LingTan
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来源: 氢能网h2city.cn
一、关于电解水制氢数据
电解水制氢一标方氢气需要3~5度电左右(详见下表)。11.2标方氢气为1公斤,电解水制氢1公斤耗电约35~55度左右,所以水解制氢成本取决于电价。以下图表为常见电解水方式的耗电以及优缺点对比图表:
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二、关于氢气发电数据
1公斤氢气的热值约当于33KW h(度)电,氢燃料电池电堆发电效率一般在40%~60%区间工作。一般按照50%效率计算,1公斤氢气可发电发电在16度左右。该数值取决于燃料电池功率输出的效率点。下图是一款产品的效率曲线示意。
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说明:这里的效率仅指发电效率,不含热效率;这个效率值会随着科技的发展会有提升,比如日本丰田NEDO路线图中到2040年的最高效率目标是78%;随着输出功率变化效率也是一个动态变化过程,我们看均值更有意义;由于电堆集成系统后有空压机等辅助系统的寄生功率,所以实际对外做功效率会更低。
三、关于氢气高压气态运输数据
1公斤氢气从常压升到20MPa(200个大气压)需要大约2度电。目前常用的长管车(鱼雷车)运氢方式基本是这个压力,为了降低运输成本正在研发提升长管车压力。另每个长管鱼雷车一般由6~8个高压钢瓶组成,每车拉约260~460公斤的氢气。该种运输方式在200~300公里以内(150公里最经济)相对有经济性,也是目前最常用的运氢方式。卸气一般需要2~6小时。
说明:目前正在从政策和技术层面提升气态运氢能力,预计运氢储罐压力提升到45~50MPa,这样一车预计可以运输1000~1500公斤。会让高压气态运输更有经济性。
四、关于氢气的摩尔体积数据
一公斤氢气约为11.2标方(标况下的11.2个立方米体积)。
五、关于液氢的数据
氢气需要在21K(零下253摄氏度)时才能液化,现状液化1公斤氢气需要11~15度电左右。随着技术改进,有机会做到5~8度电,(这个过程是高难度的,高技术含量的)。

液氢的密度71g/L。现状常用液氢槽罐车容积大约65立方米,一次可以运输液氢约4000Kg.

1kg of Hydrogen is the equivalent of:
– 4 litres of gasoline
– 14 litres of volume when liquefied at -253 ℃
– 120 MJ of energy, almost three times more than diesel or gasoline
– 33.6 kWh of usable energy, versus diesel which only holds about 12–14 kWh per kg.

  • Hydrogen flammability range—a 4% to 74% concentration in air and 4% to 94% in oxygen.

六、关于车载储氢瓶内氢气密度的数据
车载储氢瓶70MPa(700个大气压)下每升含重量只有约39克。中国目前采用的是35MPa(350个大气压),每升重量约20~22g左右(也和温度相关)。深冷液化需要到零下253℃,每1升液氢重量为含71克,即1立方液氢约70公斤多(83公斤是纯理论值)。
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氢气在不同压力和温度下的密度曲线图(可查表)
说明:所以35MPa下140L的车载储氢瓶储氢量约3公斤左右;目前常见的35MPa车载储氢瓶有:100L、120L、140L、145L、210L、165L、260L、385L等常见规格。
七、关于有机物储氢的数据
现状有机液体储氢技术可以实现在常温常压下每1升含氢近60克,所以它的储氢量是非常高的,但是释放氢气出来需要加热到200度左右,也是个高耗能的过程。
八、关于续航里程的数据
1公斤氢气,可以约发16度电,10.5米多的大巴跑一公里,大约需要0.6-0.9度电,大巴车100公里耗氢约4~5.5公斤左右;乘用车百公里耗氢约0.5~0.8公斤,日本丰田Mirai储氢5.6公斤,最大续航里程1030公里;系统功率130KW,40吨左右的重卡百公里耗氢约10~13公斤(概数)。
九、关于加氢站的数据
加氢站主要设备压缩机、加氢机都有能耗。在高压储罐和车载系统均压后,仍需要压缩机给高压储罐增压故有能耗,加氢机也有需要预冷散热等能耗。统计到加氢机每加1公斤耗电量约在0.8度以内。(数据来自于上海、武汉、安徽三地加氢站数据,如有错误请指正)
另,国内加氢站氢气售价是35~80元/公斤区间。

近日,来自美国能源部 SLAC 国家加速器实验室和莱顿大学的研究人员取得了一项重大突破,成功确定了长期以来困扰科学界的负极化铂电极腐蚀问题的根源,为实现更经济的氢能生产以及更可靠的电化学传感器应用开辟了新的道路。相关研究解决了近二十年来一直存在的科学谜团。

