汽车天然气价格氢能市场前景⼴阔,电解⽔制氢是未来发展重点,当期制氢⽅式主要有四种:化⽯燃料制氢、⼯业副产物制氢、电解⽔制氢、⽣物质制氢及其他。其中化⽯燃料制氢与⼯业副产物制氢凭借较低的成本占据制氢结构的主体地位,然⽽随着化⽯燃料产量下降、可持续发展理念的深化,氢能市场在远期(2050 年左右)将形成以可再⽣能源为主体、煤制氢
+CCS(碳捕获)与⽣物质制氢为补充的多元供氢格局。
公开资料显⽰,氢⽓供应链成本远⾼于天然⽓,因⽽,氢⽓的供应与使⽤受运输距离限制,根据国内的资料显⽰(见表1),中国氢⽓的市场⼤致分为燃料氢、化⼯氢、能源氢,对应的氢⽓市场价格分别为:
6 MPa化⼯氢,1~5万 m³/h供应量,直供价<1.5 RMB/Nm³;
20 MPa⼯业氢,100~2 000 m³/h,⼯业氢价为3.5 RMB/Nm³;
35 MPa以上能源氢,通过加氢站加注,6~20 kg/次,加氢站燃料电池⽤氢价格(扣除政府补贴)为4.5~5.0 RMB/Nm³。
电解⽔成本偏⾼,降成本主要依赖电价
由于电费占整个⽔电解制氢⽣产费⽤的 80%左右,因此⽔电解制氢成本的关键在于耗能问题。存在两条降成本途径:⼀是降低电解过程中的能耗,可通过开发 PEM(质⼦交换膜电解)及 SOEC(固体氧化物电解)技术来实现;⼆是采⽤低成本电⼒为制氢原料,关键在于依靠光伏和风电的发展。以⼤⼯业电价均价 0.61 元/ kW·h 计算,当前电解⽔制氢的成本为 3.69 元/Nm3。
普通汽油车百公⾥耗油为 6-8 升,按照 7.3 元/L 的汽油售价,百公⾥燃料费⽤最多为 58.4 元。以丰⽥Mirai 氢燃料电池汽车为例,其百公⾥氢耗平均⽔平为 1kg,意味着氢⽓的售价需降到 58.4 元/kg 以下才可与汽油等同,说明氢⽓成本需降到 29.2 元/kg。由于氢⽓接近理想⽓体,根据理想⽓体⽅程 PV=nRT 可估算出 1Kg 氢⽓约为 11.19Nm3。因此氢⽓的理想成本⼤约是 2.6 元/ Nm3。
当⽤电价格低于 0.43 元/kW·h 时,电解⽔制备的氢⽓成本才可与汽油相当。光伏系统发电成本 0.5930 元/kWh,风电度电成本约为 0.3656 元/kWh,且在未来仍有⼀定的下降空间。
天然⽓制氢是⽬前主要制氢⽅式,降成本应关注天然⽓价格
天然⽓制氢中的甲烷⽔蒸⽓重整(SMR)是⼯业上最为成熟的制氢技术,约占世界制氢量的 70%(IEA数据)。我国天然⽓价格受资源禀赋影响,天然⽓资源主要分布集中的中西盆地也是价格最低的地区。尤其是新疆、青海等地区天然⽓基本门站价格低⾄ 1.2 元/千⽴⽅⽶左右。据测算,当天然⽓价格为 2 元/Nm3 时,测算出制氢成本为 1.35 元/Nm3,相⽐电解⽔制氢具有明显的成本优势。
煤制氢成本最低,降成本空间较⼩
我国煤炭资源主要的格局是西多东少、北富南贫。内蒙古、⼭西原煤产量领先,煤价也相对偏低。当煤炭价格为 600 元时,⼤规模煤⽓化⽣产氢⽓的成本为 1.1 元/ Nm3。如果在煤资源丰富的地区,当
煤炭价格降低⾄ 200 元 /吨时,制氢⽓的成本可能降低为 0.34 元/ Nm3。但由于煤炭价格下降空间有限,且煤⽓化制氢企业已形成较⼤规模,未来煤制氢降成本空间较⼩。
化⼯副产品制氢同样依赖于电价
化⼯副产品制氢主要可以分为焦炉⽓制氢、氯碱副产品制氢、丙烷脱氢和⼄烷裂解等⼏种⽅式,其中氯碱副产品制氢的由于⼯艺成本最为适中且所制取的氢⽓纯度较⾼等优势,成为⽬前化⼯副产品中较为适宜的制氢⽅式。
氯碱制氢是以⾷盐⽔(NaCl)为原料,采⽤离⼦膜或者⽯棉隔膜电解槽⽣产烧碱(NaOH)和氯⽓,同时得到副产品氢⽓的⼯艺⽅法。之后再使⽤ PSA 等技术去除氢⽓中的杂质即可得到纯度⾼于 99%的氢⽓。
⽬前氯碱⼯业中成本最⾼的部分是⽤电成本,使⽤离⼦膜法⽣产烧碱所需的电耗 2150~2200 kWh/t。
⼀直以来,氢能⼤多数时候都应⽤于交通领域,如氢燃料电池的普及。但事实上,氢⽓作为⼀种⼆次能源,其在化⼯、建筑、钢铁等⽅⾯也有所应⽤并且占⽐并不⼩。在我国,为了扩⼤氢能的利⽤场景,从中央到地⽅都在发⼒。政策上,氢能侧重于燃料电池汽车和加氢站的⽰范与落地;项⽬上,制氢项⽬的快速落地体现了我国实现“碳达峰碳中和”的决⼼,同时也需要思考,当制氢成为主流,氢⽓去向⼜该如何?
就⽬前⽽⾔,在现有的条件下,清洁能源制氢的成本⼤⼤⾼于常规能源制氢,其经济性受到制氢⽅式、应⽤场景、运输距离和储运⽅式等多因素的影响,需要在商业模式进⾏突破。⽽要想实现⼤规模的制氢输氢,成本和技术上需要实现双重突破。
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