9月27日,北京低碳清洁能源研究院院长助理,新能源中心主任缪平在如皋举行的FCVC 2019第四届国际氢能源大会上演讲时表示:今天跟大家分享是我们国家制氢和加氢产业链的简单分析。这个报告内容来自于低碳院内部的报告“《煤基氢能产业链全生命周期评价报告》,是我们田亚峻教授所完成的。我主要讲两点:1、我们国家制氢能力的分析。2、制氢和加注全生命周期的评价。
首先我们做一个预测,这个预测的数字大家不要叫真,因为这个数字不同机构预测数字是不一样的,这里面是中国氢能产业基础设施发展蓝皮书上面讲到,在2030年我们国家氢燃料电池车可能会达到200万辆,相对应计算下来我们国家氢能的需求是400-800万吨之间,如果每个家庭占1000公斤,可能是需要2万个加氢站。
谈到制氢,大家可能想到可再生能源制氢,化石能源制氢和副产氢。可再生内能源制是绿色的过程,这也是我们追求的终极目标。但是如果在现阶段我们用已经上完的可再生能源来制氢的话,它的经济性是比较差的,因为成本非常地贵。所以就想到用一种比较便宜的,甚至是零成本的弃电来电解水制氢。
2017-2018年我们国家可再生能源弃电大概有1000亿度电,如果我们把所有的电都用来制氢的话,那么我们可以达到1860万吨左右的氢气。但是可再生能源制氢的话,弃水,弃电,弃风之间也有三个问题。
1、区域性。比如说西南部有弃水。在东北、西北、华北地区有弃风,在其他地方不一定有,所以它不是随机可以拿来用的能源。
2、季节性。拿国家能源集团举个例子,在大渡河流域每年的弃电是在100亿度电左右,但是这个弃电只是发生在峰水期,在枯水期是没有这个弃电。如果我们电解水行业去投资的话会有一些问题。
3、可再生能源弃风、弃水、弃电,和白天和黑夜以及天气的变化是密切相关的,这也对我们电
解水企业技术带来很大的挑战
另外随着储能技术的发展还有分布式能源技术的发展,还有电网不断地智能化,我国的弃风、弃水、弃光的比例会越来越低,利用弃风、弃水来制氢的话,有可能满足不了我们未来氢能发展的需求。
我们看一下煤气化制氢,煤气化制氢目的主要用在化工行业,是已经存在的技术,而且规模可以很大,煤也很容易得到,2017年中国煤气化制氢大概总体有2300万吨,如果加上合成氨和煤制甲醇加起来是2500万吨左右。副产氢是焦炉煤气和率和氯碱,焦炉煤气2017年我们国家产量是6.5万吨左右的焦炭,可以提氢650万吨左右,这个数可能有点报收。焦炉煤气和有些专家想象不太一样,因为在焦炭行业,这些焦炉煤气是100%被利用的,其中50%是烧掉了,另外50%用在化工方面。比如说合成氨,合成甲醇方面,实际上焦炉煤气有多少可以用在制氢,可以用在氢能方面还是需要考虑的问题。氯碱每年大概可以提氢80万吨左右,同样氯碱的氢也是全部被利用的。
我们做一个小结,这里没有包括天然气制氢和石油制氢,从煤制氢,焦炉煤气,氯碱和可再生能源制氢,总体来讲我们的能力可以达到3000万吨左右,如果10%左右的煤气化制氢,还有10%的焦炉煤气,氯碱稍微可以高一点25%吧,如果我们在座电解水的企业努努力,甚至把1/4的弃风、弃水、弃电来制氢,加起来可以达到380万吨左右制氢的能力,这个氢可以满足我们在十四五期间或者十五五期间氢能发展的需求。
下面我来分析一下煤制氢产业链的制氢加氢综合评价,这里不包括下游燃料电池和燃料电池车。
从能耗方面来讲,可再生能源制氢能耗远远低于合制氢和化石能源制氢。从碳排放来讲,毫无疑问化石能源制氢的碳排放肯定是要高的,这个不用说。
