近年来,氢能在全球受到前所未有的关注,主要因为发展氢能是实现全球能源结构向清洁化、低碳化转型的关键路径之一,这一全球共识正在形成。而氢能产业是一个广阔的领域,其产业链包括制氢、储运、加氢、氢能应用等多个环节,在制氢方面,根据二氧化碳的排放量,氢可以分为灰氢、蓝氢、绿氢,其中,可再生能源制氢被称作“绿氢”。世界范围内已有实现“绿氢”供应经济效益的相关经验和研究,有望在进一步扩大应用后提高“绿氢”应用的社会效益。
我国发展“绿氢”具备良好的资源禀赋,中国有着可观的地热、生物质、海洋能、风电和光伏资源以及固体废弃物的资源化利用,随着近年来技术的进步,可再生能源的发电成本越来越具有竞争力,与此同时,中国拥有强大的基础设施建设能力,为发展“绿氢”提供了得天独厚的优势。
据相关资料显示,过去十年,全球建成的电解制氢项目有230个,装机容量约100MW,主要用于交通运输和工业生产。业内人士认为,绿氢发展的主要驱动因素,是风能、太阳能等可再生能源的大规模发展。通过电解制氢技术,可以将大量太阳能和风能生产的绿色电能有效整合到现有能源网之中,这也是电解制氢的关键作用所在。
目前,风电电解水制氢技术路线分为两种:风电独立供电方式会受风电波动影响,但不受电网价格控制;风、网智能协调供电方式不受风电波动影响,制氢效率较高,但电价受电网影响。业内专家表示:“中国可再生能源大部分在西北地区,由于本地消纳有限且外送困难,因此存在大量弃风弃光现象,可有效利用弃风弃光发电进行电解制氢。
电价成本在电解水制氢成本中高达60%-70%,因此未来如电价成本大幅度下降,将极大地影响电解水制氢成本。目前,国内弃光、弃风、弃水的发电成本可降至0．15元/度,据此计算出的电解水制氢成本为1-1．5元/Nm3,远低于利用上网电量电解水制氢的成本,且与化石燃料制氢的成本上限接近。与此同时,数据显示,在0．25-0．85元/千瓦时的电价运行区间,100标方/小时的氢气价格约为33-63元/公斤,1000标方/小时氢气价格约为18-47元/公斤。业内专家对此表示:“氢气制备规模越大,其成本越低,因此大力推广可再生能源制氢并形成规模效应,将更快速推动绿氢制备的成本下降。”
立足在以光伏、风电、水电等为代表的可再生能源制氢技术,在未来成本大幅度降低后,生产出的“绿氢”将成为主流,依靠绿氢作为载体,其他可再生能源可以实现和现有能源系统的融合,同时绿氢自己也可以作为单独的能源使用。2016年中国光伏行业协会做过测算,整个光伏系统的能耗,全部回收只需要1．17年。且完全使用清洁能源“绿氢”技术也提供了另一种从源头上杜绝碳排放的路径。在众多绿氢技术中,以可再生能源电力电解水制氢是目前最为主要且最有前景的。
中国目前的电解槽投资成本已经远低于欧洲水平,并且在政策支持、技术研发、市场规模效应的共同作用下,未来电解槽成本也将大幅降低。碱性电解槽有望在未来下降到630元/千瓦,而兆瓦规模的质子交换膜(PEM)系统投资成本也有望在2050年降低至每千瓦700-1400元。此外,随着技术进步和突破,以甲烷裂解、热化学制氢、太阳能光催化制氢为代表的新兴制氢技术逐渐兴起,也可能占有一定市场。
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