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可再生能源发电成本和电解水成本均快速下降 “绿氢”经济性优势渐现

北极星氢能网 来源:中国能源报  作者:赵紫原  2020/12/16 8:54:22 我要投稿

北极星氢能网讯:以光伏发电制氢为例,现在光电转化率达20%以上,制氢效率已达16%,稳定性良好。据测算,10%以上的制氢效率已经具备了商业化价值。从成本上看,电解水制氢包括60%的可再生能源发电成本和35%的电解水成本,这两项成本一直都在下降,“绿氢”落地并不遥远。

“大规模不可控‘风光’并网对电网安全性带来巨大挑战,如果可再生能源用来制氢,对其消纳具有重要意义,也有利于我国达到碳中和的目标。”中国科学院院士李灿近日在2020张家口长城·国际可再生能源论坛上表示。

各地纷纷布局氢能产业之际,不少地区走出了一条与众不同的氢能发展之路。近日,兰州新区绿色化工园区全球首个千吨级“液态太阳燃料合成示范工程”项目顺利通过连续72小时试运行。

去年,国家能源集团牵头承担的国家重点研发计划“大规模风/光互补制氢关键技术研究及示范”获批,进入启动阶段。据不完全统计,仅今年以来,我国已签约“风光”制氢项目超过20个。“风光”发电制氢成本不断下降,为制氢环节脱碳提供了一条可行路径。

可再生能源制氢前景广阔

氢气是公认的清洁能源,但我国制氢过程并不“洁净”。目前,我国制氢主要原料为煤或天然气,由于生产过程排放大量二氧化碳,被视为不完全清洁的“灰氢”。

风电、光伏等可再生能源已成为我国新增电力的主力,其新增装机量及累计装机量均排名世界第一,清洁能源替代作用日益显现,但弃风、弃光、弃水问题同样严峻。以风电为例,虽然今年全国风电红色预警全面解除,但弃风现象犹存,不止于“三北”,湖南省弃风率竟也高达35%以上。

中国可再生能源学会氢能专业委员会主任委员蒋利军认为可再生能源制氢是未来的发展方向。“如果能用可再生能源制氢替代现有的煤制氢,既能促进可再生能源电力消纳,获得真正洁净的‘绿氢’,还可为煤化工和石油化工提供洁净的原料氢。”

苏州竞立制氢设备有限公司总经理助理董太明表示认同。“可再生能源制氢一举两得,实现双赢。弃电制氢,就地解决大量弃电、富余电的同时,还大大减少了二氧化碳的排放,可逐步替换传统的化石能源制氢。”

据董太明测算,如果把“风光水”弃电的一半用来制氢,一年大概可制氢5.5亿公斤。按每辆公交车日用氢气8千克计算,可供18万辆公交车使用一年。

我国氢能产业发展已按下“加速键”。去年我国氢气产量突破2000万吨,成世界第一“产氢大国”。中国氢能联盟去年发布《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》显示,氢气需求量接近6000万吨,占终端消费10%。蒋利军预测,伴随氢气需求日益增长,将带动可再生能源再发展。

电价、储运环节均有降本空间

可再生能源制氢如此“完美”,为何现阶段我国仍以煤制氢和天然气制氢为主?

蒋利军表示,目前风光制氢的成本仍高于化石能源。“从制氢上游成本电价来说,目前生产1立方米氢气需要消耗大约5-5.5千瓦时电能,如果电价低于0.3元/千瓦时,制氢价格可以承受。目前我国风电平均发电成本0.29元/千瓦时、光伏发电成本0.35元/千瓦时。”

无论何种原料制氢,都要面对氢能储运成本和安全性难题,可再生能源制氢的特殊之处在于,大型可再生能源基地远离负荷中心,储运问题更加突出。

北京低碳清洁能源研究所氢能研发部门经理何广利表示,可再生能源制氢有两种模式:一种模式是在电源侧直接制氢,但我国大型可再生能源基地分布在西北、东北、西南地区,如何把氢高效、低成本的运出来是个问题;另一种模式是直接利用上网的“绿电”在需求侧制氢,可避免氢气的远距离运输,但需要负担电网过路费。

氢气生产制造、储存运输的目的,是为了满足终端消费,但目前氢能终端市场建设尚不完善。蒋利军表示,目前加氢站用国产设备的可靠性还需要提高,大部分新建加氢站为了保证安全稳定运行,在压缩机和加氢机关键部件等方面仍采用进口设备,导致建站成本偏高。

由于氢气具有易燃易爆的特性,老百姓往往“谈氢色变”,政府也将氢气作为危化品来管理。在北京中电丰业技术开发有限公司总经理王德军看来,虽然氢气在大部分国家也属于危险化学品,但并不妨碍它的第二种属性,氢气也需要被赋予能源属性。

可再生能源制氢逐渐成熟

何广利表示,对可再生能源电解水制氢而言,项目具有可行性的关键在于电价、电解水装置的负荷率。“如果每公斤制氢消耗可再生能源电能40-45千瓦时,且保证装置接近满负荷运转,从成本上说,将具备竞争力,这也会大大促进可再生能源制氢的发展。”

“绿氢”落地看似藩篱重重,但并非遥不可及。就成本问题而言,李灿指出,以光伏发电制氢为例,现在光电转化率20%以上,制氢效率已达16%,稳定性良好。据测算,10%以上的制氢效率已经具备了商业化价值。从成本上看,整个电解水制氢包括60%的可再生能源发电成本和35%的电解水成本,这两项成本一直都在下降,“绿氢”落地并不遥远。

蒋利军指出,我国可再生能源电价成本有相当一部分是非技术因素构成的。“如果有合理的政策引导,‘风光’发电成本将进一步下降,同时,可再生能源离网制氢具有非常广阔的前景。”

对于储运难题,李灿指出,将可再生能源产氢与二氧化碳反应转化为甲醇,可解决氢能储运的安全问题,甲醇与水进行重整反应制氢,可为加氢站制氢,能现用现制。“甲醇可以解决氢运输安全问题。把甲醇用水重整,到加氢站再放出氢气,储氢效率至少12%。如果运输过程中不加水,到加氢站再加水,效率可达18.75%,每吨甲醇可放187公斤氢气,而商业化储氢效率达7%就具备经济性。”


原标题:可再生能源发电成本和电解水成本均快速下降 “绿氢”经济性优势渐现

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