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“綠氫”將迎經(jīng)濟性“大考”

   2019-05-15 中國能源報9770
核心提示:從我國現(xiàn)狀來看,新能源發(fā)電成本約為0.4-0.6元/千瓦時,用于電解水制氫成本依然偏高。如果利用當前可再生能源棄電制氫,棄電價格
從我國現(xiàn)狀來看,新能源發(fā)電成本約為0.4-0.6元/千瓦時,用于電解水制氫成本依然偏高。如果利用當前可再生能源棄電制氫,棄電價格按0.1元/千瓦時計算,制氫成本可下降至10元/公斤,與煤制氫、天然氣制氫的價格相當,但目前棄水、棄風、棄光率均呈現(xiàn)下降趨勢,棄電制氫只是過渡。

近日,由國家能源集團牽頭承擔的國家重點研發(fā)計劃“大規(guī)模風/光互補制氫關(guān)鍵技術(shù)研究及示范”項目正式獲得科技部高技術(shù)研究發(fā)展中心的立項批復,并進入啟動階段。該項目成果將填補我國兆瓦級大規(guī)模風光耦合制-儲-用氫系統(tǒng)運營示范工程空白。

據(jù)記者了解,來自可再生能源的電力可以制氫,而氫氣又可為難以通過電氣化實現(xiàn)脫碳的部門提供能源,助力實現(xiàn)向低碳社會的轉(zhuǎn)型。

不過,從目前來看,可再生能源發(fā)電制氫仍面臨著經(jīng)濟性難題,如何降低成本,邁向大規(guī)模商業(yè)化應用,仍值得探索。

“綠氫”成本仍高昂

總體上,氫能具有燃燒熱值高、環(huán)保、利用形式多、可儲能等特點,正逐漸被業(yè)內(nèi)關(guān)注。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示,單位質(zhì)量氫的熱值約是煤炭的4倍,汽油的3.1倍,天然氣的2.6倍。

從分類上看,氫分為綠氫、藍氫和灰氫。國際公認綠氫最為干凈,即通過來源于風能和太陽能的可再生能源電解水制取,突出特點是不排放碳,但受制于發(fā)電成本;藍氫較為干凈,通過煤炭、天然氣等化石燃料制取,但需運用CCUS(碳捕捉、利用和封存技術(shù))實現(xiàn)碳中和;灰氫主要由煤炭、天然氣、焦爐煤氣、氯堿尾氣制取,生產(chǎn)過程中排放大量二氧化碳,適用于市場發(fā)展初期。

考慮到成本問題,目前綠氫成本與藍氫和灰氫相比差異較大。據(jù)國際權(quán)威機構(gòu)估測,目前來看,灰氫價格約1.5歐元/公斤(約合11元/公斤),藍氫價格略貴于灰氫,而綠氫價格高達3.5-5歐元/公斤(約合26.5-38元/公斤)。

對于上述數(shù)據(jù),國家發(fā)改委能源研究所研究員劉堅博士表示認可。“與煤制氫和天然氣制氫等工藝相比,我國可再生能源制氫產(chǎn)量極低(不足1%)且價格昂貴,約38元/公斤。”劉堅告訴記者,“以當前國內(nèi)煤炭和天然氣常規(guī)價格計算,氫氣成本在10-15元/公斤,但缺點是在生產(chǎn)過程中碳排放較大并產(chǎn)生一定污染。此外,目前焦爐煤氣制氫、氯堿尾氣制氫等裝置已經(jīng)得到推廣應用,氫氣價格約8-14元/公斤,具有較高的成本優(yōu)勢。”

如何提升經(jīng)濟性


當前,可再生能源制氫成本較高。但從技術(shù)上看,部分可再生能源制氫技術(shù)已經(jīng)成熟。

據(jù)記者了解,目前相對成熟的可再生能源制氫技術(shù)包括水電解、生物甲烷/沼氣蒸汽重整,有待成熟的技術(shù)路線包括生物質(zhì)氣化和熱解、熱化學水分解、光催化、生物質(zhì)超臨界水氣化,以及黑暗發(fā)酵和厭氧分解相結(jié)合。

那么可再生能源制氫成本為何如此之高?

