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30億!300MW,2萬(wàn)噸!全球最大光伏制氫項目開(kāi)工!附各類(lèi)制氫方式比較
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添加時(shí)間:2022-06-21 12:13:59

2021年11月30日,中國石化在北京、烏魯木齊、新疆庫車(chē)三地舉行云啟動(dòng)儀式,宣布我國首個(gè)萬(wàn)噸級光伏綠氫示范項目——中國石化新疆庫車(chē)綠氫示范項目正式啟動(dòng)建設。

 

這是我國首個(gè)萬(wàn)噸級光伏制氫項目

也是全球在建的最大光伏綠氫生產(chǎn)項目

包括光伏發(fā)電、輸變電、電解水制氫、儲氫、輸氫五大部分

投資近30億元

 

 

 

      項目將新建裝機容量300兆瓦、年均發(fā)電量6.18億千瓦時(shí)的光伏電站,年產(chǎn)能2萬(wàn)噸的電解水制氫廠(chǎng),儲氫規模約21萬(wàn)標立方的儲氫球罐,輸氫能力2.8萬(wàn)標立方每小時(shí)的輸氫管線(xiàn)及配套輸變電等設施。


 

項目預計2023年6月建成投產(chǎn)

生產(chǎn)的綠氫將供應中國石化塔河煉化公司

替代現有的天然氣制氫

預計每年可減少二氧化碳排放48.5萬(wàn)噸!

能源視界,


電解水制氫科普


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所謂的光伏制氫并非全新的概念,其研究主要集中在熱化學(xué)法制氫、光電化學(xué)分解法制氫、光催化法制氫、人工光合作用制氫和生物制氫等。這其中,將光伏發(fā)電和電解水組合制氫組合成系統的技術(shù),是主流發(fā)展方向。在國際市場(chǎng)上,光伏制氫已經(jīng)開(kāi)始得到落地。此前著(zhù)名的當屬日本的福島氫能源研究基地,該基地曾被為世界上規模最大的可再生能源制氫工廠(chǎng),占地總面積為22萬(wàn)平方米。其中,18萬(wàn)平方米為光伏發(fā)電區域,4萬(wàn)平方米為制氫車(chē)間,系統裝置具備1萬(wàn)千瓦制氫能力。

 

研究員史英哲在接受《證券日報》記者采訪(fǎng)時(shí)表示,儲能和應用場(chǎng)景一直是制約光伏行業(yè)發(fā)展的因素之一。儲能方面科技賦能訴求強烈,建議重點(diǎn)關(guān)注相關(guān)公司在高效率高安全性大容量?jì)δ?、氫能及燃料電池、高效率光伏發(fā)電材料、新型絕緣材料、超導材料、寬禁帶電力電子器件等技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)和應用。在下游應用端,除了電力消費市場(chǎng),光伏發(fā)電應用重點(diǎn)領(lǐng)域還包括建筑和交通等。

 

史英哲說(shuō):“分布式光伏可以與建筑及充電設施等結合,實(shí)現太陽(yáng)能發(fā)電的就地消納,如公園、學(xué)校、醫院、交通場(chǎng)站等公共建筑,應該是最先大力發(fā)展分布式光伏的場(chǎng)合。集中光伏電站方面,可以利用西部太陽(yáng)能發(fā)電成本低的優(yōu)勢開(kāi)展光伏制氫、光伏制燃料等應用,利用氫能易于存儲的優(yōu)勢,解決西部地區電力系統消納光伏發(fā)電空間小的問(wèn)題,拓展我國西部地區光伏發(fā)電的發(fā)展路徑?!?/p>

 

本文梳理了福島氫能研究項目(FH2R)的有關(guān)情況,便于大家更深入地了解光伏制氫。

 

2020年3月7日,日本新能源與產(chǎn)業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)組織(NEDO),東芝能源系統與解決方案公司,東北電力公司和巖谷公司舉行了福島氫能研究項目(FH2R)開(kāi)幕式。FH2R項目自2018年7月在南江(Namie)啟動(dòng),2020年2月底完成10MW級制氫裝置建設并試運營(yíng),10MW電解槽裝置,每小時(shí)可產(chǎn)生高達1,200 標方的氫氣,這是世界上最大的光伏制氫裝置。該項目占地220,000平米,其中光伏電場(chǎng)占地180,000平米,研發(fā)以及制氫設施占地40,000平米。

 

整個(gè)制氫工廠(chǎng)分為四大設施,分別是制氫車(chē)間、儲氣罐區、壓縮與出貨運輸站、綜合管理中心。

 

(FH2R項目系統概要)

 

 

FH2R項目配備20MW的光伏發(fā)電系統以及10MW的電解槽裝置,每小時(shí)可產(chǎn)生高達1200 標方的氫氣(額定功率運行)。項目占地220,000平米,其中光伏電場(chǎng)占地180,000平米,研發(fā)以及制氫設施占地40,000平米。FH2R產(chǎn)生的氫氣將為固定式氫燃料電池系統以及燃料電池汽車(chē)和公共汽車(chē)等提供動(dòng)力。

