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一文读懂《我国氢能产业发展的技术经济分析》

作者:中国储能网新闻中心 来源:赛迪智库 发布时间:2020-01-10 浏览:
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目前,氢能产业正处于将氢气从工业原材料向规模化能源开发利用的战略转折点。氢能作为一种柔性的绿色能源载体,是连接可再生能源与用户的桥梁。

本次的研究主题是“我国氢能产业发展的技术经济分析”,文章主要从4个部分进行详细分析:

首先对氢能及氢能产业链关键环节和关键技术进行了介绍,并进行了技术成熟度评价,随后分析了氢能产业链主要环节的成本,提出了推进氢能产业发展的对策建议。

氢能及氢能产业链

全球氢的年度需求

全球氢产量从1975年的1820万吨增长到2018年的7390万吨,增长了三倍多。

目前工业部门对氢能的需求占主导地位,氢已在工业部门实现规模化应用。目前氢主要通过化石能源重整制取。

氢能产业链

氢能产业链关键环节主要包括制氢、储运、加氢基础设施以及氢燃料电池以及氢应用等。

我国加氢站分布及建设运营情况

据统计,截至到2019年1月我国已建和在建加氢站44座。

建设加氢站成本较高,设备费约占70%,据测算,不含土地费用,国内建设一座加氢能力为500kg、加注压力为35MPa的加氢站需要1200万元,相当于传统加油站的3倍。

氢在工业领域应用及潜力

氢的用途目前主要在工业领域,如炼油、氨生产、甲醇生产以及通过直接还原铁方式生产钢铁。其中炼油用氢约占33%、氨生产约占27%、甲醇生产约占11%。

此外,除以下表中的4个行业外,氢在现有工业应用之外的交通、建筑、电力等行业都具有长期的发展前景。

氢能产业链主要环节的技术成熟度分析

技术成熟度

本研究参照美国国防部对技术成熟度(TRL)的定义,以及《技术成熟度及其评价方法》中客户化的技术成熟度定义,将氢能产业链主要环节的技术成熟度分为9个等级,其中1级最低,9级最高,遵循循序渐进的原则。

① 观察到基本原理或看到基本原理的报道

② 提出将基本原理应用于系统中的设想

③ 关键功能和特性通过可行性验证

④ 原理样机通过实验室环境验证

⑤ 演示样机通过模拟使用环境验证

⑥ 分系统或系统级原理样机通过模拟使用环境验证

⑦ 系统级工程样机通过典型使用环境验证

⑧ 系统级产品通过测试和鉴定试验

⑨ 系统级产品通过成功执行任务得到验证

关键技术识别

本次研究中的关键技术识别主要包括:制氢环节关键技术分析、储运环节关键技术分析、加氢基础设施关键技术、氢燃料电池四个方面。

制氢环节关键技术分析

目前全球氢的生产主要是由化石燃料制取,电解水制氢目前只占很小的一部分,我国工业副产氢提纯制氢已在较大范围应用,从长远来看太阳能催化制氢、生物制氢等绿色制氢技术具有发展前景。

储运环节关键技术分析

地质储存是大规模和长期储存的最佳选择,储罐储存适合于短期和小规模储存。目前高压气态、低温液态运输环节也涉及储罐。更高效率的储罐储存是储存和运输的关键环节,对氢能的推广应用具有重大影响,目前具有高风险。

产业链技术成熟度分析

将氢能的清洁低碳化作为目标,考察其制氢环节、储运环节关键技术以及加氢技术设施、燃料电池等细分关键技术的技术成熟度,可以客观反映氢能产业链的技术成熟度,为发展氢能产业提供参考。


氢能产业链主要环节的经济成本分析

制氢成本分析

煤气化制氢工艺中原料煤是最主要的消耗材料,约占制氢成本的50%;

天然气制氢成本受多种技术经济因素的影响,天然气原料成本占制氢成本的70%以上;

水电解制氢的生产成本受资本支出、转换效率、电力成本、年度运行时间等影响,电解槽分别占碱性电解槽和PEM电解槽资本支出的50%和60%。

储运成本分析

氢气具有较高的质量能量密度,但标准大气压下体积能量密度较低,使用过程中须将其进行压缩或液化,以提高单位体积氢的含量。在压缩、液化、运输过程中较液化天然气成本要高。

加氢站建设成本分析

目前我国加氢站建设成本比较高,其中设备成本约占70%。

燃料电堆成本分析

燃料电池电堆由多个单电池、集流板、绝缘板、端板等组成,其中催化剂和双极板的成本占比较高。

结论与建议

① 氢能产业链关键环节仍需进一步加大研发以及产业化力度;

② 成本仍是制约氢能产业发展的关键因素;

③ 加强顶层设计促进产业协同发展;

④ 通过重点领域应用促进氢能多元发展。

关键字:氢能

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