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各地助推氫能發展,制氫技術該如何選擇

2020-05-19 08:46:34 來源:谷瀑環保 關鍵詞: 節能新能源 氫氣分析儀 測氫儀 儲罐
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4月以來,氫能產業好消息頻出:在中央,新能源法將氫能納入能源范疇,氫燃料電池汽車補貼方式落地;在地方,四川、廣東、寧夏、江蘇、安徽、河北、河南等多個省份紛紛出臺政策鼓勵氫能發展。


    數據來源:公開資料整理

氫能作為可再生能源,以其清潔、高效和易獲取等特性,被視為本世紀*具有發展潛力的新能源,世界各國不斷加大氫能及其產業的發展力度。作為能將氫能有效轉化為電能的裝置,燃料電池也隨著氫能的廣泛應用而迅速發展。

當前,交通運輸是燃料電池應用的*主要場景,燃料電池汽車具有零污染、零排放和效率高的特點,是未來汽車的一大發展方向。在氫能的產業鏈之中,上游制氫的高成本使得產業鏈下游的燃料電池成本居高不下,這已成為燃料電池汽車發展的桎梏。

所以,制氫是整個氫能產業發展的基礎。工業上制取氫氣主要有以煤炭、天然氣為原料的化石能源重整制氫、以焦爐煤氣、氯堿尾氣為代表的工業副產氣制氫和電解水制氫三種方式。

●化石能源重整制氫

煤制氫是通過氣化技術將煤或焦煤與純氧氣反應得到水煤氣,再經過變換分離處理以提取高純度的氫氣。煤制氫是當前成本*低的制氫方式,但前期投資較大,需大規模制氫才能分攤成本和折舊壓力。

天然氣制氫是將天然氣與水蒸氣重整得到以H、CO、CO為主要組分的合成氣,再經過CO變換以及H提純生產過程獲得一定純度的氫氣。但原料成本較高,受制于天然氣的價格,大規模推廣具有一定難度。

●工業副產氣制氫

焦爐煤氣制氫工藝過程可分為原料壓縮,冷凍凈化分離、變壓吸附脫炭、脫硫壓縮、變壓吸附制氫和脫氧等五道工序,*終制取氫氣的純度超過99.99%。理論上焦爐煤氣制氫的空間*大,但是考慮工藝復雜且對環保的要求較高,無形中增加了操作成本。

相比之下,氯堿副產制氫的提純難度小且雜質含量更低。氯堿廠以食鹽水為原料,采用離子膜或石棉隔膜電解槽生產燒堿和氯氣,同時可得到副產品氫氣。經過PSA提氫裝置處理去掉雜質后,可獲得高純度氫氣。該工藝下高純度的氫氣生成成本只有1.3元,是目前兼具成本和環保的制備流程。

●電解水制氫

電解水制氫是在陰極上發生還原反應析出氫氣的過程,目前技術上主要有堿性水電解槽、質子交換膜水電解槽和固體氧化物水電解槽。電解水制氫具有綠色環保、生產靈活和純度高等特性,但其單位能耗在4-5千瓦時,制取成本受到電價影響較大,電價占到總成本的70%以上。

●制氫技術該如何選擇

單從成本上來看,化石能源和工業副產制氫的成本取決于原料價格和提純裝置的制備成本,而電解水成本在于當地的基礎電價。根據《不同途徑獲取氫源技術及成本分析》,工業副產制氫成本可控制在3.36-16.8元/kg,是目前制氫的*優解。


    數據來源:《不同途徑獲取氫源技術及成本分析》

但從氫氣產業鏈的角度來看,實際應用的綜合成本計算不僅是氫氣制取這一項,還包括氫氣的運輸與儲存。目前來看,氫氣的運輸成本難以突破,有時甚至會出現儲運成本高于氫氣生產成本的現象!敦斀洝吩鴪蟮肋^,上海某加氫站購買的氯堿廠副產氫,出廠價格僅為20元/公斤,但經過儲運抵達加氫站,*終價格已超過50元/公斤。


    數據來源:國際能源署

可見,在當前價格水平和產業鏈下,單純以氫氣成本選擇制氫方式可能會喪失市場競爭力。因此,根據地區的資源特性和下游氫氣消納市場的距離選擇成本合適的氫源顯得更加合理。

短期來看,在工業發達,化工、鋼鐵企業密集的東部沿海和環渤海地區,工業副產制氫是*佳方案;華北、西北地區的光伏、風能等可再生資源豐富,由此帶來的低電價使電解水制氫是更好的選擇,同時還可解決消納問題;中西部地區的天然氣資源豐富,利用天然氣重整制氫的成本相對較低;山西、陜西和內蒙地區的煤炭資源優渥,煤制氫潛力巨大。

   長期來看,可再生能源發電制氫潛力巨大。發展氫能的初衷是降低碳排放,但是主流技術在制氫過程中都不能避免過量的碳排放。根據測算,當前中國氫氣主要來自煤炭,而利用煤炭生產1噸氫氣會排放出15-20噸的二氧化碳,這無疑與發展清潔能源的目標相背。因此,若要推動氫能產業的持續發展,可再生能源發電制氫是*終選擇。

本文來源:谷瀑環保 責任編輯:六零
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