 

 

 

FH2R項目一方面根據下游市場(chǎng)供需預測系統開(kāi)展生產(chǎn)和存儲,同時(shí)亦可通過(guò)調節氫氣生產(chǎn)單元來(lái)滿(mǎn)足電網(wǎng)控制系統的調節需求。當前測試階段最重要的挑戰是使用氫能管理系統來(lái)實(shí)現氫的生產(chǎn)和存儲以及電網(wǎng)供需動(dòng)態(tài)平衡的最佳組合,從而無(wú)需使用蓄電池。為了應對這一挑戰,測試將開(kāi)始確定最佳的運行控制技術(shù),該技術(shù)使用各自具有不同運行周期的設備單元將電網(wǎng)需求響應與氫氣供求響應相結合。

 

FH2R項目距離福島縣、仙臺市以及東京市的距離分別為70公里、100公里和250公里。氫氣將主要通過(guò)長(cháng)管拖車(chē)運送給上述地區的用戶(hù)。

 


FH2R項目中,東芝將牽頭整個(gè)項目建設,并開(kāi)發(fā)氫能管理系統;東北電力將專(zhuān)注于能源管理系統(EMS)監控、數據采集(SCADA)系統以及與電網(wǎng)相關(guān)的事項;巖谷公司將研究氫的需求和供應預測系統,以及氫運輸和存儲。堿性電解水系統源自朝日Kasei公司先進(jìn)的氯堿電解技術(shù)。

 

福島縣原來(lái)是日本的電力大縣,縣內有福島第一核電站和第二核電站,第一核電站在2011年的大地震大海嘯襲擊下發(fā)生核泄漏之后,已經(jīng)全部廢爐。第二核電站停止發(fā)電中。所以,“電力大縣”之名已經(jīng)名存實(shí)亡。根據2016年9月制定的《福島新能源社會(huì )計劃》,福島將推動(dòng)氫能實(shí)現廣泛應用。制氫工廠(chǎng)的建設,不僅是福島災后重建的重要一環(huán),更是恢復“電力大縣”地位的一大舉措。讓環(huán)保安全的氫能源來(lái)代替核電,構建面向未來(lái)的能源生產(chǎn)與供應體系,讓日本脫離“核電社會(huì )”,邁向“氫能社會(huì )”,福島的這一座制氫工廠(chǎng),會(huì )成為一大象征。

 

運氫車(chē)是特別開(kāi)發(fā)的車(chē)輛,整個(gè)氣罐后側安裝有輪胎,也就是說(shuō),氫氣從儲氣罐里進(jìn)入壓縮機壓縮之后,直接灌注到運輸氣罐中,而卡車(chē)車(chē)體直接將氣罐掛靠后,就可以拉走,而不需要現場(chǎng)灌充,最大限度保證氫氣灌充與運輸的安全性。

 

氫氣運輸車(chē)全長(cháng)9.390米,重量為20噸,可灌充壓力為19.6Mpa的氫氣0.237噸(2642Nm3)。整個(gè)運輸站可以同時(shí)對12輛運氫車(chē)實(shí)施灌充。

 

FH2R項目技術(shù)概況

 

氫能市場(chǎng)前景廣闊,電解水制氫是未來(lái)發(fā)展重點(diǎn),當期制氫方式主要有四種:化石燃料制氫、工業(yè)副產(chǎn)物制氫、電解水制氫、生物質(zhì)制氫及其他。其中化石燃料制氫與工業(yè)副產(chǎn)物制氫憑借較低的成本占據制氫結構的主體地位,然而隨著(zhù)化石燃料產(chǎn)量下降、可持續發(fā)展理念的深化,氫能俱樂(lè )部氫能市場(chǎng)在遠期(2050 年左右)將形成以可再生能源為主體、煤制氫+CCS(碳捕獲)與生物質(zhì)制氫為補充的多元供氫格局。為測算與汽油價(jià)格相比具有競爭力的氫氣售價(jià),本文將氫氣的理想成本定為 2.6 元/ Nm3。

 本文觀(guān)點(diǎn) 


 

 

電解水成本偏高,降成本主要依賴(lài)電價(jià)

 

由于電費占整個(gè)水電解制氫生產(chǎn)費用的 80%左右,因此水電解制氫成本的關(guān)鍵在于耗能問(wèn)題。存在兩條降成本途徑:一是降低電解過(guò)程中的能耗,可通過(guò)開(kāi)發(fā) PEM(質(zhì)子交換膜電解) 及 SOEC(固體氧化物電解) 技術(shù)來(lái)實(shí)現;二是采用低成本電力為制氫原料,關(guān)鍵在于依靠光伏和風(fēng)電的發(fā)展。以大工業(yè)電價(jià)均價(jià) 0.61 元/ kW·h 計算,當前電解水制氫的成本為 3.69 元/Nm3。