斯坦福同步辐射光源(SSRL)的高级科学家、SLAC 团队首席研究员迪莫斯塞尼斯・索卡拉斯(Dimosthenis Sokaras)指出:“对于大多数金属而言,负极化是一种有效的防腐蚀手段,但铂电极却在相同条件下迅速分解。”

过去,存在两种理论试图解释铂电极的腐蚀现象,一种将其归咎于钠离子,另一种则认为是钠和氢离子的共同作用。然而,此次研究团队利用 SSRL 的高能量分辨率 X 射线光谱技术,首次实现了对铂腐蚀过程的实时观测。

为了更清晰地观察铂电极的细微变化,研究人员特别设计了一种 “流动池” 装置,用以清除电极运行过程中产生的氢气泡,从而排除干扰因素。

经过多年的深入数据分析,研究团队最终确认,铂电极的快速分解是由一种此前未被充分考虑的物质 —— 铂氢化物所导致的。索卡拉斯表示:“通过推动 X 射线科学的前沿发展,SSRL 开发了先进的操作方法,并结合现代超级计算技术,我们终于解决了这个困扰多年的科学难题。”

这一发现不仅揭示了铂电极腐蚀的真正原因,更为后续开发防止铂腐蚀的有效解决方案提供了关键线索。

研究团队希望基于这些新的见解,能够开发出相应的技术手段,以保护电解槽和其他设备中的铂电极,从而降低成本,提高设备的可靠性和使用寿命。

相关研究成果已发表于《自然・材料》(Nature Materials)期刊,论文题为 “水溶液中阴极腐蚀过程中铂氢化物的形成”(Formation of platinum hydride during cathodic corrosion in aqueous solution),DOI:10.1038/s41563-024-02080-y。

钙钛矿(Perovskite)是一类具有特定晶体结构的化合物,其名称来源于最早发现的钙钛矿矿物——钛酸钙。这种化合物有个特点,就是它们的晶体结构都具有一个 “框架”,这个框架由三种不同的组分组成,我们叫它们A、B和X。

其中A组分通常是半径比较小的一价阳离子,比如铯、铷,也可以是半径较大的有机胺离子;B通常为二价过渡金属阳离子,如铅、锡等;X则为卤素阴离子,如氯、溴和碘。

钙钛矿以其优异的光电性能、可设计性强、制备工艺简单和原材料丰富等优势,目前在太阳能电池、发光二极管、光电探测器等领域有广泛应用。其中,钙钛矿电池具有制备工艺简单、成本低廉、可柔性化等优势,被认为是下一代太阳能电池的重要发展方向。

“超级鲶鱼”如何搅动市场?

根据伍德麦肯兹的统计,2023年,特斯拉位居全球电池储能系统集成商市场排名第一,市场份额达到15%,实现了对阳光电源的反超。但是其也面临着产能受限和售价高的问题,据标普统计,2024年上半年全球储能系统集成商出货量排名中,阳光电源反超特斯拉重回第一。

截至目前,特斯拉的储能业务主要集中在美国、澳大利亚等海外市场。随着上海储能超级工厂落地,中国庞大的储能市场也将成为特斯拉的目标。

近几年正受益于风电、光伏并网规模增长的春风,新型储能在我国取得了突飞猛进地发展。根据CNESA不完全统计,截至2024年底,我国电力储能累计装机首超百吉瓦,达到 137.9GW。新型储能装机规模首次超过抽水蓄能,2024 年新增装机规模达 43.7GW/109.8GWh,同比增长 103%/136%。
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图说:2024 年新增装机再创新高,锂电池储能累计装机量超越抽水储能
来源:国泰君安期货研究

特斯拉在此时选择在中国建厂布局储能业务,无疑是看中了可为特斯拉提供广阔发展空间的中国市场。但事实上,国内快速膨胀的储能市场已吸引了巨量参与者,也带来了激烈的价格战,企业利润空间不断压缩。

与装机量持续走高相反,2024年储能产品价格持续下滑。CNESA数据库显示,从中标价格来看,2024年储能系统中标均价下降,2h磷酸铁锂储能系统全年中标均价628.07元/kWh,相比年初下降了43%。同期,彭博新能源财经的调查报告反映,2024年全球锂电池组的平均价格与2023年相比下降了20%。

相比之下,特斯拉的储能系统的价格并不占优势。今年年初,特斯拉官网显示一套2小时Megapack价格为102.86万美元(不含税与安装成本),批量销售单价为93.98万美元,单价低至342.87美元/kWh(2.23 元/Wh),313.27美元/kWh(2.04元/Wh),交付期排到了今年年第四季度。

