت محطة التزود بالوقود بالهيدروجين مربحة أم لا على تكلفة الاستثمار وتكلفة التشغيل وحمل التشغيل (حجم التزود بالوقود بالهيدروجين). في الوقت الحالي ، تعتمد المعدات الرئيسية (الضواغط ، وخزانات تخزين الهيدروجين ، ومعدات التعبئة ، ومعدات التبريد) على الواردات ، مما أدى إلى ارتفاع تكاليف الاستثمار ، ولكن بدأ التوطين. نظرًا لأن المصب لم يتم تصنيعه بعد على نطاق واسع وحمل التشغيل غير كافٍ ، فمن الصعب تخفيف تكلفة الاستثمار وتكلفة التشغيل ، ومن الصعب على محطة التزود بالوقود بالهيدروجين تحقيق الربحية.

يستمر عدد محطات التزود بالوقود بالهيدروجين حول العالم في الازدياد وقفزت الصين إلى القمة.

وفقًا لإحصائيات H2stations ، اعتبارًا من نهاية عام 2020 ، تم تشغيل ما مجموعه 560 محطة للتزود بالوقود بالهيدروجين في جميع أنحاء العالم ، وهي زيادة مستمرة منذ عام 2014. اعتبارًا من نوفمبر 2021 ، أنشأت بلدي أكثر من 190 محطة للتزود بالوقود بالهيدروجين من مختلف الأنواع ، وهناك أكثر من 157 محطة للتزود بالوقود بالهيدروجين قيد التشغيل ، متجاوزة اليابان واحتلت المرتبة الأولى في العالم. وفقًا للخطة الرسمية ، سيتم بناء 1000 في عام 2025 ، و 5000 في عام 2035 ، وأخيراً 12000 ، مما يغطي الطلب على التزود بالوقود بالهيدروجين على مستوى البلاد.

ما مدى اقتصادية تطبيق طاقة الهيدروجين

في ظل فرضية أن التكنولوجيا مجدية ، لا يزال التصنيع على نطاق واسع بحاجة إلى عبور عتبة اقتصاد التطبيق.

من وجهة نظر المستهلكين ، عندما تقيس التكلفة الإجمالية لدورة الحياة ( إجمالي تكلفة الملكية ، إجمالي تكلفة الملكية ، المنتج دورة الحياة إن معدل اختراق السوق سوف يدخل نقطة تحول عندما يصل إلى نقطة توازن مع المنتجات المنافسة.

في الوقت الحالي ، بسبب النضج غير الكافي لتقنية خلايا وقود الهيدروجين ، والاعتماد على واردات المكونات والمواد الرئيسية ، وعدم كفاية الإمداد بالطاقة الهيدروجينية ، ومركبات خلايا الوقود الهيدروجينية مرتفع التكلفة الإجمالية للملكية. بالنسبة للمركبات التي تعمل بالوقود ، لم تظهر مزايا الاقتصاد في التطبيق بعد.

تشمل التكلفة الإجمالية للملكية للمركبات التي تعمل بخلايا وقود الهيدروجين بشكل أساسي تكلفة الشراء وتكلفة الاستخدام وتكلفة الصيانة. من خلال تحليل تفكيك شاحنة ثقيلة تعمل بخلايا وقود الهيدروجين سعة 35 طنًا ، تمثل تكلفة الشراء وتكلفة الاستخدام 28٪ و 71٪ من إجمالي تكلفة الملكية على التوالي.

1. يكمن جوهر تقليل تكلفة الشراء في تقليل تكلفة المجموعة

خلية وقود الهيدروجين هي عنصر التكلفة الرئيسي للمركبة بأكملها ، حيث تمثل حاليًا 62 ٪ ، وعلى عكس صلابة تكلفة نظام الجسم ، يحدد مستوى سعرها الاقتصاد في تكلفة الشراء. من منظور الاختراق ، تمثل المحفزات واللوحات ثنائية القطب وأغشية تبادل البروتون وطبقات انتشار الغاز في المكدس معًا 49 ٪ من تكلفة السيارة بأكملها ، ومساحة تحسين تكلفة الإنتاج كبيرة ، مما يحدد التكلفة المستقبلية مساحة التخفيض.

( 1) خفض التكلفة الدخول في المسار السريع

انخفض سعر أنظمة خلايا الوقود بنسبة 60-70٪ في السنوات الثلاث الماضية ، ومن المتوقع أنه بحلول عام 2025 ، ستظل مساحة الإسقاط 60٪. وفقًا لـ "خريطة الطريق التقنية 2.0 لتوفير الطاقة ومركبات الطاقة الجديدة" ، سينخفض ​​سعر مداخن المركبات التجارية إلى 1200 يوان / كيلوواط و 400 يوان صيني / كيلوواط في 2025 و 2035 ، على التوالي ، وسعر أنظمة خلايا وقود الهيدروجين سوف تنخفض إلى 1000 يوان صيني / كيلوواط في عام 2035. في حدود كيلوواط.

