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昨天看到了一則報道《加氫站規模最大的佛山,為何突然有氫能車跑不動了?》。資料顯示目前佛山已經建成加氫站24座,投入運營17座,已上牌公交1000輛,投運氫能物流車448輛,氫能客車3輛。這規模放在國內乃至全球絕對是氫能示范應用走在最前列的。但就這樣一個運營規模,卻從去年七八月份以后氫氣供應開始緊張,緊張也導致該區域加氫價格從70元/Kg飆升到80元/Kg。以此計價粗略概算每百公里成本約240元/百公里,同級別的柴油車粗略概算每公里成本約為110元/百公里,汽油車相對成本會更低。如果在當下算經濟賬的話,業界通認氫氣終端使用價格要控制在35~40元以內。
另縱觀全國范圍內可供應氫氣總量(包含灰氫、藍氫、綠氫)是足夠應對當下市場規模的,身邊就有化工副產氫找不到下游應用場景采用直接燃燒或排放的方式排放掉了。導致該供需矛盾的最大問題是什么呢?
有人認為是目前政策仍然把氫氣作為危化品在進行管理,從制、儲、運各個環節都在嚴格管制,審批流程也復雜,各職能部門互置前提條件,相互牽制導致產業推進緩慢。這個問題個人覺得還是比較好解決的,目前很多地方政府既然已經意識到了,也有解決問題的決心,相信在職能部門的統籌協調下會迎刃而解,甚至采用特事特辦的應急方式在應急處理。當然本人也親身經歷過這個過程,各個職能部門的談“氫”色變,以及沒有政策依據不知如何適從的茫然,一路下來勞民傷財、事倍功半甚至徒勞無功。但總的說來這些都是新生事物發展的必然經歷階段,政策完善也需要一個過程。聽到一個好的消息就是說2021年是氫能的立法之年,但愿能盡快出臺和完善相關的政策,也好讓企業和職能部門的溝通理直氣壯。
實際上影響供需矛盾更大問題是制儲運的成本和技術問題。我們重點討論下制儲運環節的成本和技術問題。
一、制氫環節的成本和技術問題
套用行業大咖的說法,根據氫氣來源分為灰氫、藍氫、綠氫。
1.煤制氫、化工副產氫或化石原料制氫加碳捕捉(以上兩種途徑即所謂的灰氫和藍氫),這個來源的氫氣加上PSA提純的成本每標方約在1.0~2.0元這個區間,提純后可供質子交換膜燃料電池使用的出廠價基本可控制在15~23元/Kg之內。且沒有技術瓶頸。
2.電水解制氫(大方向是可再生能源風電、光電、水電等制氫,另已經規劃在大海里面種風車了,必須贊一個。但工業過程里面還有其他的棄電,大家可以去挖掘和腦補,比如大型內燃機發電設備生產測試的過程就會有大量棄電。這部分盡管比較小眾,但對我想表達的的因地制宜這個主題還是有益的)。水解制氫的幾種方式這里就不再討論說明了,已經是很清晰的了,最最最主要的問題就是設備太貴。相對來說隨著燃料電池的技術突破水解制氫設備層面的技術已經不能算是難題或瓶頸了。最近報道陽光電源基于大連化物所團隊的支持已經開發出單模塊500KW的PEM制氫裝置了。我們做個簡單的成本預算,采用電解水制氫制取每公斤氫氣需要耗掉電能50~56KWh(簡單理解每制取1公斤氫氣能耗50~56度電),所以最終的成本完全取決于電價,如果以電網合同平均電價0.61計算,每公斤氫氣成本約34元左右;加上設備的折舊以及其他費用(盡管設備很貴,但折舊到每公斤氫氣,占比還是不算高的)這種氫氣來源的出廠價基本可以控制在40元/公斤以內。特別強調,完全取決于電價(無論是什么電,如果能有0.2的電價,氫氣成本就會驟降到15元/公斤以內)。所以想得到便宜的氫氣先去調研哪里有便宜的電價,當然還得考慮后面要討論的運輸成本和車輛運營投放的地區。