2元/Wh的价格对于特斯拉来说已经来到了历史谷底,相较2024年年初几乎腰斩,但相对于国内厂商低于0.5元/Wh的中标价明显不具备竞争力。不过,鑫椤锂电高级研究员龙志强分析称,上述中标均价与特斯拉储能系统的报价尚不能简单对比,还需要考虑到国内储能系统销往海外的运输、税费,以及承担更长质保要求等成本因素。
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图说:特斯拉Megapack历史报价(单位:百万美元)
来源:特斯拉

但毫无疑问,中国在电池供应链方面具有显著优势,特斯拉可以利用这一体系提升产量并降低成本,在破解产能困局的同时把成本打下去。上海储能超级工厂,将帮特斯拉储能撕掉“价格贵”的标签。

特斯拉的电动汽车业务正式在上海超级工厂投产之后借助中国本土供应链实现了规模化降本,开启了价格下探之路。受益于产能释放、价格下探,特斯拉也稳坐全球销冠宝座,消费者也享受到了更低价格的产品。

如今,特斯拉也正是希望在储能板块复制汽车业务的模式,待上海储能超级工厂完全放量后,2元/Wh的价格将成为历史,特斯拉也将会跟中国本土储能厂商开始贴身肉搏。这可能成为中国储能市场新一轮洗牌的催化剂。
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图说:特斯拉储能产品
来源:特斯拉

对此,知名战略定位专家、福建华策品牌定位咨询创始人詹军豪在接受证券时报采访时表示:“对于国内做储能的同行来说,特斯拉的进入无疑将加剧市场竞争。特斯拉的技术优势和品牌影响力可能会使其在市场上占据一定份额,对现有的储能企业构成一定压力。”

彭博新能源财经储能分析师史家琰向界面新闻表示,中国的本土供应链极具规模优势,中国高素质劳动力成本低以及政策层面为特斯拉提供的有利营商环境,都会显著降低上海储能超级工厂Megapack的生产成本,从而提升其产品竞争力和利润率。

史家琰同时表示,考虑到特斯拉美国制造的Megapack产品设计和中国本土厂商的主流产品设计仍有区别,不确定Megapack是否会以中国市场为第一目标。“特斯拉可能以中国产Megapack进军中国以外的主流和新兴市场,比如欧洲、澳洲、东南亚。”

不过,特斯拉 “鲶鱼效应”带来的并不仅是竞争,更是全产业链的进化机遇,据《上海证券报》披露,特斯拉在中国的一级供应商数量已突破400家大关,其中更有逾60家成功跻身特斯拉的全球供应链体系。

2021年,特斯拉将储能系统的电芯供应商就从LG系能源转换到了宁德时代,后者逐渐成为特斯拉储能业务最大的供应商。去年底,据晚点LatePost报道,特斯拉已与亿纬锂能达成储能电池供货协议,亿纬锂能的马来西亚工厂计划在 2026 年开始向特斯拉美国供应储能电池。

未来,上海超级工厂的投产将会带动国内上下游产业链的发展,包括电池材料、电力电子设备等领域的创新与升级。

据了解,今年以来,欧洲已有多国出台农业光伏法,就专门对农业光伏的占地面积进行了严格限制,垂直安装的优势就显现出来了。
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据介绍,Next2Sun公司的垂直双面太阳能技术,允许在垂直方向安装太阳能电池板,利用两侧发电,同时农民可在电站下方种植作物,发电和农业经济两不误

从投影面积上看,相较于常规倾斜安装,垂直安装方式组件占用面积极低,使空间利用率大幅提升。而且垂直系统建设无需改变地形,可更好发挥土地原本的经济属性(如农、牧业用地),将太阳能的发电价值与土地本身的价值最大化。
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全球第一个采用垂直安装组件的农光互补项目,诞生于日本。
早在2022年5月,日本可持续能源政策研究所 (ISEP) 和日本 EPC 承包商 Ryoeng Co., Ltd. ,就在福岛县二本松市建造了一个垂直设计的农业光伏系统。项目采用的组件是由德国公司 Luxor Solar 提供的异质结组件,垂直安装系统则是由Next2Sun 提供。光伏组件面板行之间的距离从 8 米到 10 米不等,阵列设计符合日本风速标准。阵列间的土地被当地的畜牧农用作牧场。
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据项目负责人介绍,之所以选择垂直安装的方式是因为土地稀缺,垂直安装更有利于土地的双重利用。

值得注意的是,对于垂直安装损失的正午时段的发电量,相关方认为未来随着系统中光伏渗透率的进一步升高,正午时的电价可能出现负电价或者需要由储能系统存储起来,因此损失的发电量实际价值并不高。

现在看来,他们的预判成真了!