但是从成本来讲,可再生能源制氢的成本远远高于,这是全生命周期的成本,远远高于化石能源的制氢。
这里做一个比较,煤制氢能耗比较高,它的碳排放也比较高,但是它的环境影响基本上解决了,技术比较成熟,适合大规模的制备,成本比较低,空间布局比较广泛,煤炭资源比较丰富。可再生能源正好相反,它是绿色的能源,所以能耗比较低,环境影响也比较小,碳排放比较低,但是它的供应是否能够稳定这是比较大的问题。
打一个不恰当的比方,可再生能源制氢可以说是白富美或者高富帅,但是它比较矫情难用。煤用气化制氢是比较土里土气的,但是它十分好用。
发展趋势,在可预见的未来,煤制氢依然是化工用氢的主要来源。现代煤气化已基本解决了过程中的污染问题;CCS/CCUS技术的发展可以减少碳排放。在未来15 -20年内,在可再生能源制氢不能满足规模需求和成本需求时,煤制氢依然是重要的技术路线。
今后,我国能源的增量将以可再生能源为主。随着可再生能源电力和电解槽的成本迅速下降, 预计在2030年之后可再生能源制氢将逐步替代化石能源制氢,到2050年,可再生能源制氢 (碱性电解槽)制氢将成为主流技术。
这是中国氢能联盟发布的《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》,上面给出氢源供应技术路线图,这个就不仔细讲了,跟我前面说的是一样的。
储氢和运氢是氢能产业链当中非常关键的一环,但是很可惜目前的关注度好像并没有燃料电池高,无论用什么样的储氢方式,如果我们的规模没有上来的话,这个成本还是非常大的。所以我们要把规模做上来,在我们做加氢站建设的时候,最好把加氢站建在有氢的地方,这样可以因地制宜也可以就地取材。
加氢站是另外一个问题,加氢站要注重它的安全,并且严格按照国际规范建加氢站。再有是把成本压下来,主要是压缩机的成本和加氢气的成本必须要把它压缩下来。
氢源必须是便宜的,可以因地制宜,同时我们也不要盲目的追求绝对的绿色化,因为在氢能发展的初期盲目的追求绿色化是有害的,对氢能发展是有害的,我们可以用可再生能源配合化石能源的制氢来进行供应氢能,这样氢能成本才能降下来。
无论是制氢产业投资运营的企业来说,还是个人作为开车者来说,成本都是为王。所以我们一定要记住在我们做氢能发展的时候,尤其初期成本非常非常关键。如果加氢站不赚钱,就没有人来做加氢站。
这是彭博社给出来的预测,说氢能燃料电池车如果用煤制氢成本能到20块钱/公斤,可以和电动车PK,现在可再生能源在40块钱/公斤,可以跟燃油车进行比较。在2050年碱性电解槽的成本可以下降到100US,这样在2030年可再生能源制氢成本和化石能源成本接近,2050年可以成为一个主流的技术。
我的结论。目前我国弃风、弃光、弃水制氢尚不能满足未来氢能发展的需求。若无新型的大规模化的可再生能源制氢路线出现, 化石能源制氢在未来15-20年内还不能退出氢能舞台。
我国煤气化制氢和煤焦化制氢行业规模庞大,技术成熟,能在短时期内进行大规模制氢,可以支撑未来燃料电池汽车的发展应用
煤制氢产业链具有较大的内部成本优势,即使考虑碳排放交易和CCS成本,仍然具备经济性优势,尤其适合为大型加氢站提供外供氢源。
煤气化制氢与可再生能源制氢的能源消耗和碳排放水平都存在一定的差距,具有较大的节能减排空间。
长期来看,加快核心设备国产化进程,选择更为便宜稳定的氢源,催生规模化效益,才能有效降低氢能投资运营成本, 氢能产业才能健康发展。