中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：氫是凈零能源系統(tǒng)的重要組成部分，為重工業(yè)和長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)入y以電氣化的低碳行業(yè)提供了一種替代方案。綠氫是最可持續(xù)的制氫技術(shù)。
與化石燃料制氫和其他低碳替代技術(shù)相比，目前生產(chǎn)綠氫面臨的主要挑戰(zhàn)是成本較高。隨著提高電解槽性能的技術(shù)創(chuàng)新、規(guī)模擴(kuò)大、生產(chǎn)商增加，作為主要成本驅(qū)動(dòng)因素的可再生能源成本持續(xù)下降，未來(lái)10年內(nèi)，綠氫有望實(shí)現(xiàn)與化石燃料制氫成本同價(jià)。
化石燃料制氫技術(shù)成熟，煤制氫最具成本優(yōu)勢(shì)
在各類制氫技術(shù)路線中，化石燃料制氫技術(shù)具有技術(shù)成熟、成本較低等優(yōu)點(diǎn)，但也面臨碳排放量高、氣體雜質(zhì)含量高等問(wèn)題。
中國(guó)煤制氫技術(shù)成熟已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化且具有明顯成本優(yōu)勢(shì)，煤制氫成本為0.8~1.2元/立方米，適合大規(guī)模制氫。我國(guó)煤炭資源豐富，煤制氫是當(dāng)前主要的制氫方式。
天然氣制氫成本受原料價(jià)格影響較大，綜合成本略高于煤制氫，成本為0.8~1.5元/立方米。雖然未來(lái)碳捕集技術(shù)有望解決天然氣制氫過(guò)程中的二氧化碳排放問(wèn)題，但也會(huì)增加制氫成本。
此外，化石燃料制氫技術(shù)生產(chǎn)的氣體雜質(zhì)成分多，如果要應(yīng)用于燃料電池還需要進(jìn)一步提純，增加純化成本。
工業(yè)副產(chǎn)氫經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)明顯，有望成為高純氫氣重要來(lái)源
工業(yè)副產(chǎn)氫制氫盡管提純工藝相對(duì)復(fù)雜，但具有技術(shù)成熟、成本低、對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，在短期內(nèi)有望成為高純氫氣的重要來(lái)源。
工業(yè)副產(chǎn)氫制氫是指利用含氫工業(yè)尾氣為原料制氫的生產(chǎn)方式。工業(yè)含氫尾氣主要包括焦?fàn)t煤氣、氯堿副產(chǎn)氣、煉廠干氣、合成甲醇、合成氨弛放氣等，一般用于回爐助燃或化工生產(chǎn)等用途，利用效率低，有較高比例的富余。目前，采用變壓吸附技術(shù)（PSA）的焦?fàn)t煤氣制氫、氯堿尾氣制氫等裝置已經(jīng)得到推廣應(yīng)用，氫氣提純成本僅0.2元/立方米，計(jì)入綜合成本后仍具有明顯的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)。
電解水制氫成本高，適合分布式制氫場(chǎng)景
電解水制氫技術(shù)成熟、氫氣純度高且對(duì)環(huán)境友好，但是制氫成本高。電解水制氫技術(shù)主要包括堿性電解水制氫、固體質(zhì)子交換膜電解水（SPE）制氫和固態(tài)氧化物電解水（SOEC）制氫。
堿性電解水制氫技術(shù)是較為成熟的電解水制氫方法，但成本仍然偏高。目前生產(chǎn)一立方米氫氣需要消耗5~5.5千瓦時(shí)電能，即使采用0.25元/千瓦時(shí)的低谷電制氫，電費(fèi)以外的固定成本為0.5元/立方米，電解水制氫綜合成本至少為1.7元/立方米。
固體質(zhì)子交換膜電解水（SPE）制氫在國(guó)外已進(jìn)入市場(chǎng)導(dǎo)入階段，但與固態(tài)氧化物電解水（SOEC）制氫一樣，在我國(guó)尚處于研發(fā)階段。與堿性電解水制氫設(shè)備相比，固體質(zhì)子交換膜電解水制氫設(shè)備的價(jià)格要高出數(shù)倍，但具有對(duì)負(fù)荷變化響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，更能適應(yīng)可再生能源發(fā)電間歇性、波動(dòng)性、隨機(jī)性的特點(diǎn)，有望在裝備成本降低后，成為未來(lái)最具市場(chǎng)前景的電解水制氫技術(shù)。總體而言，電解水制氫的高靈活性和高成本的特點(diǎn)決定了它更適合在分布式場(chǎng)景進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)制氫。
電解水制氫需考慮水資源情況，總體而言用水成本不高
水作為電解制氫的主要原料，被認(rèn)為是綠色制氫的關(guān)鍵因素之一。在缺水地區(qū)，可以采用海水淡化技術(shù)獲取制氫用水。在遠(yuǎn)離海岸線的地區(qū)，則可以考慮陸路運(yùn)輸獲取，雖然這將增加供水成本，但運(yùn)水成本在總制氫成本中的占比相對(duì)較小，約為0.05美元/千瓦時(shí)，運(yùn)水的能源消耗在電解槽總能源消耗中的占比為1%~2%。受水資源限制最大的地區(qū)是中東地區(qū)和部分亞洲國(guó)家。即便如此，電解水制氫仍有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?
