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    攻克燃料電池難點:哪種制氫技術更好?

    發布日期: 2019-07-11
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    燃料電池汽車是未來新能源汽車的重要的發展趨勢,而氫氣是新能源汽車中燃料電池的基礎,也是為理想的清潔能源來源。氫氣的制取是當前燃料電池汽車產業面臨的一大難點,雖然氫氣制取的技術較為成熟,制取氫氣的方式也有很多,但是成本、效率與可持續性的屬性不盡相同。

    下文則將從主流的制氫方法中,不同制氫技術的成本、效率與可持續性來判斷哪種制氫技術更好。詳細分析見深圳一覽眾咨詢有限公司撰寫的《2018-2023年燃料電池產業發展及投資前景調研報告》。

    主要的制氫方法

    根據一覽眾咨詢報告,制氫方法根據氫氣原料的不同,可分為可再生制氫和非再生制氫,可再生制氫的原料是水或可再生物質,非再生制氫的原料是化石燃料。具體來講,主要分為五種技術路線:工業尾氣制氫、化工原料制氫、石化原料制氫、電解水制氫和新型制氫方法等。

    圖表 1  主要的制氫方法

    上面五種主要的制氫方法,在范圍內都有運用,但是每種方法制取氫氣的產能占總產能的比重大小不同。從范圍來看,當前主要的制氫方法主要采用的是石化資源制氫,其次是化工原料制氫。

    具體來看,制氫原料來源多的是天然氣,比重達到48%,其次是醇類,比重為30%。兩者對應的制氫方法分別是石化資源制氫和化工原料制氫占比。而原料來源于電解水的比重只占4%,目前采用電解水制氫的方法還很少。而新型制氫法幾乎沒怎么應用于大規模的制氫。

    圖表 2  制氫原料主要來源

     

    從上面分析可以得出,主流的選擇是化石原料制氫和化工原料制氫。之所以如此,主要原因在于化石原料制氫和化工原料制氫的成本較低,具有盈利空間。

    從成本看,化石原料制氫成本低

    通過收集整理不同制氫方法的成本數據,可以發現,制氫成本比較低的有煤氣化制氫和天然氣制氫,這兩種制氫方式相對于石油的市場價格,具有較大利潤空間。而甲醇裂解的成本較高,這能解釋為什么化工原料制氫的比重比化石原料制氫的比重要小。而水電解制氫的成本很高,在國內應用則幾乎不可能盈利。

    圖表 3   主要制氫方法成本對比(美元/千克)

    數據來源:一覽眾咨詢

    從當前技術、資源條件來看,我國主要采用化石原料制氫法。雖然在煤制氫工藝過程中,二氧化碳的排放水平較高,但可以引入二氧化碳捕捉技術(CCS),降低碳排放。

    長期來看,電解水制氫法優勢將現

    雖然煤氣化制氫和天然氣制氫可以盈利,在我國可以實現大規模制氫。但是這兩種制氫方式需要消耗的資源,不可持續。并且這兩種方法碳排放量高,在煤氣化制氫過程中二氧化碳排放量高達193kg/GJ,天然氣制氫有69 kg/GJ,不利于環保。而電解水制氫的二氧化碳排放高不超過30 kg/GJ,對環境的污染低,并且可以持續。

    圖表 4  典型制氫工藝中各類能源轉換效率與CO?排放

    資料來源:公開資料、一覽眾咨詢整理

    可以說,電解水制氫是清潔、可持續的制氫方式,并且是未來制氫的發展的重要方向。當前制氫技術比較發達的日本,主要采用的制氫方法就是電解水制氫。

    日本主要的制氫產能主要來自于電解水制氫,該方式的制氫產能占總制氫產能的63%,而化石原料制氫、化工原料制氫、工業尾氣制氫的制氫產能占比都比較小。而我國則可以學習日本的電解水制氫的發展經驗,發展電解水制氫技術。

    圖表 5  日本不同制氫方法的制氫產能比重

     

    發展電解水制氫,需要降低用電成本

    電解水制氫的成本很高,因此,如果要大規模發展電解水制氫,降成本將是首要任務。當前,電解水制氫成本主要來源于固定資產投資、用電成本和固定生產運維成本,其中電價占總成本的77%,電價高是造成電解水成本高的主要原因。要發展電解水制氫就需要降低用電成本。

    除此之外,還需要提高電解水制氫的效率,降低規?;茪涞某杀?。

    圖表 6  電解水制氫成本構成

     

    有效利用棄水棄風的電量

    發展電解水制氫需要其它能源的支持。電解水制氫的能源來源有水力、潮汐能、太陽能和風能等再生能源,而我國的再生能源豐富,但是在利用的過程中會有很多的浪費。

    例如,我國擁有水力資源豐富,年發電量近3000億千瓦時,但是水能發電需要豐水器和調峰,會產生大量的棄水電能,浪費很大。例如,我國可利用風能巨大,相當于水力資源的2/3。但風電不太穩定,上網比較難,因此每年的棄風限電的電量規模龐大。

    如果將棄風棄水的電量充分利用起來,用于電解水制氫,將有利于電解水制氫產業的發展。

    結語

    以上從主流的制氫路線展開,從成本和原料的可得性分析出化石原料制氫是當前ju有可行性的制氫方法。但是這種制氫方法不可持續,并且不符合環保的要求,因此未來還是要發展清潔、環保、可持續的電解水制氫。發展電解水制氫,需要降低電解水制氫成本,其中降低成本的方向是降低電價成本。再利用電力方面,如果充分利用棄風棄水的電量,則有利于電解水制氫產業的發展。

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