【市场分析】化石燃料、工业副产物、电解水、生物质及其它 制氢成本分析

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市场分析
自去年9月开始,我国提出2030年碳达峰、和2060年碳中和的时间表,氢能的发展成为了两会讨论的重点之一。

前景
目前氢能市场前景广阔,主要制氢方式有四种: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成本较低的优势未来可占据制氢结构的主体地位。

 

电解水成本偏高,降成本主要依赖电价

电解水制氢最重要的成本80%来源于电费,用电成本决定制氢成本,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。如果用电价格低于 0.30 元/kW·h 时,电解水制备的氢气成本才可与汽油相当,目前光伏系统发电成本0.5930元/kWh,已经低于大工业电价,风电每度电成本约为 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。天然气制氢成本受原料价格影响较大,我国天然气大量依赖进口,原料相对难以保证,目前我国天然气资源主要分布集中的中西盆地尤其是新疆、青海等地区天然气基本价格低至 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,不过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

我国煤制氢技术成熟,已实现商业化且具有明显成本优势,适合大规模制氢,且我国煤炭资源丰富,煤制氢是我国当前主要的制氢方式。煤炭资源主要是西多东少、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。

 

工业副产制氢具有潜在产能

工业副产氢制氢尽管提纯工艺相对复杂,但具有技术成熟、成本低、环境相对友好等优点,有望成为近期高纯氢气的重要来源。工业副产氢制氢指利用含氢工业尾气为原料制氢的生产方式。工业含氢尾气主要包括焦炉煤气、氯碱副产气、炼厂干气、合成甲醇及合成氨弛放气等,一般用于回炉助燃或化工生产等用途,利用效率低,有较高比例的富余。目前我国规划和在建的丙烷脱氢项目预计可以副产并外售 86.8 万吨氢。我国规划中的乙烷裂解产能达到 1460万吨,可以副产并外售的氢气达到 90.4 万吨。主要采用变压吸附技术(PSA)的焦炉煤气制氢、氯碱尾气制氢和燃料氢定向除杂技术(MDP)等装置已经得到推广应用,氢气提纯成本仅0.2元/ Nm³,计入综合成本后仍具有明显的经济性优势。

通过制氢成本我们可以得知

水电解法制氢成本最高,约为3.6元/Nm³,不过成本在不断降低,碳排放量低,且在应用水力、潮汐、风能的情况下能量转化率高达70%以上。

天然气蒸汽重整制氢的成本次之,约为1.3元/Nm³,能量转化率高达72%以上,但环保性不强,未来可以考虑通过碳捕捉技术减少碳排放。

煤制氢技术前期投入较高、西多东少,分布不均匀资源匮乏,有一定污染,但是较水电解法制氢单位氢成本低。

工业副产制氢,在0.2元/Nm³之间,因为副产没有因制氢造成多余排放,所以环保性能较好,目前而言适用于大规模制取工业氢气原料,也是可实现度最高的氢气来源。

通过比较分析

各种制氢方式的成本、优劣势,我们认为:在现阶段,选择成本比较低、氢气产物纯度较高的氯碱工业副产氢的路线,已经可以满足下游燃料电池车运营氢气需求。

 

 

2021年3月31日 11:40
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