非洲也面臨著缺水的挑戰(zhàn)，但是綠氫在非洲發(fā)展前景廣闊。如果采用電解水制氫，那么即便使用成本最高的海水淡化技術(shù)，其成本在單位制氫成本（LCOH）中的占比也僅不到4%。也就是說(shuō)，與直接購(gòu)買氫能相比，非洲使用電解水制氫要更加便宜。為降低電解水制氫成本，非洲可以嘗試拓展更多的供水途徑，如回收利用衛(wèi)生用水等。樂(lè)觀來(lái)看，埃及和毛里塔尼亞的電解水制氫成本有望低于1.1美元/千克，電解水制氫潛力為40艾焦/年（埃及）和60艾焦/年（毛里塔尼亞）。一些非洲國(guó)家與歐盟建立了共同開發(fā)氫能的伙伴關(guān)系。例如2020年，摩洛哥與德國(guó)簽署了合作開發(fā)Power-to-X項(xiàng)目的協(xié)議。該項(xiàng)目是非洲首座綠氫工廠，計(jì)劃在2024~2025年投入運(yùn)營(yíng)，將通過(guò)太陽(yáng)能和風(fēng)力發(fā)電的混合動(dòng)力為綠氫生產(chǎn)供能。
不同儲(chǔ)氫方式投資成本相差較大
美國(guó)能源部針對(duì)地下管道儲(chǔ)氫、內(nèi)襯巖洞儲(chǔ)氫、地下鹽穴儲(chǔ)氫的成本進(jìn)行了分析。在500噸儲(chǔ)氫規(guī)模條件下，地下管道儲(chǔ)氫投資成本為516~817美元/千克，其中，管道成本占比超過(guò)60%，管道安裝及工程建設(shè)成本近40%，平準(zhǔn)化儲(chǔ)氫成本（LCOHs）為1.87~2.39美元/千克。
內(nèi)襯巖洞儲(chǔ)氫投資成本為56~116美元/千克，其中巖洞挖掘、內(nèi)襯、壓縮機(jī)和管道成本占比約80%，平準(zhǔn)化儲(chǔ)氫成本為0.31~0.43美元/千克。
地下鹽穴儲(chǔ)氫投資成本為35~38美元/千克，其中地下工程成本占比約50%，平準(zhǔn)化氫儲(chǔ)能成本為0.19~0.27美元/千克。隨著各類地質(zhì)儲(chǔ)氫壓力增加，單位儲(chǔ)氫空間需求及平準(zhǔn)化儲(chǔ)氫成本也隨之下降。
摘自《成品油與新能源發(fā)展報(bào)告藍(lán)皮書（2022~2023）》，該報(bào)告由中國(guó)石油企業(yè)協(xié)會(huì)、對(duì)外經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)一帶一路能源貿(mào)易與發(fā)展研究中心、對(duì)外經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)中國(guó)國(guó)際低碳經(jīng)濟(jì)研究所、中國(guó)石油大學(xué)（北京）、西南石油大學(xué)中國(guó)能源指數(shù)研究中心聯(lián)合編撰。