以電解水制氫為例,經(jīng)測算,水電解制氫成本約30-40元/公斤,生產(chǎn)出的氣態(tài)氫價格比汽油高65%,液態(tài)氫則比汽油高260%以上。在電解水制氫過程中,能耗較高,能源轉(zhuǎn)換效率待提升。目前的商用電解槽能耗水平約4.5千瓦時-5.5千瓦時/標方氫氣,能效在72%-82%之間。

接受記者采訪的業(yè)內(nèi)人士一致認為,最關(guān)鍵因素是綠色電力的成本需要進一步下降。在陽光和風力充足的國家,如中東、北非和拉丁美洲,綠色電價已經(jīng)降至2歐分/千瓦時(約合0.15元/千瓦時)。美國能源部前部長朱棣文日前表示,綠色電力成本將會進一步下降,達1.3歐分/千瓦時(約合0.1元/千瓦時)。

“從我國現(xiàn)狀來看,新能源發(fā)電成本約0.4-0.6元/千瓦時,用于電解水制氫成本依然偏高。如果利用當前可再生能源棄電制氫,棄電按0.1元/千瓦時計算,制氫成本可下降至10元/公斤,這和煤制氫、天然氣制氫的價格相當。”劉堅表示,“但目前棄水、棄風、棄光率均呈現(xiàn)下降趨勢,棄電制氫只是過渡。”

對于綠色電力成本高的問題,業(yè)內(nèi)人士表示,在風電方面,應降低機組成本、風場建設成本和運維成本,提高機組發(fā)電性能等;對于光伏而言,應降低多晶硅片、電池片和組件成本,提高高效組件比例等。

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目前可再生能源制氫的產(chǎn)量極低且成本高昂,但從規(guī)劃上看,前景較為明朗。據(jù)國際權(quán)威機構(gòu)預測,到2030年,可再生能源電解水制氫項目的經(jīng)濟性可達到商業(yè)化應用要求。

據(jù)了解,去年12月,國家發(fā)改委和國家能源局聯(lián)合印發(fā)的《清潔能源消納行動計劃(2018-2020年)》明確提出,探索可再生能源富余電力轉(zhuǎn)化為熱能、冷能、氫能,實現(xiàn)可再生能源多途徑就近高效利用。

從國際上看,法國、日本等發(fā)達國家將發(fā)展綠色氫能產(chǎn)業(yè)提升到國家能源戰(zhàn)略高度。例如,到2022年,綠氫將在法國工業(yè)中的應用比例增至10%,到2027年進一步增至20%-40%。另外,日本政府要求,到2040年綠氫成本將顯著降低;法國能源巨頭Engie集團也定下明確目標,到2030年,綠氫成本將降至灰氫水平。

“要降低可再生能源制氫的應用成本,關(guān)鍵是擴大氫能應用規(guī)模,實現(xiàn)批量化生產(chǎn)。”寧波曉蘭氫能源高科技有限公司總經(jīng)理陸旭昊告訴記者。

那么如何擴大可再生能源制氫的應用規(guī)模?國際可再生能源署發(fā)布的《可再生能源發(fā)電制氫:能源轉(zhuǎn)型的技術(shù)前景》指出,工業(yè)方面,目前在若干工業(yè)(煉油廠、氨氣、散裝化學品等)中從技術(shù)上可以利用可再生能源制氫。在交通運輸部門,當燃料電池電動汽車(FCEV)使用可再生能源生產(chǎn)的氫氣作為燃料時,可為人們提供低碳出行選擇,而且提供的駕駛性能(可行駛里程、燃料加注時間)可與傳統(tǒng)車輛相當。另外,將氫氣注入天然氣管網(wǎng),可減少天然氣的消耗。

“要實現(xiàn)可再生能源制氫的商業(yè)化運營,除了在終端擴大應用規(guī)模以外,也要在上游和中游多下功夫,如加強氫氣儲運相關(guān)技術(shù)研發(fā)示范,降低可再生能源發(fā)電和制氫的裝備制造成本,提高可再生能源發(fā)電比例,完善電力輔助服務市場機制。”劉堅告訴記者。 
 
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