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中国氢能产业基础设施发展现状
发布时间:2016/11/18 10:33:00
                                                                                    (来源:重塑未来)
        燃料电池是将氢气和空气中的化学能直接转化为电能的装置,其效率高且使用过程无污染,可应用于固定/分散式电站、便携式电源及交通运输等领域。燃料电池在交通运输领域的应用有燃料电池大巴、燃料电池乘用车及燃料电池叉车等形式。为推广燃料电池车辆的使用,氢气的制备、储运和供应成为待解决的重要问题。

                                                                                                    氢能产业链
      一、氢气的制备
       地球上氢元素量非常丰富,但是几乎没有可直接利用的氢气分子,氢气可以通过不同的方法制取。目前氢气制取的方法有工业副产氢的提纯、化石燃料改质、电解水、光催化剂水分解、生物质燃料制氢等,各种技术对比分析如图所示。
        制氢技术对比分析

       国内制氢工艺主要有以煤、石脑油、炼厂气、焦炉气、天然气为原料在高温下进行蒸汽转化的制氢工艺和电解水制氢的工艺,采用上述制氢工艺的成本较高。

       制氢成本
       为了降低制氢成本并提高资源利用率,合理配置和高效利用炼油厂产生的各种含氢气体中的氢气资源,通过提纯的方式制取氢气的方法被广泛研究。目前国内应用最为广泛的废气提纯制氢方法为变压吸附(PSA)提纯法。

  
       二、氢气的供给
       1. 加氢站制备好的氢气在经历储存和运输环节后通过加氢站供应给车辆使用。固定式加氢站主要由氢气长管拖车、卸气柱、氢气隔膜压缩机、储氢瓶组、加氢机等组成。加氢站整体工艺流程如下所示:

       加氢站工艺流程
       截止2016年1月全球正在运营的加氢站超过200座,2020年全球加氢站保有量将超过435座,2025年有望超过1000座,日本、德国和美国分别有320、400和100座。中国计划到2020年达到100座。但是由于加氢站目前没有进行量产化生产,其建造和运营成本非常高,主要还是要依赖于政府的补贴。


        中国加氢站情况一览


       日本政府给予加氢站建设高额补助。日本建设一座中型加氢站投资在500~550万美元。日本政府制定了“氢气供给设备整备事业费辅助金”制度,自2013年起对加氢站建设项目补贴其导入成本的一半,上限为2.5亿日元(246.7万美元),2014年又增加了定额性补贴政策,上限达到2.8亿日元(276.3万美元)。日本政府在过去三年中对加氢站的建设与运营累计拨款17.8亿美元,全球居首。
       美国建设一座加氢站约需要280~350万美元。美国加州政府将一共拨款2亿美元于2024年之前建设不少于100个的公共加氢站。美国加利福尼亚州宣布将于2030年实现上路新车全部为零排放汽车。
       我国建设一座加氢站(35Mpa)的投资约需要200~250万美元。我国政府的补贴力度也在加大,2014年11月财政部、科技部、工业和信息化部、发展改革委公布了《关于新能源汽车充电设施建设奖励的通知》,指出对符合国家技术标准且日加氢能力不少于200kg的新建燃料电池汽车加氢站每个站奖励400万元。与此同时国内部分城市也推出了加氢站项目的扶持政策,国家与地方政策的配合或将成为中国加氢站建设推广的催化剂。
         加氢站建设地方补贴
     
        2. 氢气价格目前国内加氢站非常少,加氢站氢气的售价没有形成市场价。以下举例说明燃料电池汽车、天然气汽车以及传统汽油车的燃料使用成本。燃料电池汽车以丰田Mirai为例,其耗氢量为1.04kg/100km,氢气售价取上海安亭加氢站氢气售价60~70元/kg;天然气汽车以雪铁龙新爱丽舍CNG车型为例,其耗气量为7.7/100km,CNG售价取目前河北CNG售价3.2元/;传统汽油车以2015年度乘用车平均油耗7.97L/100km为例,油价取目前上海93号汽油价格5.89元/L。
        燃料使用成本(元/100km)

       当加氢站氢气的售价降低至45元/kg时,氢气燃料使用成本将与汽油相当。加氢站氢气售价与其氢气来源有关,国外一般加氢站的氢气有三种来源:租借运输车辆的外供氢方式、电解水制氢、天然气重整制氢。不同氢气来源的方式,氢气成本不同。加氢站
        氢气成本
      
       我国加氢站主要采用外供氢方式。由于我国对于建造加氢站的补贴力度较大,且土建成本、固定设备投资以及运营维护成本较低,我国加氢站氢气售价的70%为氢气制备及运输成本。
    
     
       我国加氢站氢气售价价格组成
       我国氢气的制备目前主要采用电解水制氢方式。其设备投入和生产原料消耗对制氢成本有巨大的影响。小型制氢设备成本30000元/Nm3,当制氢设备产能达到1000Nm3时,其设备投入成本降为6500元/Nm3,规模化生产后每立方米氢气设备投入成本降低78.3%。
       生产原料75%为电力消耗成本,小型设备单位耗电能5kw·h/Nm3,大型设备的单位耗电能可降低至4.3kw·h/Nm3。以北京低谷电价0.3元/kw·h为例,当规模化制氢时,氢气原料消耗成本价将降低0.21元/Nm3。并且随着工业废氢提纯等低成本制氢方式的使用,海通证券预计氢气价格将下降50%以上。
       三、展望
       近年来,为应对气候变化压力,氢能在世界范围内备受关注,氢能已经纳入我国能源战略,成为我国优化能源消费结构和保障国家能源供应安全的战略选择。2016年10月28日,中国标准化研究院资源与环境分院和中国电器工业协会燃料电池分会在广东云浮市联合举办“中国氢能与燃料电池产业高峰论坛”,发布了《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书(2016)》。到2020年,我国氢能产业基础设施发展将取得重大突破,为氢能产业及燃料电池汽车的大规模推广提供前置条件。
       中国氢能产业基础设施发展技术路线图


  
参考文献:
[1] http://www.cnthe.cn/HT_world/chanpin1/index.asp?
[2] http://www.chyxx.com/industry/201608/442508.html
[3] http://www.huaxigas.com/proa/information_77.shtml
[4] http://nev.ofweek.com/2016-07/ART-71001-8420-30009720_3.html
[5] http://auto.sohu.com/20150416/n411363032.shtml
[6] http://www.china-hydrogen.org/hydrogen/station/2014-12-22/3675.html
[7] 何广利,神华集团/低碳所氢能发展概况
[8] 张明俊,加氢站建设及运营浅析
[9] http://www.china-hydrogen.org/hydrogen/mix/2016-11-08/5718.html
[10] https://www.uop.com/equipment/hydrogen-separation/
作者:叶子





 


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