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全球热捧“绿氢” | 我国光伏制氢发展现状

来源:未知 编辑:秘书处 时间:2020年07月09日 19:07

6月30日,华电潍坊发电有限公司与深圳市凯豪达集团举行氢能战略合作签约仪式,双方将共同投资建设潍坊滨海光伏100MW光伏制氢项目。

就在前一天 ,6月29日,石投集团专精特新公司召开全球首套千吨级规模太阳燃料合成示范项目甲醇装置开车动员大会,该项目总占地面积286亩,主要建设太阳能光伏发电、电解水制氢及二氧化碳加氢合成甲醇三大系统。

随着氢能在全球的火爆,光伏制氢产业也迅速被点燃。如今,光伏制氢被视为未来新能源最具潜力的发展方向之一,在国际市场上,光伏制氢产业的蓝海已经开启,日本、德国、荷兰、澳大利亚、加拿大等国家均已开展大型光伏制氢项目的研究或投入。

光伏发电作为国家鼓励发展的绿色清洁能源,近年装机规模不断增大,但光伏发电具有随机性、波动性、阶段性供电等问题,增加了电网调度难度。随着光伏装机规模的不断扩大,光伏发电将面临增加储能问题,这就为光伏发电持续发展带来了一定挑战。光伏发电制氢用于天然气掺烧、燃料电池,可丰富终端用户用能多样性,保障能源安全,也是解决光伏发电所面临问题的一种途径。

光伏制氢技术路线

光伏发电制氢主要利用光伏发电系统所发直流电直接供应制氢站制氢用电。光伏直流发电系统相比传统电站减少了逆变和升压的过程,主要设备设施包括光伏组件、汇流箱、支架、基础、接地装置等,光伏组件可根据制氢站输入电压和电流要求进行串、并连配置,从而提高系统效率。电解水制氢目前技术成熟、设备简单,运行和管理较为方便,制取氢气纯度较高,无污染,主要有3种技术路线。

碱性电解槽制氢。该种电解槽的结构简单,适合大规模制氢,价格较便宜,效率偏低约70%~80%,主要设备包括电源、阴阳极、横膈膜、电解液和电解槽箱体组成,电解液通常为氢氧化钠溶液,电解槽主要包括单极式和双极式。

聚合物薄膜电解槽(PEM Electrolyzer)制氢。效率较碱性电解槽效率更高,主要使用了离子交换技术。电解槽主要由聚合物薄膜、阴阳两电极组成,由于较高的质子传导性,聚合物薄膜电解槽工作电流可大大提高,从而提升电解效率。随着质子交换膜、电极贵金属技术进步,聚合物薄膜电解槽制氢成本将会大大降低。

固体氧化物电解槽(Solid Oxide Electrolyzer)制氢。可在高温下工作,部分电能可由热能替代,效率高、成本低,固体氧化物电解槽是三种电解槽中效率最高的设备,反应后的废热可与汽轮机、制冷系统进行联合循环利用,提升效率,可达到90%。

光伏发电制氢经济性分析

传统方式制氢成本分析

目前市场成熟制氢方式主要包括煤气化制氢、甲醇制氢、天然气制氢以及工业副产品制氢。煤气化制氢投资成本较高,随着规模增大,单位投资大幅下降,同时原料便宜,按照5800大卡烟煤计算,价格为500元/吨时制氢成本仅为0.7元/Nm3(表1);甲醇制氢投资较低,适合2500Nm3以下制氢规模,按照1Nm3氢气消耗0.72千克甲醇,甲醇价格按2319元/吨计算,制氢成本如表2;天然气制氢单位投资成本低,在1000Nm3以上经济性较好,按照1Nm3氢气消耗0.6Nm3天然气,天然气价格按1.82元/Nm3计算,制氢成本如表3。

 

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光伏发电制氢成本及经济性分析

以1000Nm3/h水电解制氢为例,总投资约1400万元,按照1Nm3氢气消耗5kWh电能计算,不同电价测算制氢成本分析如表4。由此分析,光伏发电制氢电价控制在0.3元/千瓦时以下时,制氢成本才具有竞争力。按照目前市场价格进行测算,以100MW光伏发电直流系统造价如表5。

以一类资源区域为例,首年光伏利用小时数为1700小时计算,其他参数为:装机容量100MW,建设期1年,资本金投资比例20%,流动资金10元/kW,借款期限10年,还本付息方式为等额本息,长期贷款利率4.90%,折旧年限20年,残值率5%,维修费率0.5%,人员数量5,人工年平均工资7万元,福利费及其他70%,保险费率0.23%,材料费3元/kW,其他费用10元/kW。按照全部投资内部收益率满足8%反算电价,并分别分析计算造价为2.3亿、2亿、1.8亿、1.6亿元时的电价。通过计算,在满足全部投资内部收益率为8%时,不同造价下的电价如表6。

 

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“绿色氢气”作为实现气候目标的新兴领域,正成为行业焦点。国际能源署(IEA)署长法提赫·比罗尔表示,当前全球原油经济大幅震荡,“绿色氢气”正在迎来“属于它的时代”。作为新兴产业,理应获得各国政府更多支持。

什么是绿色氢气

世界能源理事会的报告将氢气按照生产来源分为“灰色”、“蓝色”和“绿色”三类。

灰色氢气:目前,96%的氢气来自化石燃料,通过蒸汽甲烷重整(SMR)或煤气化技术制取氢气。该过程制造的氢气成本较低,但是碳强度最高,因而社会接受度最低。蓝色氢气:蒸汽甲烷重整技术或煤气化加上碳捕捉和贮存(CCS)制氢,碳强度较低,成本昂贵,社会接受度较高绿色氢气:使用可再生能源进行电解,二氧化碳零排放,成本昂贵,社会接受度最高

绿色氢气优点

和传统的制氢方式相比,“绿色氢气”有几个突出优点。首先,生产的原材料是”绿色的“,不论水还是用来发电的可再生能源,对环境友好电解水制氢只会生成氢气和氧气,不会产生碳氧化合物对环境造成污染;其次,可以解决可能生能源发电过剩、发电间歇性的困境。最后,制氢用的原料水可以说是”无穷无尽“的,业内人士普遍认为,氢气作为重要的工业原料以及清洁燃料,在未来几十年里将形成竞争的格局。

中国工程院院士、中国工程院原副院长杜祥琬近期在接受专访时表示发展氢能,就是要发展绿氢,也就是可再生能源制氢。作为二次能源,氢的产生离不开一次能源,要发展好氢能就要利用可再生能源。离开一次能源,氢能是无源之水。要发展氢能,产业链要从可再生能源制氢着眼,搞清楚源头。

我国对绿色氢气的探索

事实上,国际上不少国家已开始对绿色氢气的探索。截止目前,日本、英国、澳大利亚等国家陆续公布了氢能战略。而欧盟今年拟定的“绿色协议”中已将“清洁氢气”制定为“优先发展领域”,这一定义则包括了天然气制氢以及可再生能源制氢。有消息人士透露称,荷兰政府也在积极推动欧盟对于“绿色氢能”的支持。最新消息也显示,德国预计将在本月底前公布该国氢能战略。

那么,目前为止,我国对“绿色氢气”进行了哪些探索呢?当前,国内对“绿色氢气”的探索主要在风电/光伏制氢方面,据北极星统计,我国稳步推进的光伏/风电制氢项目共有20余项。

光伏制氢项目

 

 

 

 

风电制氢项目

 

 

 

 

 

 

来源:部分内容整理自北极星氢能网、中国电力设备管理协会



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