氫是目前全球公認(rèn)的最潔凈的燃料，也是重要的化工合成原料。氫不是一次能源，需要使用一次能源通過(guò)轉(zhuǎn)換來(lái)生產(chǎn)出能量載體，目前氫氣的工業(yè)應(yīng)用 大多采用高壓氣態(tài)形式作為燃料或原料。
氫燃料電池車(Fuel cell vehicle-FCEV)是使氫或含氫物質(zhì)及空氣中的氧通過(guò)燃料電池以產(chǎn)生電力，再以電力推動(dòng)電動(dòng)機(jī)，由電動(dòng)機(jī)推動(dòng)車輛，整個(gè)過(guò)程將氫的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。氫能源的最大好處是跟空氣中的氧反應(yīng)產(chǎn)生水蒸氣之后排出，可有效減少燃油汽車造成的空氣污染問(wèn)題，現(xiàn)階段下高速車輛、巴士、潛水艇和火箭已經(jīng)在不同形式使用氫燃料，而燃料電池車一般在內(nèi)燃機(jī)的基礎(chǔ)上改良而成。目前燃料電池行業(yè)無(wú)論從技術(shù)儲(chǔ)備還是商業(yè)模式仍處于積極探索中，技術(shù)上(電堆和整車技術(shù))的可靠性和經(jīng)濟(jì)性都是制約燃料電池行業(yè)發(fā)展的瓶頸。當(dāng)前影響國(guó)內(nèi)加氫站終端氫氣售價(jià)的主要因素是氫氣到站成本(占70%)，其中包括氫氣成本和儲(chǔ)氫、運(yùn)氫成本。因此除降低儲(chǔ)氫和運(yùn)氫成本之外，如何獲得低成本的氫源，將是實(shí)現(xiàn)終端加氫站運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵。
燃料電池驅(qū)動(dòng)車輛的原理
目前國(guó)內(nèi)用于外供氫氣的氫能儲(chǔ)備非常充足，但目前下游供氫體系尚處于萌芽探索階段，幾種制氫路線的經(jīng)濟(jì)性尚處驗(yàn)證之中。展望未來(lái)，由于負(fù)荷中心的集中區(qū)域華東地區(qū)煤炭總量指標(biāo)控制嚴(yán)格，且中期內(nèi)天然氣供給仍將較為緊張，投資較重的化石燃料制氫(煤制氫和天然氣重整制氫)作為定向的供氫路線，其可行性獲得確認(rèn)之前難以大規(guī)模推廣;而水電解路線雖然可以實(shí)現(xiàn)分散式供氫，但其經(jīng)濟(jì)性取決于電力成本的降低，國(guó)內(nèi)風(fēng)電和光伏的棄電利用水平是制約該路線未來(lái)發(fā)展程度的關(guān)鍵。
從目前來(lái)看，國(guó)內(nèi)化工副產(chǎn)氫的利用是燃料電池行業(yè)供氫的較優(yōu)選擇，國(guó)內(nèi)氯堿、PDH 和快速發(fā)展的乙烷裂解行業(yè)可提供充足的低成本氫氣資源，且集中在負(fù)荷中心密集的華東地區(qū)，在對(duì)這些裝置進(jìn)行低強(qiáng)度的改造之后可同時(shí)解決燃料電池行業(yè)的供氫和副產(chǎn)氫高效利用的問(wèn)題，未來(lái)化工副產(chǎn)集中式供氫+水電解分散式制氫將會(huì)是國(guó)內(nèi)燃料電池行業(yè)供氫模式的發(fā)展方向。
不同制氫路線的經(jīng)濟(jì)規(guī)模和制氫成本等的比較
(1)從出廠成本來(lái)看，焦?fàn)t氣、氯堿、丙烷脫氫制丙烯和乙烷裂解制烯烴副產(chǎn)的粗氫氣可以經(jīng)過(guò)脫硫、變壓吸附和深冷分離等精制工序后作為燃料電池車用氫源，成本遠(yuǎn)低于化工燃料制氫、甲醇重整制氫和水電解制氫等路線。
(2)從副產(chǎn)的氫氣量來(lái)看，國(guó)內(nèi)焦化行業(yè)產(chǎn)能巨大，可副產(chǎn)氫氣量較大，但由于焦化產(chǎn)能集中在山西、河北和山東等華北地區(qū)，距離長(zhǎng)三角等負(fù)荷中心較遠(yuǎn)，且分離精制成本較高，而考慮到儲(chǔ)氫和運(yùn)氫后的綜合成本與氯堿、丙烷脫氫和乙烷裂解制氫相比更是不占優(yōu)勢(shì)。