 

當用電價(jià)格低于 0.50 元/kW·h 時(shí),電解水制備的氫氣成本才可與汽油相當。光伏系統發(fā)電成本 0.5930 元/kWh,風(fēng)電度電成本約為 0.3656 元/kWh,且在未來(lái)仍有一定的下降空間。

 

天然氣制氫是目前主要制氫方式,降成本應關(guān)注天然氣價(jià)格

 

天然氣制氫中的甲烷水蒸氣重整(SMR)是工業(yè)上最為成熟的制氫技術(shù),約占世界制氫量的 70%(IEA數據)。我國天然氣價(jià)格受資源稟賦影響,天然氣資源主要分布集中的中西盆地也是價(jià)格最低的地區。尤其是新疆、青海等地區天然氣基本門(mén)站價(jià)格低至 1.2 元/千立方米左右。據測算,當天然氣價(jià)格為 2 元/Nm3 時(shí),測算出制氫成本為 1.35 元/Nm3,相比電解水制氫具有明顯的成本優(yōu)勢。

 

煤制氫成本最低,降成本空間較小

 

我國煤炭資源主要的格局是西多東少、北富南貧。內蒙古、山西原煤產(chǎn)量領(lǐng)先,煤價(jià)也相對偏低。當煤炭?jì)r(jià)格為 600 元時(shí),大規模煤氣化生產(chǎn)氫氣的成本為 1.1 元/ Nm3。如果在煤資源豐富的地區,當煤炭?jì)r(jià)格降低至 200 元 /噸時(shí),制氫氣的成本可能降低為 0.34 元/ Nm3。但由于煤炭?jì)r(jià)格下降空間有限,且煤氣化制氫企業(yè)已形成較大規模,未來(lái)煤制氫降成本空間較小。

 

丙烷脫氫和乙烷裂解副產(chǎn)制氫具有潛在產(chǎn)能

 

化工副產(chǎn)物制氫的成本難以單獨核算。目前我國規劃和在建的丙烷脫氫項目預計可以副產(chǎn)并外售 86.8 萬(wàn)噸氫。我國規劃中的乙烷裂解產(chǎn)能達到 1460萬(wàn)噸,可以副產(chǎn)并外售的氫氣達到 90.4 萬(wàn)噸。

 

氫能:未來(lái)動(dòng)力系統的替代能源


 

 

三大優(yōu)勢支持氫能發(fā)展

 

與傳統化工燃料汽油、柴油相比,氫能具有三大優(yōu)勢。

 

一是較高的含能特性:除核燃料外,氫的燃燒熱值據所有化工燃料榜首,燃燒 1kg 氫可放出 12MJ(28.6Mcal)的熱量,約為汽油的三倍。

 

二是較高的能源轉化效率:氫能可以通過(guò)燃料電池直接轉變?yōu)殡?,過(guò)程中的廢熱可以進(jìn)一步利用,其效率可達到 83%。氫氣燃燒不僅熱值高,而且火焰傳播速度快,點(diǎn)火能量低,所以氫能汽車(chē)比汽油汽車(chē)總的燃料利用效率可高 20%。

 

三是碳的零排放:與化石能源的利用相比,氫燃料電池在產(chǎn)生電能的過(guò)程中不會(huì )產(chǎn)生碳排放,可以實(shí)現良性循環(huán)。

 

氫的燃燒熱值居所有化工燃料榜首

資料來(lái)源:前瞻產(chǎn)業(yè)研究院、廣證恒生

以汽油內燃機的綜合熱效率和 CO2 排放量為基準來(lái)對比。氫燃料電池的綜合熱效率最高,同時(shí) CO2排放量少,是替代石油供給車(chē)輛動(dòng)力的最佳燃料。

 

氫燃料電池的綜合熱效率最高且 CO2排放量少

數據來(lái)源:《氫與氫能》、廣證恒生

 

四種制氫方式各存優(yōu)劣,天然氣制氫是主要來(lái)源

 

目前以四類(lèi)制氫方式為主:化石燃料制氫、工業(yè)副產(chǎn)物制氫、電解水制氫、生物質(zhì)及其他制氫方式。雖然制氫方法多樣,但各存優(yōu)劣。

 

天然氣制氫:雖然適用范圍廣,但是原料利用率低,工藝復雜,操作難度高,并且生成物中的二氧化碳等溫室氣體使之環(huán)保性降低。

工業(yè)尾氣制氫:利用工業(yè)產(chǎn)品副產(chǎn)物,成本較低。但是以焦爐氣制氫為例,不僅受制于原料的供應,建設地點(diǎn)需依靠焦化企業(yè),而且原料具有污染性。

電解水制氫:產(chǎn)品純度高、無(wú)污染,但是高成本了限制其推廣。

光解水與生物質(zhì)制氫:技術(shù)尚未成熟,實(shí)現商業(yè)化還需一定的時(shí)間。

 

