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各地助推氢能发展,制氢技术该如何选择

2020-05-19 08:46:34 来源:谷瀑环保 关键词: 节能新能源 氢气分析仪 测氢仪 储罐
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4月以来,氢能产业好消息频出:在中央,新能源法将氢能纳入能源范畴,氢燃料电池汽车补贴方式落地;在地方,四川、广东、宁夏、江苏、安徽、河北、河南等多个省份纷纷出台政策鼓励氢能发展。


    数据来源:公开资料整理

氢能作为可再生能源,以其清洁、高效和易获取等特性,被视为本世纪*具有发展潜力的新能源,世界各国不断加大氢能及其产业的发展力度。作为能将氢能有效转化为电能的装置,燃料电池也随着氢能的广泛应用而迅速发展。

当前,交通运输是燃料电池应用的*主要场景,燃料电池汽车具有零污染、零排放和效率高的特点,是未来汽车的一大发展方向。在氢能的产业链之中,上游制氢的高成本使得产业链下游的燃料电池成本居高不下,这已成为燃料电池汽车发展的桎梏。

所以,制氢是整个氢能产业发展的基础。工业上制取氢气主要有以煤炭、天然气为原料的化石能源重整制氢、以焦炉煤气、氯碱尾气为代表的工业副产气制氢和电解水制氢三种方式。

●化石能源重整制氢

煤制氢是通过气化技术将煤或焦煤与纯氧气反应得到水煤气,再经过变换分离处理以提取高纯度的氢气。煤制氢是当前成本*低的制氢方式,但前期投资较大,需大规模制氢才能分摊成本和折旧压力。

天然气制氢是将天然气与水蒸气重整得到以H、CO、CO为主要组分的合成气,再经过CO变换以及H提纯生产过程获得一定纯度的氢气。但原料成本较高,受制于天然气的价格,大规模推广具有一定难度。

●工业副产气制氢

焦炉煤气制氢工艺过程可分为原料压缩,冷冻净化分离、变压吸附脱炭、脱硫压缩、变压吸附制氢和脱氧等五道工序,*终制取氢气的纯度超过99.99%。理论上焦炉煤气制氢的空间*大,但是考虑工艺复杂且对环保的要求较高,无形中增加了操作成本。

相比之下,氯碱副产制氢的提纯难度小且杂质含量更低。氯碱厂以食盐水为原料,采用离子膜或石棉隔膜电解槽生产烧碱和氯气,同时可得到副产品氢气。经过PSA提氢装置处理去掉杂质后,可获得高纯度氢气。该工艺下高纯度的氢气生成成本只有1.3元,是目前兼具成本和环保的制备流程。

●电解水制氢

电解水制氢是在阴极上发生还原反应析出氢气的过程,目前技术上主要有碱性水电解槽、质子交换膜水电解槽和固体氧化物水电解槽。电解水制氢具有绿色环保、生产灵活和纯度高等特性,但其单位能耗在4-5千瓦时,制取成本受到电价影响较大,电价占到总成本的70%以上。

●制氢技术该如何选择

单从成本上来看,化石能源和工业副产制氢的成本取决于原料价格和提纯装置的制备成本,而电解水成本在于当地的基础电价。根据《不同途径获取氢源技术及成本分析》,工业副产制氢成本可控制在3.36-16.8元/kg,是目前制氢的*优解。


    数据来源:《不同途径获取氢源技术及成本分析》

但从氢气产业链的角度来看,实际应用的综合成本计算不仅是氢气制取这一项,还包括氢气的运输与储存。目前来看,氢气的运输成本难以突破,有时甚至会出现储运成本高于氢气生产成本的现象。《财经》曾报道过,上海某加氢站购买的氯碱厂副产氢,出厂价格仅为20元/公斤,但经过储运抵达加氢站,*终价格已超过50元/公斤。


    数据来源:国际能源署

可见,在当前价格水平和产业链下,单纯以氢气成本选择制氢方式可能会丧失市场竞争力。因此,根据地区的资源特性和下游氢气消纳市场的距离选择成本合适的氢源显得更加合理。

短期来看,在工业发达,化工、钢铁企业密集的东部沿海和环渤海地区,工业副产制氢是*佳方案;华北、西北地区的光伏、风能等可再生资源丰富,由此带来的低电价使电解水制氢是更好的选择,同时还可解决消纳问题;中西部地区的天然气资源丰富,利用天然气重整制氢的成本相对较低;山西、陕西和内蒙地区的煤炭资源优渥,煤制氢潜力巨大。

   长期来看,可再生能源发电制氢潜力巨大。发展氢能的初衷是降低碳排放,但是主流技术在制氢过程中都不能避免过量的碳排放。根据测算,当前中国氢气主要来自煤炭,而利用煤炭生产1吨氢气会排放出15-20吨的二氧化碳,这无疑与发展清洁能源的目标相背。因此,若要推动氢能产业的持续发展,可再生能源发电制氢是*终选择。

本文来源:谷瀑环保 责任编辑:六零
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