大型水电企业电解水制氢经济可行性分析.docx
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1、 大型水电企业电解水制氢经济可行性分析 甘霖朱云翔摘 要:氢能是公认的清洁能源,其具有来源广泛、利用途径多、储运方便、高能量、零碳排放等优点,为解决能源危机、全球变暖和环境污染等问题提供了可能的途径。电解水技术作为一种成熟、高效的制氢手段,未实现大规模应用的主要原因在于高能耗和高成本问题。该文以我国水电大省四川省为例,探讨了大型水电企业开展电解水制氢的经济可行性,同时指出现行条件下,决定电解水制氢项目经济性的关键因素在于消纳。關键词:氢能 清洁能源 电解水技术 水电企业:TQ11 :A :1672-3791(2019)11(b)-0022-03氢能应用,特别是氢燃料电池技术的应用,一直被认为是
2、解决未来人类能源危机的终极方案,近年来在世界范围内持续升温。我国已将氢能的开发和应用作为国家能源战略发展方向之一进行布局,在“十三五”国家战略性新兴产业发展规划中国制造2025等国家政策文件中均提及氢能及燃料电池技术、产业的规划和阶段性目标。氢气的制取技术多种多样,较为普遍的有煤制氢、天然气制氢、甲醇裂解制氢和电解水制氢等技术。其中煤制氢、天然气制氢使用化石能源作为制氢原材料,这与氢能利用的初衷之一应对能源危机、实现化石能源替代是不符的;煤制氢、天然气制氢、甲醇裂解制氢过程中均有二氧化碳排放,这与氢能利用的另一初衷应对全球变暖、减少温室气体排放又是不符的。而电解水制氢技术使用安全、易获取、可再
3、生的水作为原材料,制取副产品仅有纯氧,此外,现行技术条件下,电解水制氢技术制取的氢气初始纯度即可达到99.8%,经过简单的提纯即可达到99.999%,是氢燃料电池最理想的氢源。如果使用清洁能源发电企业的电量进行水电解制氢,即可实现氢能制造环节的零排放,充分体现氢能利用的初衷。该技术一直未能大面积推广的主要原因是高耗能和高成本问题。电解水制氢规模化有助于降低制氢单位成本,同时大规模电解水制氢需要大量且稳定的电能供应。清洁能源发电企业中风电、光伏发电普遍装机容量较小,年发电量低,发电量不稳定,中小型水电企业同样有发电量较低的问题。故对于大规模电解水制氢而言,大型水电企业具有明显优势。1 大型水电企
4、业自身需求近年来,受水电装机占比提高、经济增速放缓以及送电通道建设滞后等问题的影响,我国水电弃水问题日趋严重。以四川省为例,近3年国调、省调水电发电和弃水情况如表1所示。可以看到,20152017年四川省国调、省调水电弃水电量呈逐年上升趋势。根据四川省电力发展“十三五”规划,“十三五”期间全省装机年增幅4.7%,全省用电量年增幅4.4%,无新增送电通道。国调、省调水电机组多属国有大型水电企业,20182020年弃水问题会更加严峻。“十四五”期间,新的电力外送通道的建成会缓解四川大型水电弃水问题,但受制于网架结构问题,并不能完全解决。电力生产、传输、使用是同一时间完成的。氢能的可储存性优于电能,
5、将大型水电的富余电量用于电解水制氢是减少弃水的有效途径。电解水制氢1kg综合电耗在61.2kWh左右,如将四川省水电2017年弃水电量的20%用于制氢,可获得14.7万t氢气,满足约10万辆氢能燃料电池大巴夏季氢需求。同时,水电富余电量的低电价也有助于拉低制氢全年平均电价成本,进而降低氢气售出价格。2 大型水电企业制氢可选择的方案电解水制氢需要大量且稳定的电力供应。为大力推广电解水制氢,四川省拟将其列入直供电企业名录,享受最低输配电价,企业到付电价不超过0.3元/kWh。在此条件下,四川省大型水电企业建设电解水制氢站有两种方案可供选择。方案一:在电站厂区内或附近建设制氢站,使用电站厂用电供电,
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