3)甲醇制氫成本測算——單位成本約 23 元/kg，考慮碳捕集 28 元/kg
甲醇制氫的主要影響因素為甲醇的價(jià)格。當(dāng)甲醇價(jià)格為 2.5 元/ kg 時(shí)，甲醇制氫的成本約 為 23 元/kg，此時(shí)甲醇成本約占總成本的 69%。甲醇制氫成本測算的關(guān)鍵假設(shè)如下： 1. 制氫規(guī)模：假設(shè)制氫裝置規(guī)模為 2600m³/h。 2. 總投資：建設(shè)總投資共 4680 萬元，折舊年限 20 年，殘值率 5%，年修理費(fèi) 3%，采用 線性折舊。 3. 甲醇成本：假設(shè)甲醇不含稅價(jià)格 2.5 元/kg，假設(shè)每立方米氫氣所需甲醇為 0.58kg，對(duì) 應(yīng)每千克氫氣生產(chǎn)需要甲醇成本 16.24 元。 4. 其他原料成本：假設(shè)除鹽水價(jià)格 0.04 元/kg，電價(jià) 0.5 元/度，冷卻水價(jià)格為 0.003 元 /kg;假設(shè)每立方米氫氣所需除鹽水 0.375kg，電 0.7 度。 5. 人工費(fèi)用：10 人，每人每年工資費(fèi)用 12 萬元。
經(jīng)測算：在甲醇價(jià)格為 2.5 元/kg 的情況下，甲醇制氫成本約為 23.48 元/kg，此時(shí)甲醇成 本約占總成本 69%。甲醇價(jià)格區(qū)間為 1.5-4 元/kg 時(shí)，甲醇制氫成本變化區(qū)間 16.99-33.23 元/kg。CCUS 碳捕集成本為 375 元/噸，制備 1kg 氫氣對(duì)應(yīng)約 11.675kg 二氧化碳排放， 增加成本 4.38 元/kg;考慮 CCUS 碳捕集成本后，成本變化區(qū)間為 21.37-37.61 元/kg。
4)工業(yè)副產(chǎn)氫成本測算——單位成本約 9-22 元/kg
工業(yè)副產(chǎn)氫成本主要包括生產(chǎn)成本和提純成本，各類副產(chǎn)氫綜合成本介于 9-22 元/kg 之 間。焦?fàn)t煤氣制氫在工業(yè)副產(chǎn)氫中具備成本優(yōu)勢，單位制氫成本約 9-15 元/kg，由于其顯 著的減排效果和較高的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢，在電解水綠氫成本達(dá)到或接近平價(jià)以前，副產(chǎn)氫是過 渡階段的較優(yōu)途徑。
5)電解水制氫——成本約 21 元/千克，電價(jià)降至 0.15 元/度時(shí)與灰氫平價(jià)
電解水制氫的主要影響因素為電價(jià)成本，年運(yùn)行小時(shí)數(shù)及電耗。目前主流的電解水制氫路 徑是堿性電解水(ALK)以及質(zhì)子交換膜純水電解制氫(PEM)兩種技術(shù)路徑。我們對(duì)比 ALK 與 PEM 兩種技術(shù)路徑下的制氫成本： ①ALK：在假設(shè)年運(yùn)行小時(shí)數(shù)為 5000h，電價(jià)為 0.3 元/度，電耗為 5Kwh/Nm³ 時(shí)，電解 水制氫成本為 21.07 元/kg，其中電費(fèi)成本為 16.80 元/kg，占比達(dá) 80%。 ②PEM：在假設(shè)年運(yùn)行小時(shí)數(shù)為 8000h，電價(jià)為 0.3 元/度，電耗為 4.8Kwh/Nm³時(shí)，電解 水制氫成本為 21.34 元/kg，其中電費(fèi)成本為 16.13 元/kg，占比達(dá) 76%。
2.2 中游：氫能儲(chǔ)運(yùn)
