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目前弃光、弃风和弃水发电的成本价格为0.15元/度,据此计算出的电解水制氢成本为1.5元/立方米,这已经远低于利用上网电电解水制氢的成本,且与化石燃料(煤、焦炭和天然气)制氢的成本上限接近(表1)。
所以,未来氢能产业链下游储运等环节一旦取得突破,新能源支持的大规模电解水制氢的市场份额将出现增长,氢能成本也会进一步降低。
制氢成本对比
二 氢能在能源市场的多种应用场景将降低氢能的整体使用成本
目前市场对氢能使用存在一个明显的误区,即将氢能的应用范围局限于传统化工生产领域这一单一应用场景,由此而担忧氢能基础设施投入开销巨大,且使用成本高昂。
事实上,氢能作为储能介质能够横跨电力、供热和燃料三个领域,促使能源供应端融合,提升能源使用效率,其应用模式可以抽象为以下三个方面:
1. 电能到电能的转换
电解制氢实现电能向氢能的转化,必要时氢能可通过燃料电池再次转化为电能。
2.电能到燃气的转换
电解制氢后,将氢气直接混入天然气管道,或者合成甲烷后混入天然气管道;混合天然气在终端作为燃料提供热能。
3.电能到燃料的转换
电解制氢后,氢气作为燃料电池车的燃料,为汽车提供动力。
而氢能作为能源载体的具体应用模式涉及新能源制氢补充发电、燃料电池汽车、分布式发电等领域。
所以氢能的应用场景具有很强的多样性,如未来能够形成电力、供热和燃料相互交叉的应用网络,将大幅降低其使用成本。
氢能作为储能介质能够横跨电力、供热和燃料三个领域
应用一:传统石油化工生产的原材料
中国目前年产氢气2000万吨,其中50%用于石油和煤化工领域,45%用于合成氨。所以中国对于氢气的应用主要集中在石化生产领域,即氢气的传统使用领域(表2)。
在这些生产过程中,氢气是直接参与反应的原材料。相对于传统应用领域,氢能在新能源方面的应用份额很低,说明中国氢能经济的发展还处于萌芽阶段。
氢气的传统应用领域
应用二:氢能可实现再生能源补充发电
近几年,以德国为首的西欧国家正尝试探索风电、太阳能电解制氢,并用天然气管道输送氢气或氢气制甲烷的氢能发展模式,即电转气(power to gas, P2G)模式(图6)。
电转气(P2G)模式的第一步是利用风能和太阳能等可再生能源产生的电能电解水制取氢气。
第二步是氢气与二氧化碳反应制备甲烷,再通过天然气管道与天然气混合储存运输;或者直接将制得的氢气与天然气按一定比例混合后,再通过天然气管道进行储存运输。
截至2016年1月,欧洲地区已经建成了50个电转气(P2G)示范项目。
电转气(Powerto Gas)概念图解
欧洲电转气(Powerto Gas)示范项目建设情况
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