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2030年藍氫制造的經(jīng)濟性分析

 AIpatent 2022-09-23 發(fā)布于上海



本文2004字,閱讀約需5分鐘

摘   要:氫是加速實現(xiàn)低碳社會和行業(yè)耦合的最有前景的元素之一。利用可再生能源電解水或蒸汽(電轉氣)制造的綠氫因制造過程中產(chǎn)生的二氧化碳量很少而成為首選,但是預計在未來十幾年內(nèi),其成本依然居高不下,同時需要大量快速增加可再生能源的產(chǎn)能來滿足不斷增長的氫需求。因此,利用CCS技術從化石燃料中提取的氫,即所謂的藍氫,將在未來幾年對加速實現(xiàn)氫社會發(fā)揮重要作用。本文首先總結了幾家研究機構報道的不采用CCS技術的化石燃料制造灰氫和利用CCS技術制造藍氫的成本分析。隨后,比較了灰氫和藍氫,以及煤制氫和天然氣制氫,包括各制氫方法的當前和2030年的成本。值得注意的是,在采用CCS技術的情況下,也會因該技術的成本限制,在制造藍氫的過程中釋放一定量的二氧化碳,通常報告為10%。如果不考慮碳價格(溫室氣體排放權的交易價格),藍氫的價格比綠氫更便宜,但是在未來幾十年,藍氫的價格將隨著碳價格的提高而上漲。因此,本研究參考國際能源機構(IEA)的生命周期評價,在考慮碳價格上漲的情況下,對藍氫和綠氫的成本進行了分析。

關鍵字:氫制造,成本評估,藍氫,二氧化碳分離回收儲存,碳價格

背景

預計今后對氫的需求將隨著脫碳化進程而增大,但僅靠由可再生能源電力制造的綠氫1),很難滿足在不久的將來對氫的大量需求2)。因此,在各國的氫能戰(zhàn)略中,也設想利用在從化石原料中制取的過程中使用CO2捕獲、利用與封存(CCS)技術而獲得的藍氫1),并期望對其經(jīng)濟性進行評價。另外,由于即使采用CCS也會排放一部分CO2,因此在評價經(jīng)濟性時需要考慮針對碳排放所征收的碳稅等。

目的

基于國際能源機構(IEA)等的報告,根據(jù)產(chǎn)地和原料的不同整理出藍氫的經(jīng)濟性現(xiàn)狀及2030年的展望。另外,對于有望銷往日本的澳大利亞藍氫,單獨評價其經(jīng)濟性(包含碳價格的影響)。

主要成果

關于制氫相關的經(jīng)濟性指標——平準化制氫成本(LCOH),根據(jù)IEA的報告4)等整理了產(chǎn)地的LCOH(以下稱為“產(chǎn)地LCOH3)”)等,并比較了不同產(chǎn)地和原料(天然氣和煤)而導致的差異。

1. 歐洲以天然氣為原料的藍氫和灰氫1)的比較

目前,以天然氣為原料且不采用CCS技術的灰氫在世界范圍內(nèi)流通。根據(jù)IEA的估算,采用CCS的話,產(chǎn)地LCOH將比2019年上漲約5日元(約0.25元)/Nm3(圖1)4)。到2030年,藍氫的產(chǎn)地LCOH中的設備成本和運行維護成本將隨著CCS技術的發(fā)展而下降,但天然氣單價預計將從2019年的0.76日元(約0.039元)/MJ上漲到0.83日元(約0.042元)/MJ,因此預計藍氫的產(chǎn)地LCOH不會低于2019年的23日元(約1.17元)/Nm3。

2. 原料不同的歐洲藍氫與中國藍氫的產(chǎn)地LCOH比較

根據(jù)IEA對2030年的預測,歐洲以煤為原料的藍氫制造與上述以天然氣為原料的情況相比,需要2倍以上的設備成本和運行維護成本,但是由于原料成本低,因此產(chǎn)地LOCH也為約23日元(約1.17元)/Nm3(圖1)。

另一方面,中國現(xiàn)在主要流通的是以煤為原料的廉價灰氫。根據(jù)IEA以煤單價為3300日元(約167.90元)/t(以發(fā)熱量為6000kcal/kg換算)的估算,中國藍氫的產(chǎn)地LCOH約為15日元(約0.76元)/Nm3,即使采用CCS也是世界上最便宜的。這是因為與歐洲等國家相比,中國的設備成本較低4)(圖1)。

3. 澳大利亞藍氫與綠氫的產(chǎn)地LCOH估算和碳價格的影響

基于國際機構等的前提條件5,6),對考慮碳價格后的2030年澳大利亞藍氫和綠氫的產(chǎn)地LCOH進行了估算。以煤為原料的藍氫在加上碳價格7,8)后,可能會比最便宜的綠氫稍微貴一些。另外,藍氫和綠氫的產(chǎn)地LCOH都高于由褐煤制造的藍氫的澳政府目標價格12日元(約0.61元)/Nm3 9),需要通過降低設備成本等來進一步降低成本(圖2)。此外,關于大量排放出的CO2的儲存,需要促進其商用化。

圖1. IEA報告4)中以天然氣和煤為原料的氫的產(chǎn)地LCOH比較(黑字為2019年的值,紅字為2030年預測值)

圖2. 2030年澳大利亞的藍氫5)和綠氫6)的產(chǎn)地LCOH比較

圖中紅色虛線表示澳政府制定的以褐煤為原料的氫的產(chǎn)地LCOH的2022年目標值12日元(約0.61元)/Nm3。柱狀圖上方的數(shù)字是將碳價格設為11000日元(約561.55元)/t-CO2時的產(chǎn)地LCOH,括號內(nèi)的數(shù)字是不考慮碳價格的產(chǎn)地LCOH。估算時,CO2排放系數(shù)使用了Hydrogen Council(2020)的報告值。

注釋:

(1)由可再生能源水電解制得的氫稱為綠氫,來自化石原料但不使用CCS技術得到的氫稱為灰氫,使用CCS技術得到的氫稱為藍氫。

(2)BP Energy Economics, Energy Outlook 2020 Edition (2020).

(3)進口到日本時,則產(chǎn)地LCOH需要加上液化、運輸以及在裝卸基地的儲存等成本。

(4)國際能源機構(IEA),The Future of Hydrogen(2019).

(5)設備成本和運行維護成本使用了IEA的報告值(2019)。天然氣和煤的原料價格預測值引用自闞和柴田(能源資源,vol.40, No.1-7)(2019)的報告,分別為0.64日元(約0.02元)/MJ和2,760日元(約140.90元)/t(換算成6000kcal/kg)。

(6)根據(jù)IRENA的報告,使用使產(chǎn)地LCOH最低的可再生能源電力和PEM型水電解設備作為前提條件。關于可再生能源價格,陸上風力為3.3日元(約0.17元)/kWh,太陽能為2.2日元(約0.11元)/kWh,水電解設備的單價為7.2萬日元(約3651.12元)/kW。

(7)采用IEA預測的2030年碳價格11,000日元(約557.94元)/t(按照1美元兌換110日元計算)。

(8)CO2排放系數(shù)采用Hydrogen Council(2020)報告的2030年預測值。

(9)《氫燃料電池戰(zhàn)略路線圖》中褐煤氣化氫的產(chǎn)地LCOH約2022年的目標值。


翻譯:肖永紅

審校:賈陸葉

李   涵

統(tǒng)稿:李淑珊

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