可再生能源制氢需着力解决成本瓶颈

“2019氢能产业发展创新峰会”日前在山东济南举行。峰会以“探索氢能产业应用,发展绿色低碳经济”为主题,交流探讨了产业在政策、技术、模式等方面的成功经验及创新探索。并且,会上还透露出山东即将发布全省的氢能规划,这将是全国首个省级氢能规划。

国发能研院、绿能智库认为,制氢是氢能产业发展的基础;综合考虑制氢成本、环保和能源安全等因素,未来我国制氢的关键在于发展可再生能源发电制氢;可再生能源发电的挑战在于解决发电成本和运输成本的问题;其中太阳能发电制氢可能成为最有前景的制氢方法之一。

制氢布局是氢能发展的基础

9月23日,国际能源署(IEA)联合中国石油经济技术研究院在北京发布《氢的未来,抓住今天的机遇》。报告称,氢可以帮助解决各种关键的能源挑战,包括帮助储存太阳能光伏和风能等可再生能源的可变产出,以更好地满足需求。现在正是氢能产业扩大技术规模、降低成本,并使氢能得到广泛推广的重要时期。报告同时也指出,制氢成本过高、氢产业基础设施发展缓慢、化石能源制氢产生的碳排放以及相关法律法规的欠缺,仍是目前氢能产业发展的挑战。

氢能产业链包含上游制氢、中游储运和下游加氢及终端应用。氢气也是燃料电池的最主要原料之一。随着氢能应用的发展和推广,未来氢气的需求将快速增长。因此,氢气制备环节是氢能发展产业的基础。

 

 

从2010年到2017年,我国氢气产量翻了一倍,其中超过一半的产量来自于煤制氢。2019年6月,中国氢能联盟编制的《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》称,氢能将成为中国未来能源体系的重要组成部分,预计到2050年,氢能在中国能源体系中的占比约为10%,氢气需求量接近6000万吨,年经济产值超过10万亿元。

 

 

国发能研院、绿能智库认为,随着下游应用的发展,上游氢气生产量的提升会导致制氢成本的下降。在规划未来制氢布局的过程中,如何兼顾制氢成本、环保和能源安全等因素,是我国氢能产业是否能在未来实现长期健康发展的重要前提。

化石能源制氢成本优势仍然明显

目前中国主要的制氢方法有三种,一是是以煤炭、天然气为主的化石能源制氢;二是电解水制氢;三是以焦虑煤气、氯碱尾气、丙烷脱氢为代表的工业副产气制氢。

目前,化石能源制氢技术最成熟、成本最低。其中,煤制氢不仅成本最低,产量占比也最大,我国近年来超过百分之60的氢气来源于煤制氢。然而,煤制氢最低成本依然超过10.5元/公斤,最高成本超过17元/公斤,再加上提纯、压缩、储运等费用,进入加氢站约为40元/公斤,最终的销售价格普遍达到60元/公斤以上。以一辆常规的氢燃料电池物流车来说,每跑百公里所需费用至少180元,远高于柴油车的110元。

天然气制氢的成本比煤制氢高一倍左右。但是在未进行脱碳处理的情况下,天然气制氢的碳排放强度比煤制氢低一倍。我国目前天然气的进口依存度高,过度依赖天然气制氢不利于我国的能源安全。

 

 

 

电解水制氢的成本较高,如果采用一般工业用电制氢,按照工业用电目前每度电1元的价格来计算,电解水制氢成本是煤制氢成本的8倍左右。再加上提纯、压缩费、储运以及相应利润,进入加氢站的价格估计将高达110元/公斤。因此,工业用电制氢不具有经济可行性。

可再生能源发电制氢不会产生碳排放,成本也低于火电电网制氢。目前,我国可再生能源制氢的量还非常微小。国发能研院、绿能智库认为,虽然我国制氢方法在很长一段时间都将以化石能源为主,但是随着太阳能、风能等能源的发展,可再生能源制氢的占比将在未来逐渐增加。