光伏板安装方式对光伏电站的发电量的影响:
通过对不同纬度、不同倾角、方位角等安装情况下,发电量及发电量增量进行了对比值:
不同工况下发电量对比
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来源:光伏电站技术探讨之大家小言

对表中数据进行分析,可得:

1)倾角由最优角改为垂直布置方式,发电量的降低与纬度负相关。随着纬度的增高,采用垂直布置方式优势不断显现。

2)整体来看:当方位角为90°时,双面组件在垂直布置方式下与最优角度的差异比例与纬度无关,均约低于28%左右。

总结,高纬度的地区光伏组件采用垂直的布置方式的确更有优势。更令人信服的是,已经有实际落地的项目证实了这一点。

早在2022年,挪威的一家初创公司Over Easy Solar AS,就已完成了第一个垂直太阳能组件技术的屋顶试点项目。

这套部署在挪威某学校屋顶上的光伏发电系统,装机容量仅为5kW,使用了150块基于异质结光伏电池技术的特殊光伏组件——组件安装后的总高度是距屋顶表面31.4厘米,且所有组件均垂直于屋面平面。
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据该公司首席执行官解释,之所以选择这样的设计,是专门针对高纬度地区的屋顶光伏安装。在高纬度地区,垂直于屋面安装的太阳能电池板,能更好地面对阳光,并更好地发挥双面发电的性能优势。

而事实证明,这一选择方向不仅让光伏阵列在中午11点左右达到发电量的峰值下午7点左右还会产生第二个峰值。恰巧,中午和傍晚,正是一天中用电量的高峰时刻。

此外值得注意的是,150光伏组件被分为50个垂直光伏单元,每个单元由一个安装系统和光伏电池组成一个预组装件,因此可以更快地安装。且由于组件为垂直于建筑的矮板,几乎不需要紧固或压载物,安装工作进一步得到了简化:两名工人只用了不到一个小时就完成了。
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此外,在西班牙、德国等都有垂直设计的光伏系统的应用。

垂直光伏的解决方案其实是起源于欧洲。
在欧洲,日常需求高峰主要发生在一天结束时,此时公共交通最繁忙,家用电器的使用量最高,建筑照明和取暖设备处于开启状态。出于同样的原因(见下图),早上也出现了一个稍微不那么明显的每日高峰。
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比利时工作日每小时用电量的平均分布 来源:CLEANdata

在这种情况下,传统的以水平面倾斜约 20 至 30 度安装的光伏发电站,在白天注入的能量最多,而在早上和晚上,产生的能量很少,这与社会日常电力需求曲线相反,并不利于调节电网不平衡的风险。

据传,莱比锡应用科学大学的科学家们因此开始研究垂直光伏装置的大规模发展可能给德国电网带来的好处,并得出了垂直安装的类似于“太阳能篱笆”的双面组件,可通过它们的两个面捕获直接和间接辐射,对电网更加友好。

不仅如此,光伏组件采用垂直的布置方式,在高纬度地区更是有特别的优势。

《巴黎协定》是2015年12月在法国巴黎举行的《联合国气候变化框架公约》缔约方会议上通过的一项具有里程碑意义的国际气候协议。该协定旨在应对全球气候变化,限制全球平均气温升幅,同时促进各国实现可持续发展目标。协议于2016年11月4日正式生效,目前已有超过190个缔约方签署。
周一,特朗普在宣誓就任总统后立即签署了一封致联合国的信函,告知美国将退出《巴黎协定》。根据协定,退约将在信函提交一年后正式生效。
特朗普曾在第一任期内决定退出《巴黎协定》,但拜登总统在赢得大选后于2020年重新加入。

继续发挥领导作用至关重要

古特雷斯表示,世界各国于 2015 年通过了《巴黎协定》,因为它们认识到气候变化已经造成的巨大危害以及气候行动带来的巨大机遇。 它为所有国家的行动提供了一个有意义而又灵活的框架。
古特雷斯强调,过去十年是有史以来最热的十年。人们只需看看洛杉矶,就能看到这场人类、生态和经济灾难的后果。他表示,根据《巴黎协定》所做的集体努力已经有所作为,但人们还需要更进一步、更快地共同做出努力。
他指出,《巴黎协定》所设想的变革已经开始,它引发了一场能源革命,为各国和企业投资可再生能源提供了无与伦比的机会,为 21 世纪的就业和繁荣提供了动力。各国领导人必须在气候行动的关键十年抓住这些机遇。
古特雷斯表示相信,美国的城市、州和企业--以及其他国家--将继续展示远见和领导力,努力实现低碳、有韧性的经济增长,为21世纪的繁荣创造高质量的就业机会和市场。

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