從制氫成本方面看,煤制氫和天然氣制氫成本相對更低。就目前四類(lèi)制氫方式來(lái)說(shuō),天然氣制氫經(jīng)濟性最顯著(zhù)。

 

幾種制氫方式對比

數據來(lái)源:網(wǎng)絡(luò )資料整理

目前,天然氣制氫仍是我國最主要的制氫來(lái)源,占總制氫量的 48%。醇類(lèi)重整制氫及煤制氫也占有相當大的比重,來(lái)自電解水的制氫量最低,僅為 4%。

資料來(lái)源:中國氫能源網(wǎng)、廣證恒生

未來(lái)供氫主體以電解水制氫為主

 

可再生能源電解水制氫將上升為未來(lái)供氫主體。在氫能市場(chǎng)發(fā)展初期(2020-2025 年),化石燃料制氫與工業(yè)副產(chǎn)物制氫憑借較低的成本占據制氫結構的主體地位,隨著(zhù)化石燃料產(chǎn)量下降,這兩種方式占比逐漸下降;

 

到氫能市場(chǎng)發(fā)展中期(2030 年左右),煤制氫配合 CCS(碳捕獲)技術(shù)、工業(yè)副產(chǎn)物、可再生能源電解水制氫將成為有效供氫主體,同時(shí)開(kāi)發(fā)生物質(zhì)制氫等其他技術(shù);在氫能市場(chǎng)發(fā)展遠期(2050 年左右),我國將形成以可再生能源為主體、煤制氫+CCS 與生物質(zhì)制氫為補充的多元供氫格局。

 

中國氫氣供給結構預測

數據來(lái)源:2019 中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書(shū)、廣證恒生

 

氫氣與汽油成本平衡性分析

 

氫氣成本占加氫站氫氣售價(jià)的 70%。制約氫能推廣的一個(gè)主要原因是氫氣相比汽油等傳統能源更高的價(jià)格。加氫站銷(xiāo)售的氫氣價(jià)格中,包括制氫和儲運氫氣在內的氫氣成本占 70%,其中氫氣原材料的價(jià)格為50%,是最重要的一部分,因此制氫環(huán)節能否降低成本是降低氫氣售價(jià)的關(guān)鍵因素。

 

氫氣成本占氫氣售價(jià)的 70%

資料來(lái)源:《天然氣化工》、廣證恒生

 

2L 汽油車(chē)百公里耗油為 6-8 升,按照 7.3 元/L 的汽油售價(jià),百公里燃料費用最多為 58.4 元。以豐田Mirai 氫燃料電池汽車(chē)為例,其百公里氫耗平均水平為 1kg,意味著(zhù)氫氣的售價(jià)需降到 58.4 元/kg 以下才可與汽油等同,說(shuō)明氫氣成本需降到 29.2 元/kg。由于氫氣接近理想氣體,根據理想氣體方程 PV=nRT 可估算出 1Kg 氫氣約為 11.19Nm3。因此氫氣的理想成本大約是 2.6 元/ Nm3。

 

一、電解水制氫


 

 

電解水制氫是通過(guò)電能給水提供能量,破壞水分子的氫氧鍵來(lái)制取氫氣的方法。其工藝過(guò)程簡(jiǎn)單、無(wú)污染,制取效率一般在 75%-85%,每立方米氫氣電耗為 4-5 kW·h。由于電費占整個(gè)水電解制氫生產(chǎn)費用的 80%左右,導致其競爭力并不高。更多干貨請關(guān)注微信公眾號:氫能俱樂(lè )部。因此水電解制氫成本的關(guān)鍵在于耗能問(wèn)題。由此引出兩條降成本的途徑:一是降低電解過(guò)程中的能耗,二是采用低成本電力為制氫原料

降本路徑一:降低過(guò)程能耗,提高電解效率

 

目前主流的電解水制氫技術(shù)有三種類(lèi)型:包括堿性電解水制氫、質(zhì)子交換膜電解水(PEM)制氫和固態(tài)氧化物電解水(SOEC)制氫,其中堿性電解水制氫是最為成熟、產(chǎn)業(yè)化程度最廣的制氫技術(shù),但其電解效率僅為 60-75%,國外研發(fā)的 PEM技術(shù)與 SOEC 技術(shù)均能有效提高電解效率,尤其是 PEM 技術(shù)已引入國內市場(chǎng)。

 

資料來(lái)源:《氫氣生產(chǎn)及熱化學(xué)利用》、高工鋰電、廣證恒生

 

降本路徑二:以低成本電價(jià)為制氫原料

 

① 我國大工業(yè)電價(jià)低于世界平均水平,國內西北地區電價(jià)最低

 

與其他國家相比,我國工業(yè)電價(jià)位于中低水平。根據 2016 年統計數據,我國工業(yè)電價(jià)平均為 0.107 美 元/千瓦時(shí),居世界第八,僅為第一名的三分之一。相對較低的電價(jià)為我國發(fā)展電解水制氫提供了有利條件。

