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“绿氢”将迎经济性“大考”

作者:王升 来源:中国能源报 时间:2019-05-15 浏览:

中国储能电站网讯:从我国现状来看,新能源发电成本约为0.4-0.6元/千瓦时,用于电解水制氢成本依然偏高。如果利用当前可再生能源弃电制氢,弃电价格按0.1 元/千瓦时计算,制氢成本可下降至10 元/公斤,与煤制氢、天然气制氢的价格相当,但目前弃水、弃风、弃光率均呈现下降趋势,弃电制氢只是过渡。

近日,由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”项目正式获得科技部高技术研究发展中心的立项批复,并进入启动阶段。该项目成果将填补我国兆瓦级大规模风光耦合制-储-用氢系统运营示范工程空白。

据记者了解,来自可再生能源的电力可以制氢,而氢气又可为难以通过电气化实现脱碳的部门提供能源,助力实现向低碳社会的转型。

不过,从目前来看,可再生能源发电制氢仍面临着经济性难题,如何降低成本,迈向大规模商业化应用,仍值得探索。

“绿氢”成本仍高昂

总体上,氢能具有燃烧热值高、环保、利用形式多、可储能等特点,正逐渐被业内关注。相关数据显示,单位质量氢的热值约是煤炭的4倍,汽油的3.1倍,天然气的2.6倍。

从分类上看,氢分为绿氢、蓝氢和灰氢。国际公认绿氢最为干净,即通过来源于风能和太阳能的可再生能源电解水制取,突出特点是不排放碳,但受制于发电成本;蓝氢较为干净,通过煤炭、天然气等化石燃料制取,但需运用CCUS(碳捕捉、利用和封存技术)实现碳中和;灰氢主要由煤炭、天然气、焦炉煤气、氯碱尾气制取,生产过程中排放大量二氧化碳,适用于市场发展初期。

考虑到成本问题,目前绿氢成本与蓝氢和灰氢相比差异较大。据国际权威机构估测,目前来看,灰氢价格约1.5欧元/公斤(约合11元/公斤),蓝氢价格略贵于灰氢,而绿氢价格高达3.5-5欧元/公斤(约合26.5-38元/公斤)。

对于上述数据,国家发改委能源研究所研究员刘坚博士表示认可。“与煤制氢和天然气制氢等工艺相比,我国可再生能源制氢产量极低(不足1%)且价格昂贵,约38元/公斤。”刘坚告诉记者,“以当前国内煤炭和天然气常规价格计算,氢气成本在10-15 元/公斤,但缺点是在生产过程中碳排放较大并产生一定污染 。此外,目前焦炉煤气制氢、氯碱尾气制氢等装置已经得到推广应用,氢气价格约8-14元/公斤,具有较高的成本优势。”

如何提升经济性

当前,可再生能源制氢成本较高。但从技术上看,部分可再生能源制氢技术已经成熟。

据记者了解,目前相对成熟的可再生能源制氢技术包括水电解、生物甲烷/沼气蒸汽重整,有待成熟的技术路线包括生物质气化和热解、热化学水分解、光催化、生物质超临界水气化,以及黑暗发酵和厌氧分解相结合。

那么可再生能源制氢成本为何如此之高?

以电解水制氢为例,经测算,水电解制氢成本约30-40元/公斤,生产出的气态氢价格比汽油高65%,液态氢则比汽油高260%以上。在电解水制氢过程中,能耗较高,能源转换效率待提升。目前的商用电解槽能耗水平约4.5千瓦时-5.5千瓦时/标方氢气,能效在72%-82%之间。

接受记者采访的业内人士一致认为,最关键因素是绿色电力的成本需要进一步下降。 在阳光和风力充足的国家,如中东、北非和拉丁美洲,绿色电价已经降至2欧分/千瓦时(约合0.15元/千瓦时)。美国能源部前部长朱棣文日前表示,绿色电力成本将会进一步下降,达1.3欧分/千瓦时(约合0.1元/千瓦时)。

“从我国现状来看,新能源发电成本约0.4-0.6元/千瓦时,用于电解水制氢成本依然偏高。如果利用当前可再生能源弃电制氢,弃电按0.1 元/千瓦时计算,制氢成本可下降至10 元/公斤,这和煤制氢、天然气制氢的价格相当。”刘坚表示,“但目前弃水、弃风、弃光率均呈现下降趋势,弃电制氢只是过渡。”

对于绿色电力成本高的问题,业内人士表示,在风电方面,应降低机组成本、风场建设成本和运维成本,提高机组发电性能等;对于光伏而言,应降低多晶硅片、电池片和组件成本,提高高效组件比例等。

以规模化应用倒逼成本下降

目前可再生能源制氢的产量极低且成本高昂,但从规划上看,前景较为明朗。据国际权威机构预测,到2030年,可再生能源电解水制氢项目的经济性可达到商业化应用要求。

据了解,去年12月,国家发改委和国家能源局联合印发的《清洁能源消纳行动计划(2018-2020年)》明确提出,探索可再生能源富余电力转化为热能、冷能、氢能,实现可再生能源多途径就近高效利用。

从国际上看,法国、日本等发达国家将发展绿色氢能产业提升到国家能源战略高度。例如,到2022年,绿氢将在法国工业中的应用比例增至10%,到2027年进一步增至20%-40%。另外,日本政府要求,到2040年绿氢成本将显著降低;法国能源巨头Engie集团也定下明确目标,到2030年,绿氢成本将降至灰氢水平。

“要降低可再生能源制氢的应用成本,关键是扩大氢能应用规模,实现批量化生产。” 宁波晓兰氢能源高科技有限公司总经理陆旭昊告诉记者。

那么如何扩大可再生能源制氢的应用规模?国际可再生能源署发布的《可再生能源发电制氢:能源转型的技术前景》指出,工业方面,目前在若干工业(炼油厂、氨气、散装化学品等)中从技术上可以利用可再生能源制氢。在交通运输部门,当燃料电池电动汽车 (FCEV) 使用可再生能源生产的氢气作为燃料时,可为人们提供低碳出行选择,而且提供的驾驶性能(可行驶里程、燃料加注时间)可与传统车辆相当。另外,将氢气注入天然气管网,可减少天然气的消耗。

“要实现可再生能源制氢的商业化运营,除了在终端扩大应用规模以外,也要在上游和中游多下功夫,如加强氢气储运相关技术研发示范,降低可再生能源发电和制氢的装备制造成本,提高可再生能源发电比例,完善电力辅助服务市场机制。” 刘坚告诉记者。 

关键字:氢能

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