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氢能产业发展概况及未来发展前景分析

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氢能产业发展概况及未来发展前景分析
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氢能产业发展概况及未来发展前景分析中国已布局了较为完整的氢能产业链.氢作为一个稳定介质,通过可再生能源制氢,可将不稳定的可再生能源变得稳定.在氢能及燃料电池领域,中国已经初步形成从基础研究、应用研究到示范演示的全方位格局,布局了完整的氢能产业链,涵盖制氢(含纯化)、储运、加注、应用等4个环节.未来“可再生能源+水电解制氢”有望成为大规模制氢发展趋势氢能产业链示意图富氨生物质可再生电力建筑重型货车能源燃料电池汽车电力再电气化(电力供电)储存高温(>650C)工业原料行业运输氢气制备:因地制宜,前景广阔人工制氢依赖化石资源,国内煤制氢占比较大.目前,全球人工制氢的主要原料以石油、天然气、煤炭等化石资源为主,相较其他的制氢工艺(如:电解水制氢、光解水制氢、微生物制氢等工艺),化石资源制氢的工艺相对成熟、原料成本低廉,产量较高,但会排放大量温室气体,对环境造成负担.2017年,全球主要人工制氢原料的96%以上是化石资源,其中约48%为天然气,仅4%左右来源于电解水.从国内的制氢原料结构看,煤炭是中国人工制氢的主要原料,占比高达为62%,符合中国“富煤但油气不足”的资源结构特点,天然气制氢的占比次之,约19%.人工制氢技术对比制氢方法反应简介优点缺点产量高、成主要分为煤的焦化和煤的气本较低,商排放温室气煤制氢化业化技术成体熟天然气、化石燃料轻质油制与水蒸气反应生成氢气产物产量高、成排放温室气制氢氢本较低体反应所需温采用部分氧化法,重油与水度高,制得重油制氢蒸气及氧气反应,制得氢气成本低氢气纯度不产物高,排放温室气体将直流电通入水中而在阴阳电解水制氢两极引起水分解为氢和氧的环保、纯度成本高非自发的氧化还原反应高利用催化剂吸收太阳光催化环保无污技术不成光解水制氢水分,解放出氧气染,利用太熟,转化率阳能低微生物制氢借助于微生物产生氢酶,进环保,产量技术不成熟而催化水分解,制取氢气高全球人工制氢原料占比49%18%48%·天然气·醇类30%·电解水中国人工制氢原料占比49%19%15%·天然气62%·煤炭化石资源制氢的成本优势明显,具备较强经济效益.以天然气裂解制氢(水蒸气转化法+变压吸附净化工艺)、甲醇裂解制氢(变压吸附联合工艺)、电解水制氢(三塔流程纯化工艺)等三种制氢路线为例,假设天然气、甲醇、工业用电价格分别为2.6元/m3、2300元/吨、0.6元/kWh,测算出天然气制氢、甲醇制氢、电解水制氢三种工艺的单位制氢成本分别为1.97元/Nm3、1.99元/Nm3、3.31元/Nm3.与电解水工艺制氢相比,化石资源制氢成本低廉,具备较强的经济效益,但天然气制氢的一次性投资较高,一般适合1000Nm3/h以上的制氢产工业尾气制氢为当前中国燃料电池所用氢气的主要来源,看好氯碱副产氢气.从中国氢气原料结构来看,利用煤为原料制备的氢气占全部制氢产量的62%,但由于煤制氢气中含有的杂质较多,对于纯化装置要求较高,从而抬高了生产总成本,因此中国燃料电池原料主要采用氯碱工业副产品的氢气.氯碱厂以食盐水为原料,采用离子膜或石棉隔膜电解槽,生产出烧碱、氯气、以及副产品氢气.大部分氯碱厂采用物理吸附法PSA法,将其副产品氢气提纯,可获得高纯度氢气,该工艺具备能耗低、投资少、自动化程度高、产品纯度高、无污染等优势.目前国内氯碱厂对副产的氢气有两种利用方式,其一为与氯气反应制备盐酸或制备其它化工品,其二为燃烧释放热能(前期投资大),较高比例的氢气被直接放空,形成资源浪费.考虑到氯碱工业副产制氢的成本只有1.3-1.5元/N3,且氢气纯度可高达99.99%以上,与其他制备方法相比,成本、环保优势凸显.产量上看,2018年国内烧碱产量达到3420万吨,按每生产1吨烧碱副产270立方米氢气计算可知,2018年中国氯碱工业副产氢气理论产量为83万吨,理论上可供应超过250万辆燃料电池车,足以满足国内现有需求
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