特別說明:以上僅僅是氫氣的出廠價粗略估算,還不是到終端用車的價格。
二、運儲環節。
目前已知的儲運方式:管道、高壓氣態、液氫、有機液體存儲、金屬儲存,還有一種比較新穎的提法目前還是沒有具體去核算效益,最后補充說明。
1.高壓氣態:
在技術層面基本我國已經接近國際水平,沒有太大技術瓶頸。目前采用主要的運輸方式一般為20MPa長管拖車。隨著運輸距離的增加,氫氣成本會顯著上升,具體預估值可以參照下表。
? ? ? ?2.液氫制儲運:
技術層面:目前液氫制造,國內制液氫設備相對落后,主要核心技術被美日歐等發達國家控制,并且核心設備和零部件都有嚴格的出口管制,要想能走到產業化除成本影響外仍需要克服很多困難。液氫運輸成本如下圖所示。特別說明,這僅僅是別人家(國外)的數據,國內目前僅制取液氫這個環節成本就高達500元/Kg左右。我們目前除軍用少量制取液氫外,民用幾乎空白。有報道顯示鴻達興業在烏海建成一條液氫生產線,期待我們國內的突破。液氫運輸成本相對是固定的,隨運輸里程變化不大。詳見下表:
? ? ? 3.管道運輸:
管道運輸沒有技術瓶頸,主要問題是管道建設相對困難且造價高,輸送過程損耗較大,而且管道運輸的距離和管道利用率對運輸成本影響明顯,詳見下圖:
? ? ? 4.有機液體和金屬儲運:
這種方式日韓略有技術能力,目前也沒有規模化的應用。國內武漢也有一家公司在專攻有機液體儲氫(氫油),也算是取得了一定的進展,局限于市場規模,能使其產業化以及進一步的成本預算目前還較難。
5.針對最后一種方式(甲醇重整制氫和大連化物所李燦院士的液體陽光)
本來甲醇重整也算是一個比較清晰的路線了,只是目前的甲醇來源也比較多,比如煤化工等,然后再用甲醇重整制取氫氣,然后在進行提純,這倒是一個在制儲運環節上比較理想的方式,由于重整需要催化劑、高壓、高溫也有能耗的問題,最后一個如何能一體化的提純到可供燃料電池使用的高純氫以及如何降低能耗也需要繼續技術攻關。為何要和李燦院士的液態陽光概念合并在一起討論呢?液體陽光的的理論基礎是將可再生能源發電制取的氫氣,去捕捉環境中的二氧化碳,然后合成甲醇,既能存儲氫氣又能達到碳捕捉的目的。把甲醇當做一種能源載體或者能源,直接用甲醇或者再將甲醇重整再利用氫氣。基于煤化工的甲醇重整目前國內外都已經有一些技術儲備了,但仍未到商業化規模化階段,液態陽光這個路線仍需要去繼續深度開發。這部分目前比較難去做成本概算。
三、氫氣使用的整體成本以及產業布局的思考
綜上,氫氣使用的總體成本就是要考量氫氣的來源方式、氫氣的運輸方式以及運輸距離(這里還沒考慮加氫站這部分的建設成本)。根據以上方式產業布局地、車輛運營地區如何供氫,供氫的成本如何,實際上是非常清晰的。但是現狀氫氣的來源是有地域性的,至少在一段時間內氫氣的供應絕對是非常強悍的一只攔路虎,除了期待未來有大的突破之外,現狀如何能夠協同有車的地方有氫也是各地方政府產業布局時必要考慮的問題,不然像佛山80元/Kg加不到氫的問題會成為一個常見的現象,這也是為什么國家補貼要求20000公里行程這個門檻車輛運營商三年多時間了還沒跨過去的一個因素。
原文始發于微信公眾號(氫眼所見):氫氣儲運和產業布局的思考