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氢能|电解水制氢+管道运输是氢能发展方向

来源:中国能源报 

 

由于认识、安全、审批等多方面因素,与发达国家相比,中国的加氢站布局和建设仍处于缓慢起步阶段。截至 2019 年 11 月,我国已投产的加氢站为 41 座,从地域分布来看,主要集中在广东、江苏、上海、湖北、河北等地,并未实现全国范围的覆盖。未来加氢站的建设数量及地域分布还有待完善。

成本高昂是阻碍加氢站建设的首要原因。一个典型的加氢站由制氢系统、压缩系统、储存系统、加注系统和控制系统等部分组成。从站外运达或站内制取纯化后的高纯氢气,通过氢气压缩系统压缩至一定压力,加压后的氢气储存在固定式高压容器中。当需要加注氢气时,氢气在加氢站固定高压容器与车载储氢容器之间的高压差作用下,通过加注系统快速充装至车载储氢容器。

除土建成本和管阀外,加氢站成本占比较大的主要是一些核心设备,如压缩机、加注设备和储氢罐。由于国内缺乏成熟量产的加氢站设备厂商,进口设备推高了加氢站建设成本。 

当前,补贴政策是促进加氢站建设布局的关键。从近年来各地区发布的加氢站建设补贴政策来看,补贴范围从 100万元-900 万元不等,其中对于单个加氢站补贴力度最大的是佛山市南海区,政策规定新建固定式加氢站按 800 万元/个的标准进行补贴。以建设成本为 1100 万元的加氢站为例,400 万元的政府补贴可使初始投资下降 36.36%,氢气单位成本下降 23.57%,投资回收期缩短 2.07 年。补贴政策的扶持降低了加氢站建设的门槛,对于支持氢能发展发挥着关键作用。 

远期来看,氢气的使用成本是制约氢能发展最重要的因素,只有足够低的使用成本,才能完成氢气从危险化学品到能源品的转换,与锂电类似,氢能作为新兴能源,替代的是石油等传统化石能源,从目前锂电和氢能的不同属性来看,锂电池汽车主要应用于乘用车,而燃料电池汽车则在物流车以及重卡等重型商用车上具有更大的发展前景。 

就运氢成本而言,现阶段国内使用最广泛的是长管拖车运输,运输压力多为 20MPa,单车次可运输 347kg 的氢气,即插即用但成本较高;技术成熟成本较低的管道运输因为建设周期长而未能普及;液氢槽车运输则在现阶段并不现实。长管拖车的成本随着距离的增大而快速上升,而管道运输成本则维持在一个较低的区间。 

从现状来看,只有在采用化工副产物制氢的情况下,且运输半径在 200km 以内的条件下,氢气的使用成本可能降到 30 元/kg 以下。由于加氢站的下降空间主要在于设备的下降空间,相对比较有限,因此,更多依赖于制氢以及储运的环节。 

影响氢气成本的变量较多。目前氢气使用成本中最突出的矛盾是,制氢成本低的地方距离使用氢气的地区较远,比如工业副产氢以及西北地区较为便宜的光伏风电制取的氢气难以运到中东部地区,高昂的运氢成本制约了氢气成本的下降。 

短期内工业副产物制氢对比其他制氢方法优势较大。中长期来看,结合管道运输,电解水制氢优势崭露头角。由于电解水绿色环保,且能将弃风弃电重新利用起来,故长期看好电解水作为制氢的主流方法。在氢能总成本为 30 元/kg 的情况下,使用管道运输能大幅降低运氢成本,最大运输距离相比使用长管拖车进行运输翻了几倍。 

具体到运氢环节,短期来看,由于国内氢气管道发展较为落后,仅有两条稍有规模的管道项目,运氢方式只能选择技术较为成熟的长管拖车。长期来看,管道运输仍然是发展首选。而由于管道运输的运能较强,在 4MPa 的工作压力下,年运氢能力能达到 10.04 万吨。所以,管道运氢成本很大程度上受到需求端的影响。不同运能利用率下,成本也相应地不同。故要降低管道运氢的成本,首要目标是稳定需求,将运能尽可能地利用起来。

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