可再生能源发电制氢的前景和挑战

国发院能研院、绿能智库认为,从成本、环保减排、能源安全等综合角度考虑,未来我国制氢的关键在于发展可再生能源发电制氢。到2050年,我国可再生能源制氢占比有望达到70%,而化石能源制氢可能下降到20%左右。

 

 

发展可再生能源制氢不仅有利于减少污染排放,还可以帮助消纳光伏、风电等可再生能源发电,减少弃风弃光率。我国边远地区风电资源丰富,但是由于风电的季节性及波动大,发电不稳定等特点导致了可再生电力资源的大量浪费。2018年中国弃风、弃光电量分别达到277亿千瓦时和55亿千瓦时,按制取1公斤氢气耗费39.7kWh电能的折算比例,2018年总弃电量可制氢约84万吨,相当于国内煤气制氢总量的十二分之一、天然气制氢总量的三分之一。2018年12月,国家发改委等部委印发的《清洁能源消纳行动计划(2018-2020年)》要求,“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”。

国内一些地方已经开始布局可再生能源电解水制氢产业。比如,吉林省2019年发布的《白城市新能源与氢能产业发展规划》称,力争到2035年,风电装机2000万千瓦、光伏装机1500万千瓦,年生产氢气能力达到百万吨级,产值近2000亿元。这是目前国内首个由地方政府主导的可再生能源制氢发展规划,致力于打造“中国北方氢谷”。

目前新能源发电制氢的关键仍在于进一步降低发电成本。比如,白城的可再生能源风电的成本为每度电0.22元,制氢成本平均超过20元/公斤,还是远高于煤制氢的最低成本10.5元/公斤。中国科学院院士欧阳明高也认为,目前,可再生能源电解水制氢的效率不高。

然而在未来,可再生能源发电的成本有望实现持续下降,其中太阳能发电制氢可能成为最有前景的制氢方法之一。8月12日,英国《自然•能源》杂志12日在线发表的一项最新研究称,中国城市的工商业太阳能系统供电已经比电网供电便宜,这可能刺激中国工商业在未来增加使用太阳能系统。目前,我国光伏制氢还没有开始推广,但我国拥有强大的光伏产业基础和光伏发电装机量。截至6月底,我国光伏装机规模达到了185.59GW,在太阳能资源丰富的西北地区分布广泛。

去年531光伏新政以来,光伏市场在短时期内收到了冲击。随着补贴的退坡,大批落后产能逐渐被淘汰,而多家行业龙头企业则没有停下扩产的步伐。以后光伏的发展将越来越不需要依靠补贴,因为补贴扰动而导致的周期性波动也会越来越弱。组件价格持续下滑和度电成本持续降低将更多的来源于行业的长期性成长。

 

 

阳光电源股份有限公司董事长曹仁贤认为,使用全离网光伏制氢方案,不仅能够将太阳能电站的投资盘活,同时由于不受电网限制,可以规模自定,独立发展。据曹仁贤估计,在相关问题得以解决的前提,以白城为参考标准,在25乘以25平方公里的面积上可以年产100万吨氢气,而电费仅一毛多,效率电的利用效率可达96%左右。光伏部件与系统技术的创新迭代将使得光伏发电成本低于煤电、核电、气电等。并且,光伏应用将呈现多元化趋势,各种地面和建筑屋面、立面应用将长期共同发展。预计,光伏深度储能、光伏制氢将在2025年推广普及。

除了发电成本之外,运输成本也是可再生能源面临的挑战之一。我国大规模的风电、光电往往建设在远离氢能应用终端的偏远地区。未来如果利用这些可再生能源制氢将产生较高昂的储运成本。为了降低运输成本,偏远地区的可再生能源制氢应更多考虑管道运输,虽然管道运输前期固定投资非常高昂,但管道运输的效率、成本都具优势,随着氢能产业规模的扩大。在未来长距离、大规模的氢气运输中,管道输氢有望成为最优的运输方式。

 

来源:国发能研院、绿能智库

2019年9月30日 12:21