(3)綜合來(lái)看，現(xiàn)有的 PDH 產(chǎn)能約 588 萬(wàn)噸，考慮在建和前期準(zhǔn)備中的產(chǎn)能，未來(lái)國(guó)內(nèi)將合計(jì)擁有 915 萬(wàn)噸產(chǎn)能，可副產(chǎn)并外售 30.5 萬(wàn)噸氫氣，可以滿足約 213 萬(wàn)輛燃料電池車用氫量;而規(guī)劃中的乙烷裂解產(chǎn)能達(dá) 1460 萬(wàn)噸，可以實(shí)現(xiàn)的外供氫氣量達(dá) 93.4 萬(wàn)噸，規(guī)模更為巨大，可滿足約 653 萬(wàn)輛燃料電池車用氫需求。此外丙烷脫氫和乙烷裂解裝置基本上集中在沿海港口地區(qū)，通過(guò)進(jìn)一步的低投資強(qiáng)度的精制工序，氫氣中的總硫、CO 等雜質(zhì)含量便可符合燃料電池用氫氣標(biāo)準(zhǔn)，因此丙烷脫氫和乙烷裂解副產(chǎn)的氫氣將是未來(lái)潛在最具優(yōu)勢(shì)的燃料電池車用氫源選擇之一。
沿海氫源走廊
目前工業(yè)上生產(chǎn)氫氣的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，化石燃料制氫、化工副產(chǎn)氫、水電解制氫、甲醇制氫各種路線均已經(jīng)大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用，此外光電化學(xué)和生物制氫尚處于技術(shù)開發(fā)階段。而從國(guó)內(nèi)外加氫站的運(yùn)營(yíng)情況來(lái)看，目前供氫的方式主要分為兩種：站內(nèi)制氫和外供氫氣。其中站內(nèi)制氫主要是水電解制氫，該技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟并且在歐洲大多數(shù)加氫站獲得應(yīng)用;而外供氫氣則是大規(guī)模的利用天然氣重整制氫或者鋼廠、化工廠副產(chǎn)氫氣，在凈化之后使用高壓氧氣瓶集束拖車運(yùn)輸至加氫站。
氫能體系的組成
目前電堆和整車技術(shù)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性都是制約燃料電池行業(yè)發(fā)展的瓶頸，除了降低儲(chǔ)氫和運(yùn)氫成本之外，如何獲得低成本的氫源，將是實(shí)現(xiàn)終端加氫站運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵。
從目前來(lái)看國(guó)內(nèi)化工副產(chǎn)氫的利用是燃料電池行業(yè)供氫的較優(yōu)選擇，市場(chǎng)普遍認(rèn)為國(guó)內(nèi)氯堿廠提供的低成本氫氣資源是國(guó)內(nèi)燃料電池行業(yè)氫源的最優(yōu)選擇。與市場(chǎng)的普遍認(rèn)知不同，氫云鏈認(rèn)為隨著北美頁(yè)巖油氣革命之后國(guó)內(nèi)碳三和碳二行業(yè)生產(chǎn)路線發(fā)生了變革性的變化：考慮在建和規(guī)劃中的產(chǎn)能，未來(lái)國(guó)內(nèi)PDH(丙烷脫氫)產(chǎn)能將達(dá) 915 萬(wàn)噸產(chǎn)能，而規(guī)劃中的乙烷裂解產(chǎn)能達(dá) 1460 萬(wàn)噸。兩者合計(jì)可副產(chǎn)外售 123.9 萬(wàn)噸氫氣，可滿足約 866 萬(wàn)輛燃料電池車用氫需求。PDH 和乙烷裂解集中在沿海港口地區(qū)，通過(guò)低強(qiáng)度的改造便可滿足燃料電池用氫氣，PDH 和乙烷裂解副產(chǎn)的氫氣將是未來(lái)潛在最具優(yōu)勢(shì)的燃料電池車用氫源選擇之一。
【來(lái)源】蓋世汽車