圖片

各國工業(yè)電價(jià)

 

西北地區大工業(yè)電價(jià)偏低。分省份來(lái)看,波谷、波峰電價(jià)在全國排名第一的分別是河北省和安徽省,青海省無(wú)論是波峰還是波谷電價(jià)均為最低,全國波谷電價(jià)平均為 0.33 元/千瓦時(shí),波峰電價(jià)平均為 0.90 元 /千瓦時(shí)。西南地區、西北地區的大工業(yè)用電價(jià)格普遍在全國平均線(xiàn)以下,對于發(fā)展電解水制氫節約能耗更為有利。

 

② 西北地區棄風(fēng)棄電可用于電解水制氫

 

我國棄風(fēng)棄電問(wèn)題突出,利好電解水制氫。近年來(lái),新能源的持續快速發(fā)展已經(jīng)遠遠超過(guò)電網(wǎng)承載能力,新能源消耗矛盾十分突出。棄風(fēng)、棄水電量呈逐年增加趨勢。我國目前正大力推進(jìn)可再生能源,由大量棄風(fēng)、棄水產(chǎn)生的棄電是發(fā)展電解水制氫的有利條件。

西北地區棄風(fēng)棄電量居首位。隨著(zhù)我國可再生能源裝機量逐年增長(cháng),每年可再生能源棄電量驚人。2018年我國全國棄風(fēng)棄電量 277 億千瓦時(shí),其中西北地區為 166.9 億千瓦時(shí),占全國的 60.25%,其次是華北地區(占全國 33.68%),東北地區占少量份額(全國 5.45%)。如果按照每立方氫氣耗電 5 千瓦時(shí)來(lái)計算,全國棄風(fēng)電量可生產(chǎn) 55.4 億立方高純度氫氣。

 

2018年各省棄風(fēng)量(億千瓦時(shí))

2018 年棄風(fēng)棄電量排名前三的省份分別為新疆、內蒙古和甘肅,全國平均棄風(fēng)棄電率為 7%,這三個(gè)省份均超過(guò)了 10%。由于可再生資源豐富,西北省份也是電價(jià)最低的地區。

 

③ 長(cháng)期來(lái)看,低成本電力主要來(lái)自光伏和風(fēng)電

 

雖然我國每年產(chǎn)生大量的棄風(fēng)棄電,但由于棄風(fēng)棄電產(chǎn)生的電壓不穩定、難以大規模推廣等原因,其終究不是解決電解水制氫成本問(wèn)題的最優(yōu)選擇。長(cháng)期來(lái)看,光伏和風(fēng)電是電解水制氫企業(yè)獲得低成本電力的主要來(lái)源。

 

電解水制氫成本測算

 

 

測算據測算,水電解制氫設備、安裝、土建及其他總投資 1410 萬(wàn)元,每年用電等費用為 2700 萬(wàn)元,每年成本合計 2954 萬(wàn)元,對應氫氣成本 3.69 元/Nm3?,F分別計算不同制氫成本情況下,對應的用電價(jià)格,如下表所示。

 

測算氫氣成本與用電價(jià)格成正比關(guān)系,如果要求氫氣成本低于 2.6 元/Nm3,則用電價(jià)格要低于 0.50 元/kW·h。

 

二、天然氣制氫


 

 

天然氣制氫方法中甲烷水蒸氣重整最為成熟

 

天然氣的主要成分是甲烷(體積含量大于 85%),因此一般說(shuō)的天然氣制氫就是甲烷制氫。甲烷制氫方法主要有甲烷水蒸氣制氫(SMR),甲烷部分氧化(POX)和甲烷自熱重整(ATR)。其中甲烷水蒸氣重整(SMR)是工業(yè)上最為成熟的制氫技術(shù),約占世界制氫量的 70%,因此本文重點(diǎn)針對此方法進(jìn)行降成本測算。

資料來(lái)源:《氫與氫能》、廣證恒生

 

甲烷水蒸氣重整是指在催化劑存在及高溫條件下,使甲烷與水蒸氣發(fā)生反應生成合成氣。為防止催化劑中毒,原料天然氣需進(jìn)行脫硫預處理至硫的質(zhì)量分數小于 1×10-7,然后經(jīng)過(guò)重整反應制備合成氣,再經(jīng)過(guò)水煤氣變換反應將 CO 進(jìn)一步轉化為氫氣和 CO2,最后將 CO2 通過(guò)變壓吸附(PSA)脫除得到氫氣。

 

 

降成本應從天然氣價(jià)格入手,中西部地區具備價(jià)格優(yōu)勢

 

對于天然氣制氫來(lái)說(shuō),天然氣成本是占比最大的部分,約占生產(chǎn)成本的 45-75%(IEA)。因此其降成本策略應首先關(guān)注天然氣價(jià)格。

 

