電解水制氫+管道運輸是氫能發展方向

發布時間: 2019-12-04   來源:中國能源報  作者:本站編輯

  由于認識、安全、審批等多方面因素,與發達國家相比,中國的加氫站布局和建設仍處于緩慢起步階段。截至 2019 年 11 月,我國已投產的加氫站為 41 座,從地域分布來看,主要集中在廣東、江蘇、上海、湖北、河北等地,并未實現全國范圍的覆蓋。未來加氫站的建設數量及地域分布還有待完善。

  成本高昂是阻礙加氫站建設的首要原因。一個典型的加氫站由制氫系統、壓縮系統、儲存系統、加注系統和控制系統等部分組成。從站外運達或站內制取純化后的高純氫氣,通過氫氣壓縮系統壓縮至一定壓力,加壓后的氫氣儲存在固定式高壓容器中。當需要加注氫氣時,氫氣在加氫站固定高壓容器與車載儲氫容器之間的高壓差作用下,通過加注系統快速充裝至車載儲氫容器。

  除土建成本和管閥外,加氫站成本占比較大的主要是一些核心設備,如壓縮機、加注設備和儲氫罐。由于國內缺乏成熟量產的加氫站設備廠商,進口設備推高了加氫站建設成本。

  當前,補貼政策是促進加氫站建設布局的關鍵。從近年來各地區發布的加氫站建設補貼政策來看,補貼范圍從 100萬元-900 萬元不等,其中對于單個加氫站補貼力度最大的是佛山市南海區,政策規定新建固定式加氫站按 800 萬元/個的標準進行補貼。以建設成本為 1100 萬元的加氫站為例,400 萬元的政府補貼可使初始投資下降 36.36%,氫氣單位成本下降 23.57%,投資回收期縮短 2.07 年。補貼政策的扶持降低了加氫站建設的門檻,對于支持氫能發展發揮著關鍵作用。

  遠期來看,氫氣的使用成本是制約氫能發展最重要的因素,只有足夠低的使用成本,才能完成氫氣從危險化學品到能源品的轉換,與鋰電類似,氫能作為新興能源,替代的是石油等傳統化石能源,從目前鋰電和氫能的不同屬性來看,鋰電池汽車主要應用于乘用車,而燃料電池汽車則在物流車以及重卡等重型商用車上具有更大的發展前景。

  就運氫成本而言,現階段國內使用最廣泛的是長管拖車運輸,運輸壓力多為 20MPa,單車次可運輸 347kg 的氫氣,即插即用但成本較高;技術成熟成本較低的管道運輸因為建設周期長而未能普及;液氫槽車運輸則在現階段并不現實。長管拖車的成本隨著距離的增大而快速上升,而管道運輸成本則維持在一個較低的區間。

  從現狀來看,只有在采用化工副產物制氫的情況下,且運輸半徑在 200km 以內的條件下,氫氣的使用成本可能降到 30 元/kg 以下。由于加氫站的下降空間主要在于設備的下降空間,相對比較有限,因此,更多依賴于制氫以及儲運的環節。

  影響氫氣成本的變量較多。目前氫氣使用成本中最突出的矛盾是,制氫成本低的地方距離使用氫氣的地區較遠,比如工業副產氫以及西北地區較為便宜的光伏風電制取的氫氣難以運到中東部地區,高昂的運氫成本制約了氫氣成本的下降。

  短期內工業副產物制氫對比其他制氫方法優勢較大。中長期來看,結合管道運輸,電解水制氫優勢嶄露頭角。由于電解水綠色環保,且能將棄風棄電重新利用起來,故長期看好電解水作為制氫的主流方法。在氫能總成本為 30 元/kg 的情況下,使用管道運輸能大幅降低運氫成本,最大運輸距離相比使用長管拖車進行運輸翻了幾倍。

  具體到運氫環節,短期來看,由于國內氫氣管道發展較為落后,僅有兩條稍有規模的管道項目,運氫方式只能選擇技術較為成熟的長管拖車。長期來看,管道運輸仍然是發展首選。而由于管道運輸的運能較強,在 4MPa 的工作壓力下,年運氫能力能達到 10.04 萬噸。所以,管道運氫成本很大程度上受到需求端的影響。不同運能利用率下,成本也相應地不同。故要降低管道運氫的成本,首要目標是穩定需求,將運能盡可能地利用起來。

      關鍵詞: 氫能

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