制氫方式及成本分析,?
目前,,制備氫氣的幾種主要方式包括氯堿工業(yè)副產(chǎn)氫、電解水制氫,、化工原料制氫(甲醇裂解,、乙醇裂解,、液氨裂解等),、石化資源制氫(石油裂解、水煤氣法等)和新型制氫方法(生物質(zhì),、光化學(xué)等),。
通過比較分析各種制氫方式的成本、優(yōu)劣勢(shì),,我們認(rèn)為:在現(xiàn)階段,,選擇成本較低、氫氣產(chǎn)物純度較高的氯堿工業(yè)副產(chǎn)氫的路線,,已經(jīng)可以滿足下游燃料電池車運(yùn)營(yíng)的氫氣需求,;在未來氫能產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展得比較完善的情況下,利用可再生能源電解水制氫,。將成為終極能源解決方案,。
氯堿工業(yè)副產(chǎn)氫是現(xiàn)階段最適合的制氫方式,主要基于以下兩點(diǎn)判斷:
(1)從制氫工藝的成本和環(huán)保性能角度來看,,氯堿制氫的工藝成本最為適中,,且所制取的氫氣純度高達(dá)99.99%,環(huán)保和安全性能也較好,,是目前較為適宜的制氫方法,。分析如下:
水煤氣法制氫成本最低,適用規(guī)模大,,但是二氧化碳排放量最高,,且所產(chǎn)生氫氣含硫量高,如果用于燃料電池,,會(huì)導(dǎo)致燃料電池催化劑中毒,,如果應(yīng)用脫硫裝置對(duì)其產(chǎn)生氫氣進(jìn)行處理,不但增加了額外的成本,,對(duì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求也很高;
石油和天然氣蒸汽重整制氫的成本次之,,約為0.7~1.6元/Nm3,,能量轉(zhuǎn)化率高達(dá)72%以上,但環(huán)保性不強(qiáng),,未來可以考慮通過碳捕捉技術(shù)減少碳排放,;
氯堿制氫工藝成本適中,在1.3~1.5元/Nm3之間,,且環(huán)保性能較好,,生產(chǎn)的氫氣純度高,目前而言適用于大規(guī)模制取燃料電池所使用的氫氣原料,,也是可實(shí)現(xiàn)度最高的氫氣來源,。
甲醇裂解和液氨裂解成本較氯堿制氫高50%左右,,較化石資源制氫技術(shù)前期投資低、能耗低,,較水電解法制氫單位氫成本低,。
水電解法制氫成本最高,在2.5~3.5元/Nm3之間,,且成本在不斷降低,,碳排放量低,且在應(yīng)用水力,、潮汐,、風(fēng)能的情況下能量轉(zhuǎn)化率高達(dá)70%以上。在未來與可再生能源發(fā)電緊密結(jié)合的條件下,,水電解法制氫將發(fā)展成為氫氣來源的主流路線,。2)從理論儲(chǔ)備和經(jīng)濟(jì)儲(chǔ)備的角度來看,氯堿工業(yè)副產(chǎn)氫的經(jīng)濟(jì)儲(chǔ)備能夠滿足長(zhǎng)三角地區(qū)對(duì)于氫氣的需求,,全國(guó)范圍來看也儲(chǔ)備充足,。我們通過統(tǒng)計(jì)氯堿工業(yè)和其他化工原料(天然氣、甲醇,、液氨等)的產(chǎn)能,,計(jì)算了理想情況下氫氣的理論產(chǎn)能和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)能假設(shè)——
(1)產(chǎn)能利用率為76%;
(2)化工原料和天然氣裂解制氫的部分相當(dāng)于原有產(chǎn)能的3%,;
(3)燃料電池乘用車以豐田Mirai作為數(shù)據(jù)樣本(儲(chǔ)氫量5kg,,續(xù)駛里程482km);
(4)燃料電池物流車以E-truck為數(shù)據(jù)樣本(儲(chǔ)氫量7.5kg,,續(xù)駛里程400km,,載重量4-8噸);
(5)乘用車年行駛里程數(shù)取值1萬公里,;
(6)物流車年行駛里程數(shù)取值12萬公里,。
我們得出結(jié)論:目前全國(guó)范圍內(nèi)的氯堿工業(yè)制取的氫氣相當(dāng)于76萬噸/年的產(chǎn)能,可供34萬輛燃料電池物流車使用一年,,或者可供243萬輛燃料電池乘用車使用一年,。
如加上現(xiàn)有天然氣、甲醇,、液氨裂解產(chǎn)生氫氣的量,,約為202萬噸/年,可滿足90萬輛物流車或648萬輛乘用車一年的氫氣需求量,。
我們以目前燃料電池車數(shù)量較集中的江蘇上海一帶作為中心,,200km、500km作為半徑,劃定了兩種不同的范圍,,分別考慮其產(chǎn)能,。
可以發(fā)現(xiàn),在所劃定的200km范圍內(nèi),,氯堿副產(chǎn)氫氣產(chǎn)能可以供14萬輛物流車或99萬輛乘用車使用,;在500km范圍內(nèi),氯堿副產(chǎn)氫氣產(chǎn)能可供16萬輛物流車或112萬輛乘用車使用?,F(xiàn)階段最佳的制氫和運(yùn)氫方式搭配為:氯堿工業(yè)副產(chǎn)氫+氣氫拖車運(yùn)輸,,其氫氣成本范圍在17.9~19.2元/kg。
該氫源路線的選擇主要是基于成本和環(huán)保的角度考慮的,。此外,,通過測(cè)算氫氣作為燃料的經(jīng)濟(jì)性,我們得出結(jié)論:如果使氫燃料電池車具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力(百公里耗氫成本較百公里耗油成本低20%以上),,則氫氣成本需控制在22.78元/kg以下,。
現(xiàn)階段影響我國(guó)加氫站終端氫氣售價(jià)的主要因素是氫氣成本價(jià)格(占70%),其中包括氫氣原材料(50%),、氫氣生產(chǎn)運(yùn)輸成本(20%),。
因此,要降低我國(guó)的氫氣售價(jià),,在補(bǔ)貼力度較強(qiáng)的現(xiàn)階段來看,,選擇合適的氫源,并降低氫氣運(yùn)輸與儲(chǔ)藏的成本,,是最適當(dāng)?shù)倪x擇,;長(zhǎng)遠(yuǎn)來看,隨著行業(yè)的發(fā)展和補(bǔ)貼額度的下降,,通過提高關(guān)鍵設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化率水平來降低加氫站的建設(shè)成本則是未來降低氫氣售價(jià)的明智之選,。
現(xiàn)階段加氫站對(duì)運(yùn)輸距離(<500km,200km為宜)和運(yùn)輸規(guī)模(10t/d)的需求來看,氫氣最佳的運(yùn)輸方式仍是氣氫拖車,,其成本可以達(dá)到2.3元/kg,,而在同等條件下的液氫運(yùn)輸成本可以達(dá)到9.1元/Nm3。
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