我國天然氣資源主要分布在中西盆地。受地質(zhì)條件影響,地下天然氣通常呈聚集區分布,我國天然氣探明儲量的 80 %以上分布在鄂爾多斯、四川、塔里木、柴達木和鶯—瓊五大盆地。從 2017 年天然氣產(chǎn)量分布數據來(lái)看,陜西、四川、新疆三個(gè)省份的天然氣產(chǎn)量占全國的 73%,天然氣氣源分布十分集中。

 

資料來(lái)源:同花順 iFind、廣證恒生 

 

沿海地區天然氣價(jià)格偏高,西北地區價(jià)格最低。天然氣價(jià)格很大程度上受資源稟賦的影響,天然氣資源豐富的地區,價(jià)格相應偏低。非居民天然氣價(jià)格目前正在逐步市場(chǎng)化。2019 年 3 月 27 日,國家發(fā)改委宣布調整各省天然氣基本門(mén)站價(jià)格,經(jīng)價(jià)格調整后,上海、廣東、浙江等東南沿海地區天然氣價(jià)格普遍高于平均價(jià) 1.68 元/千立方米,新疆、青海等西北地區價(jià)格則低至 1.2 元/千立方米左右。

資料來(lái)源:國家發(fā)改委、廣證恒生

 

天然氣重整制氫成本測算

 

假定制氫規模 1000 Nm3/h,年產(chǎn)氫 100 萬(wàn) Nm3。測算過(guò)程及假設如下:

 

天然氣制氫成本測算

 

資料來(lái)源:《天然氣制氫、甲醇制氫與水電解制氫的經(jīng)濟性對比探討》、廣證恒生

 

天然氣制氫設備、安裝、土建及其他總投資 1528 萬(wàn)元,每年天然氣費用為 672 萬(wàn)元(占總成本的62.11%),每年成本合計 1082.4 萬(wàn)元,對應氫氣成本 1.35 元/Nm3?,F分別計算不同制氫成本情況下,對應的天然氣價(jià)格:

 

三、煤制氫


 

 

煤氣化制氫是最常用的一種煤制氫手段

 

2013 年,我國超過(guò)美國成為世界第一大能源消費國,其中煤炭產(chǎn)量為 38.74 億噸標煤,之后幾年煤炭產(chǎn)量略微走低至 2017 年的 35.2 億噸,但 2018 年煤炭產(chǎn)量有所回升至 36.8 億噸標煤。

 

煤炭可以用于制備多種工業(yè)產(chǎn)品,其中煤制氣的產(chǎn)能由 2017 年的 51 億立方米/年同比增長(cháng) 0.1%至2018 年的 51.05 億立方米/年。更多干貨請關(guān)注微信公眾號:氫能俱樂(lè )部。在此我們主要對煤制氫的方法和成本進(jìn)行討論。煤是我國制氫的主要原料之一,可以通過(guò)多種方式制取氫氣,但目前在我國氫氣生產(chǎn)中占據主要地位的還是煤氣化制氫。

 

三種煤制氫方法的比較

 

資料來(lái)源:《制氫工藝與技術(shù)》、廣證恒生

 

降成本應該從煤炭?jì)r(jià)格入手,西北部具有地區優(yōu)勢

 

對于煤氣化制氫來(lái)說(shuō),煤炭成本占比最大,能夠占到總成本的 40%-45%左右,因此在制氫設備價(jià)格較為固定,流程中所需條件難以大幅度改變的基礎下,降低煤氣化制氫成本應該從降低煤炭?jì)r(jià)格入手。

 

我國煤炭資源較為豐富且分布廣泛,全國 32 個(gè)省市(除上海外)都有煤炭資源,但是區域分布極不均衡,主要的格局是西多東少、北富南貧。其中山西、內蒙古、陜西、新疆、貴州等五省煤炭探明儲量占全國比重達到 81%以上,且這些地區的煤質(zhì)普遍較好。由 2018 年上半年全國各省分原煤產(chǎn)量也可以看出,內蒙古、陜西、山西三個(gè)省市產(chǎn)量占全國的 68%,由此可見(jiàn)西北部煤炭產(chǎn)量具有明顯優(yōu)勢。

 

資料來(lái)源:國家統計局、廣證恒生

 

由于不同種類(lèi)的煤價(jià)格有別,在這里我們主要考察各省份動(dòng)力煤的價(jià)格,可以發(fā)現在煤炭?jì)α亢彤a(chǎn)量較多的地區比如內蒙古、山西等省份,相同種類(lèi)煤炭的價(jià)格也相對其他省份較低。根據中國煤炭市場(chǎng)網(wǎng)發(fā)布的截至到 2019 年 1 月的數據,全國部分省份動(dòng)力煤價(jià)格如下,其中需要重點(diǎn)關(guān)注的是內蒙古動(dòng)力煤價(jià)格僅為 360 元/噸,而混煤的價(jià)格是 170 元/噸。

 

內蒙古和山西動(dòng)力煤價(jià)格偏低

 

資料來(lái)源:中國煤炭市場(chǎng)網(wǎng)、廣證恒生

煤氣化制氫成本測算

 

