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              新聞中心

              氫能的特點是分布式,氫氣的制儲運也必然是多元化

              1、氫能產業流量劇增
              本月為期三天的“第六屆氫能與燃料電池汽車大會”在上海召開,吸引了無數的眼球,行業內鋪天蓋地的信息集中釋放,讓我們這個行業的從業者有一些應接不暇,我就索性沒有去蹭這個熱鬧,覺得有必要讓大家的眼睛休息一下,當然,我自己也企圖在這繁雜的信息釋放期借機喘一口氣。氫能行業似乎不那么缺流量了,就像會議上余卓平教授所言,通過氫能會議的關注度的變化我們可以感知到這個行業的溫度,余教授回憶說,最慘的時候他主持的氫能研討會只有五個人參加。自2016年”第一屆國際氫能與燃料電池汽車大會“以來,這個會議的人流量逐漸增加,關注的人也正從產業鏈、各級政府、影響到資本市場,甚至是相關或不相關的傳統產業。本次大會三天共計228家參展商,整體展出面積14000平米,3天共計8000多觀眾參觀,累計參觀人次達到16000人以上,會議上除9日主會場以外,8日、10日還有10個分會場、展廳現場交流(三天)和資本市場對接交流。雖然上海(或南通)和佛山的氫能會議規模最大,而且也成了行業大聚會的平臺,但業內的產業鏈交流會幾乎沒有斷過,每個月都有來自各地關于氫能的專題論壇,這個流量使得氫能會議成為產業鏈中最先賺錢的業務板塊。

              2、關注點從燃料電池延伸至氫氣來源

              除了人流量逐年增加,關注度大幅提升外,本屆氫能與燃料電池大會與往屆最大的不同是,過去市場更多的關注是燃料電池,而現在更多人關心的是氫氣的制備與儲運,在制氫和儲運環節我們關注到一個現象,就是目前占比最大的煤制氫和天然氣制氫幾乎沒有人提及,而PEM制氫、堿性制氫項目成為關注的焦點;目前主流的儲氫方式高壓儲運表現平靜,而合金儲氫、液氫項目熱度較高。就在會議剛剛結束,行業內的媒體又出現了兩個關于氫氣儲運的焦點,并被頻繁轉發:一則是自河北定州旭陽能源產業園至河北保定高碑店新發地物流園全長約145公里氫氣管線,這是迄今為止國內最長的氫氣輸運管線。

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              另一個引人注目的是網易“未來公開課”上來自南方科技大學創新創業學院院長劉科院士26分鐘的視頻??赐暌曨l,發現也是一個關于儲氫的話題,劉院士在講述電動車和燃料電池汽車發展中存在的瓶頸后,他認為甲醇是最好的儲氫載體。

              不僅是中國,從全球范圍來看,氫氣的制取和儲運目前都還沒有一條公認的最佳方案,各種技術路線都不是很成熟,但都在探索和進步中。
              氣體能源的儲存問題是能源發展歷史上的一個變量因素,世界上天然氣開采和使用少于石油的一個重要原因就是因為天然氣的儲運比石油難度更大,成本更高,不過,能源結構的變化卻是朝著石油消費比例下降、天然氣比例上升的趨勢變化的,一方面天然氣的含碳量低于石油,另一方面,也正是因為人類對大規模氣體管理能力不斷提升的結果,CNG、LNG以及天然氣管道的發展使得天然氣的運輸變得更安全、更經濟、更高效。

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              全球一次能源百分比

              氫不是一次能源,而是包含在其他物質之中,因此氫能的儲運不會是照抄天然氣的方法,除了管道、高壓和液態儲氫外,還有固態儲氫、化合物儲氫多種方式,而且我們不僅處在能源變革的時代,同時也處在工業革命的智能化時代,人類對物理世界的秩序因為萬物互聯變得更加可控,氫氣的安全管理能力也越來越強。

              盡管大家公認綠氫是最理想的氫氣來源,實際上,還是因為成本和長距離輸送不會成為當前市場主要的氫氣來源。氫能和化石能源最大的區別在于其來源的廣泛性,本質上,氫能具有“分布式”特征,它比鋰電在環保上可以做得更主動,因為不會僅僅依靠集中電網,被動接受60%的煤炭發電,氫氣的“分布式”特征具有更加靈活的供、消匹配。各供應主體的氫氣來源是不同的、分散的,副產氫、天然氣制氫、煤制氫或是可再生能源制氫的條件相差很大,所對應的應用場景也各不相同,所以,儲運方式也必然是多元化的。