( 2) محركات خفض التكلفة

① المرحلة الأولى: قبل عام 2025 ، سيكون الإنتاج والمبيعات عند مستوى منخفض ، وسيعتمد خفض التكلفة على التقدم التكنولوجي

أ. استبدال المواد

يتم تحقيق طرق التكنولوجيا التكرارية من خلال البحث والتطوير المستمر ، على أساس ضمان الأداء ، استبدال بعض المواد الخام عالية الثمن. على سبيل المثال ، يحتوي المحفز على Pt منخفض ولا يوجد Pt ، واللوحة ثنائية القطب مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ ، وهدف الطلاء مصنوع من مواد معدنية غير ثمينة.

ب. تحسين العملية

من خلال تحسين تصميم المنتج ، عملية الإنتاج ، عملية الإنتاج ، إلخ ، تقلل من كمية أو استهلاك المواد الخام. على سبيل المثال ، بالنسبة لمجموعة الطاقة نفسها ، يمكن تقليل عدد خلايا البطارية عن طريق تحسين التصميم.

ج. الإحلال المحلي

تكلفة خلايا الوقود الهيدروجينية مرتفع ، أحد الأسباب هو أن التكنولوجيا المحلية لم تنضج بعد ، وأن المكونات الرئيسية أو المواد الخام تعتمد على الواردات.متوسط. هذا الوضع يتحسن ، على سبيل المثال ، انخفض سعر مضخات دوران الهيدروجين من 30000 يوان لكل وحدة في فترة الاستيراد الخالصة في عام 2019 إلى 10000 إلى 20000 يوان لكل وحدة في فترة الاستبدال المحلي في عام 2020. هناك مجال للانخفاض.

زادت درجة توطين أنظمة خلايا الوقود الهيدروجينية من 30٪ في عام 2017 إلى 60٪ -70٪ في عام 2020. تم إنتاج المكونات الأساسية مثل المداخن والأقطاب الكهربائية الغشائية والألواح ثنائية القطب ومضخات دوران الهيدروجين وضواغط الهواء بشكل مستقل. كما يتم تطوير المواد الأساسية مثل أغشية تبادل البروتونات والطبقات التحفيزية وطبقات انتشار الغاز بوتيرة متسارعة ، وهي في مرحلة اختبار تسليم العينات والتحقق منها ، تتوقع الصناعة تحقيق الاستبدال المحلي بالكامل في السنوات 2-3 القادمة.

② المرحلة الثانية: بعد عام 2025 ، سيزداد الإنتاج والمبيعات على مستوى عشرات الآلاف من الوحدات ، يظهر تأثير المقياس

مع تحسين النضج التكنولوجي ، فإن تأثير خفض التكلفة الناتج عن التكنولوجيا التقدم يضعف. تؤدي الزيادة في الإنتاج والمبيعات إلى تخفيف تكاليف إنتاج الوحدة وتعزيز وفورات الحجم. وفقًا لتوقعات وزارة الطاقة الأمريكية ، من المفترض أنه وفقًا لمستوى التكنولوجيا الثابتة في عام 2017 ، ستنخفض تكلفة أنظمة خلايا وقود الهيدروجين بشكل كبير مع زيادة الإنتاج. من 1000 وحدة إلى 500000 وحدة في الصناعة ، ستنخفض تكلفة النظام من 216 دولارًا / كيلوواط إلى 53 دولارًا / كيلوواط ، أي انخفاضًا بنسبة 75 ٪ ؛ ستنخفض تكلفة المكدس من 154 دولارًا / كيلوواط إلى 26 دولارًا / كيلوواط ، أي انخفاض يصل إلى 83٪.

في عام 2020 ، ستكون المبيعات الوطنية لمركبات وقود الهيدروجين 1177 وحدة ، والصناعة لا يزال بمقياس 1000 وحدة. تشير التقديرات إلى أنه بحلول عام 2025 ، مدفوعًا بالهدف الرسمي المتمثل في 100000 وحدة وسياسة دعم "المكافآت بدلاً من الدعم" لمدة 4 سنوات ، سيتجاوز نطاق إنتاج المكدس المحلي مستوى 10000 وحدة. وستنخفض الأسعار بأكثر من 50٪ . مع زيادة الاختراق ، ستنخفض تكاليف الاستحواذ أكثر.