在對煤氣化制氫成本的測算中,參考中石化經(jīng)濟技術(shù)研究院 2015 年對煤氣化制氫成本的分析,在中石化經(jīng)濟研究院的成本分析中假定煤炭的價(jià)格是 600 元/噸,水煤漿制氫裝置為 12.4 億元,生產(chǎn)的氫氣規模為9 × 1043/?。我們假定:

 

直接工資成本每年以 9%的速度增長(cháng)

輔助材料和裝置投資等其他部分以每年 5%的速度增長(cháng)

煤炭?jì)r(jià)格依舊為 600 元/噸,但是由于技術(shù)進(jìn)步使得單位產(chǎn)量增加

雖然副產(chǎn)品中的二氧化碳可以注入油田來(lái)減少對其的加工處理,但是該應用由于運輸方面等問(wèn)題還未得到大規模的應用。同時(shí)近幾年國家對于排放廢氣的標準越來(lái)越嚴,因此假定副產(chǎn)品費用不改變

 

資料來(lái)源:中石化經(jīng)濟技術(shù)研究院、廣證恒生

 

通過(guò)上述測算,我們可以發(fā)現當煤炭?jì)r(jià)格為 600 元時(shí),大規模煤氣化生產(chǎn)氫氣的成本為 1.1 元/Nm3。如果將制氫場(chǎng)所定在內蒙古,煤炭?jì)r(jià)格降低為 200 元時(shí),制氫氣的成本可能降低為 0.34 元/Nm3。

 

由于目前煤炭資源幾乎全部掌握在國家手中,煤炭?jì)r(jià)格難以有大幅度的下降。并且現今煤氣化制氫的規模已經(jīng)較大,在人工費用逐漸增長(cháng)的情況下,未來(lái)很難通過(guò)規模效應來(lái)減少每立方米氫氣的生產(chǎn)成本。因此雖然目前通過(guò)測算所得的煤氣化制氫的成本較低,但未來(lái)煤氣化制氫成本的下降空間有限。

 

四、化工副產(chǎn)品制氫


 

 

氯堿制氫為主要生產(chǎn)方式,降本可從節能降耗方面入手

 

化工副產(chǎn)品制氫主要可以分為焦爐氣制氫、氯堿副產(chǎn)品制氫、丙烷脫氫和乙烷裂解等幾種方式,其中氯堿副產(chǎn)品制氫的由于工藝成本最為適中且所制取的氫氣純度較高等優(yōu)勢,成為目前化工副產(chǎn)品中較為適宜的制氫方式。

 

氯堿制氫是以食鹽水(NaCl)為原料,采用離子膜或者石棉隔膜電解槽生產(chǎn)燒堿(NaOH)和氯氣,同時(shí)得到副產(chǎn)品氫氣的工藝方法。之后再使用 PSA 等技術(shù)去除氫氣中的雜質(zhì)即可得到純度高于 99%的氫氣。

 

氯堿制氫工藝簡(jiǎn)化流程

 

資料來(lái)源:中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)、廣證恒生

 

國家統計局的數據顯示,2018 年氯堿廠(chǎng)的產(chǎn)量為 2620.5 萬(wàn)噸,根據氯堿平衡表,燒堿與氫氣的產(chǎn)量配比為 40:1,理論上 2018 年氯堿副產(chǎn)品制氫產(chǎn)生了 65.5 萬(wàn)噸氫氣,即 73.8 億 Nm3 的氫氣。

 

目前氯堿工業(yè)中成本最高的部分是用電成本,使用離子膜法生產(chǎn)燒堿所需的電耗 2150~2200 kWh/t。上面電解水部分已經(jīng)對我國電價(jià)的基本情況進(jìn)行了介紹,這里就不做贅述。

 

丙烷脫氫和乙烷裂解副產(chǎn)制氫有未來(lái)潛在優(yōu)勢

 

2013 年,丙烷開(kāi)始作為化工原料被大規模使用,當年中國進(jìn)口丙烷數量為 245 噸,其后進(jìn)口量逐年上升至 1350 萬(wàn)噸。與此同時(shí),丙烷脫氫項目也在不斷發(fā)展。截止 2019 年 1 月,我國已經(jīng)建成的丙烷脫氫項目共計生產(chǎn)能力 467 萬(wàn)噸/年,其中山東和江蘇兩個(gè)省份處于領(lǐng)先位置。行業(yè)內已經(jīng)公布的規劃和在建的丙烷脫氫項目共計 45 個(gè),涉及生產(chǎn)能力 2605 萬(wàn)噸/年。若規劃和在建的丙烷脫氫項目都已完成,預計可以副產(chǎn)并外售 86.8 萬(wàn)噸氫能,未來(lái)發(fā)展空間巨大,丙烷脫氫副產(chǎn)的氫氣成為未來(lái)潛在具有優(yōu)勢的燃料電池車(chē)用氫源選擇之一。

 