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              3、資源條件與制備方式的選擇

              氫氣的用途包括工業用氫、燃料電池用氫、儲能用氫等我們很難用一種制氫方式或儲運方式來滿足所有的需求。(1)化石能源制氫,需解決CO2排放
              化石能源制氫包括煤制氫、油制氫和天然氣制氫,因為化石能源含碳較高,所以裂解過程中都伴隨著CO2的排放,僅從物料平衡來看,每產生1kg氫,煤制氫伴生11kg的碳,油制氫產生7kg的碳,天然氣制氫產生5.5kg的碳,因此被稱為“灰氫”。只有加上碳捕集和封存(CCUS)灰氫才會變成藍氫。

              目前,煤制氫是我國主要的制氫方式,煤價在200元/噸-1000元/噸之間制氫成本在6.77元/kg到12.14元/kg,但如果加上CCUS制氫成本就到了25.8元/kg-32.1元/kg。日本從文萊和澳洲進口的氫氣就是用褐煤制取的,因為褐煤成本比較低,加上有機液態儲氫就可以解決長距離運輸問題。

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              天然氣是成本比較低、排放相對煤炭比較少的制氫方式。目前硅料生產企業具有天然氣制氫資質,以徐州工廠到山東管束車計算運費,天然氣制氫到站價格大約33元/kg。

              (2)工業副產氫,重工業城市的福利工業副產氫主要來自重化工業,成本大約在14.6元/kg -26.9元/kg。相對分散的用氫場景來說,這些副產氫具有較強的區域性特征,比如上海、山東、河北等地區擁有更多的副產氫,這些氫氣首先服務于重化工業企業自身的內循環,也可以服務周邊的市場。如果我國副產氫能夠充分利用,可以供應近100萬輛燃料電池汽車使用。不過,提純技術關系到氫氣的品質和用途,目前,林德、AP和法液空對工業副產氫的布局似乎比國內企業更加積極。

              (3)可再生能源電解水制氫,遠水如何解近渴

              這是氫氣理想的來源,真正的綠氫。這一制氫方式成為關注度最高的方案,無論堿性電解水、PEM制氫或是海上風電制氫幾乎都是基于“可再生能源+電解槽”的解決方案,如果用上網電價來制氫,以1.00元/kwh電價計算,僅電解水的成本就達到55元/Kg,而且煤電為主的電也不環保,用棄風棄光制氫成本就非常低,但以目前的區域經濟結構,可再生能源富余的地方往往不是氫能產業重點發展區域,所以需要長距離輸送條件。

              4、應用場景與儲運方式的選擇

              (1)高壓儲氫,示范期間最重要的儲運方式目前,我國氫能和燃料電池汽車尚處于示范階段,還不能發揮燃料電池汽車高續航里程的特點,而是照顧加氫站的“車流量”,所以,這段時間的項目都具有較強的區域化、短途化特征,而且用氫量總體不大,用高壓運輸成本最低。目前20MPa管束車儲氫成本在10元/kg以上,隨著壓力的增加和規?;?,可以將成本降至5-6元/kg。所以,在相當長的時間和目前主要應用場景下,長管拖車還是最經濟、最常用的運輸方式。

              (2)管道運輸,適合氫氣生產主體與消費主體明確的集中供、消場景
              管道基礎建設的固定成本是250萬元/km,需要有持續的足夠的流量來保持管道的利用率才能攤薄成本,普遍的看法是,管道運輸只有進入大規模使用階段才具有經濟性。實際上,管道的變動成本非常低,在一些用氣密度較高的局部地區用管道可能是最經濟的。我們上次參觀日本八幡鋼鐵的副產氫就是通過管道輸送到距離不遠的居民家庭的;而2014年,中石化建成的巴陵-長嶺氫氣輸送管道就是為巴陵石化云溪片區和長嶺煉化提供工業氫氣資源,岳陽市巴陵石化煤制氣公司每年根據訂單固定數量向巴陵石化云溪片區化工企業和長嶺煉化公司輸送氫氣。制氫與用氫主體相對明確,而且雙方具有持續的供給能力和需求,管道的效率就會更高。顯然,河北145公里的管線也是基于氣源與相對穩定的氣體需求來做的規劃。(3)液態儲氫,距離氫自然狀態最遠的儲存方案

