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如何降低电解水制氢的成本?​

作者:中国储能网新闻中心 来源:第一元素网 发布时间:2019-08-06 浏览:
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电解水制氢气是通过电能给水提供能量,破坏水分子的氢氧键来制取氢气的方法。

其工艺过程简单、无污染,制取效率一般在75%-85%,每立方米氢气电耗为4-5kW·h。由于电费占整个水电解制氢生产费用的80%左右,导致其竞争力并不高。

因此水电解制氢成本的关键在于耗能问题。

由此引出两条降成本的途径:一是降低电解过程中的能耗,二是采用低成本电力为制氢原料。

  

降成本路径之一:降低过程能耗,提高电解效率

碱性水解技术最为成熟但效率低,高效率的PEM与SOEC技术待推广。

目前主流的电解水制氢技术有三种类型:包括碱性电解水制氢、质子交换膜电解水(PEM)制氢和固态氧化物电解水(SOEC)制氢.

其中碱性电解水制氢是最为成熟、产业化程度最广的制氢技术,但其电解效率仅为60-75%,国外研发的PEM技术与SOEC技术均能有效提高电解效率,尤其是PEM技术已引入国内市场。

降成本路径之二:以低成本电价为制氢原料

我国大工业电价低于世界平均水平,国内西北地区电价最低。与其他国家相比,我国工业电价位于中低水平。

根据2016年统计数据,我国工业电价平均为0.107美元/千瓦时,居世界第八,仅为第一名的三分之一。相对较低的电价为我国发展电解水制氢提供了有利条件。

西北地区大工业电价偏低。

分省份来看,波谷、波峰电价在全国排名第一的分别是河北省和安徽省,青海省无论是波峰还是波谷电价均为最低,全国波谷电价平均为0.33元/千瓦时,波峰电价平均为0.90元/千瓦时。

西南地区、西北地区的大工业用电价格普遍在全国平均线以下,对于发展电解水制氢节约能耗更为有利。

西北地区弃风弃电可用于电解水制氢。

近年来,新能源的持续快速发展已经远远超过电网承载能力,新能源消耗矛盾十分突出。弃风、弃水电量呈逐年增加趋势。

我国目前正大力推进可再生能源,由大量弃风、弃水产生的弃电是发展电解水制氢的有利条件。

西北地区弃风弃电量居首位。

随着我国可再生能源装机量逐年增长,每年可再生能源弃电量惊人。

2018年我国全国弃风弃电量277亿千瓦时,其中西北地区为166.9亿千瓦时,占全国的60.25%,其次是华北地区(占全国33.68%),东北地区占少量份额(全国5.45%)。

如果按照每立方氢气耗电5千瓦时来计算,全国弃风电量可生产55.4亿立方高纯度氢气。

2018年弃风弃电率排名前三的省份分别为新疆、内蒙古和甘肃,全国平均弃风弃电率为7%,这三个省份均超过了10%。由于可再生资源丰富,西北省份也是电价最低的地区。

虽然我国每年产生大量的弃风弃电,但由于弃风弃电产生的电压不稳定、难以大规模推广等原因,其终究不是解决电解水制氢成本问题的最优选择。

长期来看,光伏和风电是电解水制氢企业获得低成本电力的主要来源。

全国大工业电价的均价为0.61元/kWh。以光伏系统投资成本5元/W,全国平均年有效利用小时1150小时计算,目前光伏系统发电成本0.5930元/kWh,已经低于大工业电价。

受益于PERC、双面等技术的应用推广,光伏系统投资不断降低,预计2019年将低至4元/W,部分地项目可以达到3.5-3.6元/W的水平。当光伏系统投资为4元/W时,对应度电成本为0.5121元/kWh。

2019年4月,国家发改委下发《关于完善光伏发电上网电价机制有关问题的通知》,将标杆上网电价改为指导价,并确定I-III类资源区新增光伏发电站指导价分别为每千瓦时0.40元、0.45元、0.55元,进一步推行光伏行业平价上网。

2018年全国风电平均利用小时数2095小时,考虑到7%的弃风率,实际平均利用小时数1948小时,以7500元/kW投资成本测算,目前全国风电度电成本约为0.3656元/kWh,低于光伏发电度电成本。

文/第一元素网

关键字:电解水制氢

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