2. يعتمد خفض التكلفة على مستوى استهلاك الهيدروجين وسعر مبيعات الهيدروجين النهائي

مع تقدم تقنية خلايا وقود الهيدروجين وتحسين أداء السيارة ، انخفض مستوى استهلاك الهيدروجين الشامل للمركبات تدريجيًا. يعتمد سعر ملء محطة الهيدروجين على تكلفة روابط سلسلة التوريد الثلاثة للإنتاج والتخزين والنقل والتعبئة. في الوقت الحاضر ، تقيد البنية التحتية الأولية لطاقة الهيدروجين وسوق المصب بعضهما البعض. ويؤدي حجم السوق الصغير إلى تخصيص غير كافٍ للتكاليف الثابتة في السلسلة الصناعية. لم يتم فتح الروابط المختلفة لإنتاج الهيدروجين وتخزينه ونقله بشكل فعال. لا تزال طرق فنية مختلفة في مرحلة التطوير ، مما أدى إلى ارتفاع أسعار مبيعات محطة الهيدروجين.

وفقًا لـ "خارطة الطريق التقنية للمركبات الموفرة للطاقة والطاقة الجديدة 2.0" ، من المتوقع أنه بحلول عام 2025 و 2030 ، سيكون سعر البيع النهائي للهيدروجين في سيتم تخفيض بلدي إلى 40 يوان / كجم ، 25 يوان / كجم ، وهو انخفاض كبير.

3. في إطار سيناريو الدعم الكامل ، ستحقق الشاحنات الثقيلة تدريجيًا تكافؤ التكلفة الإجمالية للملكية اعتبارًا من 2023

تعد الشاحنات الثقيلة هي أكثر المركبات ملاءمة لتطبيقات الطاقة الهيدروجينية ، كما أن وقت تكافؤ التكلفة الإجمالية للملكية هو عقدة مهمة لتحسين طاقة الهيدروجين اختراق.

قامت اللجنة الدولية للنقل النظيف بتحليل شامل لثلاث مدن نموذجية في الصين (بكين وشنغهاي وشنتشن) ، تمثل خطوط عرض وميزات جغرافية مختلفة. في ظل سيناريو تنفيذ الحكومة لحزمة سياسات الدعم ، 2023-2026 ستحقق تدريجياً تكافؤ التكلفة الإجمالية للملكية لثلاث شاحنات ثقيلة رئيسية ، بما في ذلك الشاحنات والشاحنات القلابة والجرارات نصف المقطورة.

الملخص

الطاقة الهيدروجينية هي تحقيق محايد كربونيًا ورابطًا لا غنى عنه ، سيولد المستقبل سوقًا بمستوى عشرة تريليونات ، وستستفيد منه جميع روابط السلسلة الصناعية. لقد تجاوزت صناعة طاقة الهيدروجين الحالية المرحلة التقنية من 0 إلى 1 ، وهي تدخل دائرة فعالة من تطبيقات خفض التكلفة. يتم تشكيل نظام كامل من سياسات الدعم المركزية إلى المحلية. لم تعد هذه الجولة من طفرة تطوير الطاقة الهيدروجينية مجرد دعاية للمفهوم ، ولكنها دعم منطقي قوي وراءها ، والاستفادة من ذلك ، فإن بيئة ريادة الأعمال والاستثمار والتمويل تزداد بسرعة أيضًا.

كتب نائب رئيس الوزراء ليو هي مقالًا في صحيفة الشعب اليومية في 24 نوفمبر ، مشيرًا إلى أن ذروة الكربون محايدة الكربون ، والتطوير عالي الجودة والعلميالابتكار التكنولوجي هو الاتجاه العام لتنمية بلدي على المدى المتوسط ​​والطويل. تعد صناعة الطاقة الهيدروجينية مسارًا طويل الأجل يخضع للتوجيه العام للدولة ، ونحن منذ فترة طويلة قلقون بشأن تطوير سلسلة الصناعة بأكملها وتزويد رواد الأعمال بخدمات استشارية احترافية لرأس المال.

المرفقات: بعض الشركات في السوق الأولية لسلسلة صناعة الطاقة الهيدروجينية

(I) خلية وقود الهيدروجين

(2) إنتاج الهيدروجين

(3) التخزين والنقل

(4) إعادة التعبئة

تحرير: مراجعة Xiaoying: Xia Yu

ارجع إلى سوهو ، شاهد المزيد

  1. رابط المقال : https://ar.sdqirong.com/article/xinnengyuanyanjiuyipianwenzhangdudongwanyiqingnengchanyelianchuangyetouzijihui_71592.html
  2. عنوان المقال : [أبحاث الطاقة الجديدة] مقال لفهم فرص رأس المال الاستثماري لتريليونات سلسلة صناعة الطاقة الهيدروجينية
  3. تم نشر هذا المقال بواسطة مستخدمي الإنترنت في Qirong.com ولا يمثل آراء ومواقف الموقع. إذا كنت بحاجة إلى إعادة الطباعة ، فيرجى إضافة رابط للمقال.