主流高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫安全隱患大，固態(tài)儲(chǔ)氫或成為未來技術(shù)熱點(diǎn)。從技術(shù)路線上看，氫能儲(chǔ) 運(yùn)主要有四種形式：高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫、低溫液態(tài)儲(chǔ)氫、固態(tài)儲(chǔ)氫和有機(jī)液體儲(chǔ)氫。目前最常 用的是高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫，即利用高壓將氫氣壓縮到高壓容器中，其技術(shù)成熟度最高，氫氣壓 縮能耗低，另外氫氣儲(chǔ)存多采用鋼瓶，結(jié)構(gòu)簡單、充放氣速度快，但存在較大的安全隱患; 低溫液態(tài)儲(chǔ)供模式下，液氫體積能量密度大，因此儲(chǔ)運(yùn)簡單安全、運(yùn)輸成本低，但把氫氣 液化耗能較大，液化 1kg 的氫氣需要耗電 4-10 千瓦時(shí)，且液氫的存儲(chǔ)容器需要具有抗凍、 抗壓以及嚴(yán)格絕熱的特性，因此綜合成本較高，目前主要用于航天航空領(lǐng)域。固態(tài)儲(chǔ)氫是 利用儲(chǔ)氫材料與氫氣反應(yīng)生成穩(wěn)定化合物，相比于高壓氣態(tài)和低溫液態(tài)兩種儲(chǔ)氫方式，具 有操作容易、運(yùn)輸方便、成本低、安全性高等明顯優(yōu)勢，長期來看發(fā)展?jié)摿ψ畲蟆Ｓ袡C(jī)液 體儲(chǔ)氫是通過不飽和液體有機(jī)物的可逆加氫和脫氫反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)氫，目前仍有較多的技術(shù) 難題尚未攻克，導(dǎo)致費(fèi)用較高、氫氣純度不夠，但是有機(jī)液體儲(chǔ)氫能夠在常溫下運(yùn)輸，安 全性較高，并且可以利用現(xiàn)有加油站設(shè)施進(jìn)行加注，在未來極具應(yīng)用前景。
2.3 下游需求：化工需求為主，工業(yè)及交通領(lǐng)域需求潛力巨大
全球能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型加快，氫能成為重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。受全球氣候變暖、保障能源安全、保護(hù) 生態(tài)環(huán)境等方面因素的影響，全球能源結(jié)構(gòu)持續(xù)向低碳化轉(zhuǎn)型。隨著《巴黎氣候協(xié)定》的 簽署，二氧化碳減排計(jì)劃的實(shí)施更為緊迫。氫能以其清潔無污染、來源廣、可再生、可儲(chǔ) 存等優(yōu)勢，成為化石能源的重要替代品，是許多國家能源轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略選擇，全球已有超過 20 個(gè)國家或聯(lián)盟發(fā)布或制定了《國家氫能戰(zhàn)略》。據(jù)國際氫能委員會(huì)預(yù)測, 2050 年全球能 源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，氫能占比有望達(dá) 18%，同時(shí)還將創(chuàng)造 3000 萬個(gè)工作崗位，減少 60 億噸 二氧化碳排放量，產(chǎn)值達(dá) 2.5 億美元。
全球氫能市場前景可觀，規(guī)模有望持續(xù)增長。全球氫能需求自 2000 年以來強(qiáng)勁增長，2020 年全球氫氣需求大約為 9000 萬噸。根據(jù)預(yù)測，到 2030 年，全球氫氣產(chǎn)量將從 2021 年的 9400 萬噸增長至 1.43 億噸，并于 2050 年突破 6.6 億噸。其中我國氫氣產(chǎn)量預(yù)計(jì)在 2030 年達(dá)到 4361 萬噸，占世界總產(chǎn)量的 30%。