              液氫的密度高,單位儲氫量比壓縮氫氣高出10倍。但氫氣的液化溫度到零下253度,因此液化是一個十分耗電的過程,而且因為儲運裝置內外溫差巨大,需要保溫材料來阻止熱交換,對材料的要求顯然也會很高。盡管在美國、歐洲、日本都用到液氫,我國液氫用于幾乎不計成本的航天發射上,民用市場對成本比較敏感,普及難度較高。對于市場關注最高的可再生能源制氫來說,將棄風棄光最多的西部地區的氫氣運輸到需求較多的東部地區,液氫或者是比較好的解決方案,但預計在可再生能源大規模制氫之前,液氫暫時還不是主流的儲運方案。(4)固態儲氫,利用氫氣“氫脆”的特點金屬儲氫正是因為氫氣具有氫脆的特性,所以,氫氣會鉆入金屬的縫隙,吸附在金屬上。這種儲氫方式只需要5MPa,非常安全,近年來儲氫比例在上升。但吸附材料包括鎂、稀土和一些其他催化材料,成本比較高,而且儲氫系統受氫脆的影響而產生衰減。固態儲氫比較適合儲能、分布式發電、叉車等應用場景。(5)化合物儲氫,讓氫在更多的時間里維持在“舒適”狀態對于活躍的氫氣來說,高壓和低溫對氫都是約束,管理的成本顯然也不低。液體化合物儲氫就是讓氫在運輸過程中保持穩定的化合物的狀態,常溫常壓下運輸,而且便于長時間儲存,到目的地再分解出氫氣,這些化合物主要包括甲醇(CH3OH)、氨(NH3)等氫化物。我國甲醇產能達到8000萬噸,按照每公斤氫7元甲醇成本,大連化物所的研究人員預計氫的理論到站成本大約19.4元,他們目前在終端測試的小規模甲醇制氫設備非常簡單。目前這種制氫方式相對比較便宜,并可加入CO2回收裝置,不過暫時沒有加入碳循環成本。日本近期在探索氨儲氫的解決方案。另外一種應用比較多的化合物模式是,液態有機物儲氫(LOHC),LOHC是借助不飽和烯烴、炔烴或芳香烴等儲氫劑和氫氣的逆反應來實現加氫和脫氫,質量儲氫密度5%-10%。日本千代田采用的甲苯儲氫則是大規模船運,他們將文萊和澳洲的褐煤制成的氫氣通過LOHC運回日本,即用甲苯(C7H8)加氫(H2)形成甲基環已烷(C12H16)運輸,到用氫的目的地在通過物理(加熱)或化學方法(催化)脫氫?,F代也投資了德國LOHC公司Hydrogenious,國內武漢氫陽是用不飽和芳香烴來加氫和脫氫。

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              大連化物所的”液態陽光“從理論上解決了甲醇的綠色來源和CO2循環,但應用過程中的排放還是一個需要解決的問題。日本有一個污水處理廠制氫的案例是將排放的CO?封存送到蔬菜大棚里,如果甲醇制取端的原料CO?和應用端的排放CO?能夠形成循環,那么這個解決方案可能就成為未來主要的氫氣來源,不過這同樣需要計算成本,液氫的成本主要集中在液化和運輸過程,而化合物儲氫的成本主要集中在兩端吸氫和脫氫的過程,是用液氫還是化合物儲氫加二氧化碳循環更經濟,目前還沒有明確的比較。

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              燃料電池技術的成熟固然是氫能規?;囊粋€重要驅動力,但行業的發展前景更加取決于氫氣的供應。氫廣泛分布在各種能源物質之中,其特性是分布式能源,因此,其制取和儲運方式也必然是多元化的?,F階段,既要為大規模長距離制儲做研發,又要保證示范期間小規模應用的制儲方式,其中經濟性始終都是用戶最敏感的選擇。

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