發展綠氫,人們經常聽到關于其能效與成本兩方面的質疑。
目前綠氫主要來自于綠電,由于電-氫轉化能效降低,因此從能效的角度出發,應該堅持宜電先電、電氫融合。在業內一場氫能會議上,有研科技集團首席專家、中國可再生能源學會副理事長、中國可再生能源學會氫能專委會主任委員、中國氫能標準化技術委員會副主任委員蔣利軍語驚四座。他指出:“如果按照燃料電池系統1萬元/kW、制氫系統2萬元/kW、固態儲氫裝置0.8萬元/kg H2來進行計算,單位儲能成本=1.02元/Wh。”
固態儲氫創造不可能
蔣利軍認為采用固態儲氫是降低用氫成本,提高用氫安全性的最佳方式之一。
1.因為固態儲氫具有最高的儲氫密度,氫原子儲存于晶體間隙中,儲氫密度高于液氫。
2.提高了儲氫的安全性,儲氫材料可以在較低的恒定壓力下大量吸放氫,因此低壓儲氫就容易密封,即便泄露儲罐也可以自控式地降低氫氣泄漏速度,可為采取安全措施贏得寶貴時間。
3.固態儲氫可以降低用氫成本,因為低壓儲氫降低了加氫站的建站及運行成本,從而降低了氫價。
上圖為低壓加氫和高壓加氫流程對比圖,最大的區別就在于低壓加氫省去了高壓加氫站中的高壓壓縮機和高壓儲罐,簡化的流程、降低了配置,讓建站成本從1000萬可以降到300萬元以下,同時低壓設備的運營、維護成本也大大降低,氫氣的成本從60元/每公斤降到40元/每公斤。
因此,采用固態儲氫與綠氫結合具有以下優勢:首先,儲氫時不需要另配壓縮機,可以直接低壓儲氫,從而節省了裝備的投資、降低了能耗;其次,安全性好,即使槍擊也不會爆炸,僅僅只有一個小火苗緩慢燃燒;最后,儲氫密度高、占地面積小,一個儲罐可以頂三個同體積的高壓儲罐。
據悉,蔣利軍團隊也與相關單位合作進行了探索,例如已通過論證的張家口200MW/800MWh氫儲能調峰電站,這也是全球最大的氫儲能發電項目,每天制儲氫58噸、發電80萬度。
應用場景選擇“重中之重”
我國氫能規劃明確提出,在2025年前要堅持”就近利用為主“的原則,經過綜合考慮,初期應該以源端電氫協同就地利用模式和受端電氫協同模式來發展氫能。因為這樣可以充分利用源端的低電價及受端低價的谷電進行制氫,便于減少預期成本,從而有效降低綠氫成本。
蔣利軍表示,電解水制氫成本主要取決于電價、裝備折舊和運行時間這三大因素。
根據中國氫能聯盟的電解水成本預測數據顯示,可以發現成本趨于平穩的拐點大約是在1500小時,這與光伏發電的年利用小時數基本相當,意味著我國光伏發電直接制氫,中間就可以省去一些不必要的直流電與交流電互換、高低壓調壓和過網費,將在提供綜合能效和降低制氫成本方面獲得較大收益。因此,離網規模制氫技術值得去研究。
《氫能平價之路》研究報告曾指出,在眾多應用中,有預測到2030年有22個應用場景,氫能應用成本可以與其它低碳的替代品相持平,然而這22個應用場景中,約占全球能耗15%,其中長途的重型運輸和區域列車等9項應用最具競爭力,隨后是化工原料、氫冶金和高品質熱源等,但這些還需要與碳稅結合才具備競爭力。
在這些應用中,目前已經有兩個成功的商業化推廣案例,一個是日本的戶用熱電聯供,數據顯示已有40多萬戶,售價也從最初的接近300萬日元下降至100萬日元以下;另外一個案例是美國的燃料電池叉車,目前已經推廣了3萬多臺,實現了盈虧平衡。
規模應用也是降低綠氫成本的重要途徑,以制氫為例,制氫裝備的規模越大,綜合成本也就越低,例如之前的幾個規模制氫示范當中,均采用單槽1000m3/h的制氫設備,同時已開發出2000m3/h的制氫裝備,而3000m3/h制氫裝備也在開發中。某些企業還采用了多對一的技術方案,如采用多臺電解槽對應1套后處理設備和1套純化設備,通過這樣一些規模應用措施的實施,有效降低了制氫成本和建設成本。
制氫僅僅是氫能供應鏈的第一環,其成本占整個氫能供應鏈當中的35%-40%。氫能的配送和加氫成本占比更高,可以達到終端用戶的60%,其中配送占成本的15%-20%,而加氫站的成本占氫源成本的42%-49%。
綠氫應用發展仍需爬坡過坎
蔣利軍認為當前綠氫應用面臨的主要挑戰有以下三方面:
第一,高成本和低效率;第二,高安全風險;第三,核心技術和裝備仍然存在卡脖子問題。
值得一提的是,為了加快綠氫的發展,各國也分別提出了各自的綠氫成本目標,比如美國希望在10年內將綠氫生產成本降到1美元/kg,澳大利亞希望將綠氫生產成本控制在2美元/kg,而我國則希望在2030年將綠氫生產成本控制在13元/kg。
蔣利軍指出降低綠氫成本要采取4個方面的措施:政策支持、場景選擇、規模應用、技術進步。在氫能發展初期這4方面的措施必須同時并舉、互相配合,才能有效的降低綠氫成本。
在發展初期,政策的支持尤其重要。
首先是低電價,廣東省就率先提出了站內制氫,可以按照蓄冷電價來進行計算,最低可以達到0.17元/度。去年深圳也出臺了相關實施方案,進一步提出了除按蓄冷電價之外,當電解制氫谷電占比超過50%可以免收基本電費。簡而言之,低電價可以為綠氫的競爭力提供重要支撐。有測算,當電價為0.26元/度時,電解水制氫就可以與天然氣制氫相競爭,當電價為0.13元/度時,電解水制氫就能與煤制氫相競爭。
其次是稅收抵扣,美國在《降低通貨膨脹法案》中提出:對綠氫實行3美元/kg的稅收抵扣,經過抵扣之后,美國的綠氫價格可以降至0.73美元/kg(大約人民幣5元/kg)。值得一提的是,這可能是現階段世界上最便宜的綠氫。所以需要碳稅結合,便于進一步提高綠氫的競爭力。