氫能需求主要集中于精煉環(huán)節(jié)和工業(yè)用途。2020 年精煉環(huán)節(jié)消耗 3,840 萬噸的氫氣作 為原料，并且氫氣也滿足一部分燃料需求。在工業(yè)合成領(lǐng)域，2020 年氫氣消耗量超 3000 萬噸，大部分作為原料使用。據(jù) IEA 的預(yù)測，2050 年燃料電池、能源發(fā)電和合成燃料的 需求將成為未來氫能應(yīng)用的重要領(lǐng)域，氫能消耗將分別占到全球氫能總需求的 23.2%， 19.2%和 14.2%，精煉環(huán)節(jié)和工業(yè)合成領(lǐng)域，在 2050 年將下滑至 5.9%、21.9%，氫能其 它領(lǐng)域的應(yīng)用仍有較大發(fā)展?jié)摿Α?/p>
傳統(tǒng)合成氨、甲醇等化工產(chǎn)品利用煤氣化產(chǎn)生的氫氣合成，而煤氣制氫過程碳排放約 14kg.CO2/kg.H2,通過利用風(fēng)力、太陽能等可再生能源電解水，能夠?qū)崿F(xiàn)零碳排放制氫， 推動(dòng)化工行業(yè)脫碳生產(chǎn)。 《關(guān)于“十四五”推動(dòng)石化化工行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見》明 確提出，要發(fā)展“以氣代煤”燃料格局，增加富氫原料比重，合理開發(fā)利用緣氫，推進(jìn)煉 化、煤化工與“綠電”、“綠氫“等產(chǎn)業(yè)耦合示范。
到 2050 年含鋼鐵、化工的工業(yè)領(lǐng)域氫能消費(fèi)總量將超過 1.6 億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。工業(yè)領(lǐng)域氫能 消費(fèi)增量主要源自鋼鐵行業(yè)。根據(jù)中國氫能聯(lián)盟預(yù)測，到 2030 年鋼鐵領(lǐng)域氫能消費(fèi)量將 超過 5000 萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，到 2050 年進(jìn)一步增加到 7600 萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，將占鋼鐵領(lǐng)域能源消 費(fèi)總量的 34%。
氫建筑應(yīng)用仍處于導(dǎo)入階段，未來存在較大市場空間。氫能建筑，是近年發(fā)展起來的一種綠色建筑新理念。它以氫能完全或部分替代市政電網(wǎng)、天然氣等傳統(tǒng)能源，滿足建筑對(duì)冷、 熱、電、生活熱水等各種能源的需求，在提高建筑用電可靠性的同時(shí)，還有助于優(yōu)化國內(nèi) 的能源結(jié)構(gòu)、降低電網(wǎng)整體投資和減少問題氣體排放。 目前全球建筑供熱和電力需求約占全球能源需求的 1/3。全球多個(gè)國家積極探索氫能在建 筑領(lǐng)域應(yīng)用，利用氫氣通過發(fā)電、直接燃燒、熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP)等形式為居民住宅或商業(yè) 區(qū)提供電熱水冷多聯(lián)供。如氫可與天然氣混合(氫氣摻混比例為 0~20%)，通過基于燃?xì)?輪機(jī)或燃料電池的 CHP 技術(shù)，利用現(xiàn)有建筑和能源網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施提供靈活性和連續(xù)性的 熱能、電力供應(yīng)，從而取代化石燃料 CHP。此外，100% 的純氫可通過氫鍋爐用于建筑 供熱，但氫氣價(jià)格需低至 1.5~3.0 美元/kg 時(shí)，才能與天然氣鍋爐和電動(dòng)熱泵競爭。而對(duì) 于分布式供暖，氫能是少數(shù)幾種可以與天然氣競爭的低碳替代品，隨著制氫成本和氫鍋爐、 燃料電池成本的下降，以及氫氣利用現(xiàn)有天然氣管道輸送能力的提升，預(yù)計(jì)到 2030 年， CHP 中氫鍋爐與氫燃料電池的成本為 900~2000 美元/(戶·年)，建筑熱電聯(lián)供的氫能 需求量為 3 萬~ 9 萬 t/年。
評(píng)論