中國丙烷進(jìn)口量增長(cháng)迅速

 

資料來(lái)源:中國海關(guān)總署、廣證恒生

 

乙烯是中國需求量最大的烯烴之一,是合成塑料、纖維和橡膠的基礎原料。根據中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)的信息,過(guò)去十年我國的乙烯表觀(guān)消費快速增長(cháng),從 2008 年的 1096 萬(wàn)噸增長(cháng)到 2017 年的 2143 萬(wàn)噸,年均復合增長(cháng)率為 8%。隨著(zhù)乙烷裂解技術(shù)的逐漸成熟,國內企業(yè)開(kāi)始布局乙烷裂解的大規模生產(chǎn),預計到 2021年,乙烷裂解生產(chǎn)乙烯的乙烯產(chǎn)量將占比接近 41%,而氫氣作為乙烷裂解的副產(chǎn)品之一,也會(huì )隨著(zhù)乙烷裂解技術(shù)的不斷進(jìn)步而產(chǎn)量快速增長(cháng)。目前我國規劃中的乙烷裂解產(chǎn)能達到 1460 萬(wàn)噸,可以副產(chǎn)并外售的氫氣達到 90.4 萬(wàn)噸。所以乙烷裂解副產(chǎn)品制氫同丙烷脫氫制氫相同,都是未來(lái)潛在最具優(yōu)勢的燃料電池車(chē)用氫源選擇之一。

五、相關(guān)企業(yè)簡(jiǎn)述


 

 

蘇州競立:最早進(jìn)入電解水制氫設備行業(yè)

 

蘇州競立制氫設備有限公司成立于 1993 年,是一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售水電解制氫設備、氣體純化、回收設備及各種類(lèi)型的氫能專(zhuān)業(yè)設備于一體的高新技術(shù)企業(yè),在國內水電解制氫設備市場(chǎng)排名領(lǐng)先,并參與多個(gè)國家項目和參與制定多項國家標準。

 

作為國內最早一批進(jìn)入水電解制氫設備行業(yè)的企業(yè),蘇州競立成立二十多年以來(lái),始終堅持技術(shù)創(chuàng )新,成為國內制氫設備頂尖技術(shù)的典型代表。公司研制的水電解制氫設備產(chǎn)量范圍從 0.3m3/h 至 1000m3/h,其主要產(chǎn)品大型制氫設備(1000m3/h)主要用于電轉氣的市場(chǎng)需求,可有效解決棄風(fēng)、棄光等問(wèn)題。

 

在可再生能源制氫領(lǐng)域,蘇州競立正在承擔由某國際知名油氣企業(yè)和國內企業(yè)合作可再生能源制氫項目。蘇州競立在原有設備基礎上做了改進(jìn),使之能夠承受正常電流 20%-110%的變化,以適應可再生能源的波動(dòng)性需求,目前設備已經(jīng)做了一段時(shí)間的模擬測試,接下來(lái)會(huì )到風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地測試。

 

巨正源股份:丙烷脫氫項目具有發(fā)展潛力

 

公司成立于 1999 年,是廣東省廣物控股集團有限公司(廣東最大的省屬?lài)衅髽I(yè)之一)的控股企業(yè),公司的業(yè)務(wù)范圍包括成品油及化工品貿易、燃油及化工品儲罐、燃料油船運、碼頭運作業(yè)務(wù)等。

 

東莞巨正源科技有限公司是深圳巨正源的全資子公司,也是 120 萬(wàn)噸丙烷脫氫制高性能聚丙烯項目的實(shí)施主體。近日,該項目在沙田鎮立沙島精細化工園區完成了產(chǎn)品分離塔吊裝儀式,標志著(zhù)項目建設全面進(jìn)入攻堅階段。該項目投資 105 億元,用地面積 984 畝,是廣東省重點(diǎn)建設項目,按計劃,該項目分為兩期建設,一期項目每年可產(chǎn)氫氣 2.8 萬(wàn)噸,二期項目建成后可形成 15-20 萬(wàn)噸/年的氫氣產(chǎn)能,可以保障廣東省全省氫能源汽車(chē)的能源供應。

 

聯(lián)悅氫能:華南最大制氫企業(yè)之一

 

廣東聯(lián)悅氫能有限公司于 2017 年 6 月 30 日在廣東省云浮市注冊成立。公司是南中國地區較大的、專(zhuān)注于氫氣產(chǎn)品生產(chǎn)和銷(xiāo)售能源氣體公司,擁有行業(yè)先進(jìn)、領(lǐng)先的設備和工藝,在制氫、運氫領(lǐng)域擁有較強的技術(shù)優(yōu)勢和多年積累的豐富經(jīng)驗。公司占地面積 5000 平米,每小時(shí)產(chǎn)能可達 1000M3,是華南地區最大的氫氣專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)企業(yè)之一。目前已經(jīng)在江門(mén)、贛州、郴州和云浮分別投資建設了 4 座氫氣工廠(chǎng)。

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