2019年氫能發(fā)展優(yōu)勢及制氫方式分析，氫能或?qū)⒊蔀槲磥韯恿ο到y(tǒng)的替代能源[圖]

    一、氫能發(fā)展的三大優(yōu)勢

    與傳統(tǒng)化工燃料汽油、柴油相比，氫能具有三大優(yōu)勢。一是較高的含能特性。除核燃料外，氫的燃燒熱值據(jù)所有化工燃料榜首，燃燒1kg氫可放出12MJ（28.6Mcal）的熱量，約為汽油的三倍。二是較高的能源轉(zhuǎn)化效率。氫能可以通過燃料電池直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡?，過程中的廢熱可以進一步利用，其效率可達到83%。氫氣燃燒不僅熱值高，而且火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?，點火能量低，所以氫能汽車比汽油汽車總的燃料利用效率可高20%。三是碳的零排放。與化石能源的利用相比，氫燃料電池在產(chǎn)生電能的過程中不會產(chǎn)生碳排放，可以實現(xiàn)良性循環(huán)。

氫的燃燒熱值據(jù)所有化工燃料榜首

數(shù)據(jù)來源：公共資料整理

    相關(guān)報告：智研咨詢發(fā)布的《2019-2025年中國氫能行業(yè)市場競爭現(xiàn)狀及投資方向研究報告》

    以汽油內(nèi)燃機的綜合熱效率和CO2排放量為基準來對比。氫燃料電池的綜合熱效率最高，同時CO2排放量少，是替代石油供給車輛動力的最佳燃料。

氫燃料電池的綜合熱效率最高且CO2排放量少

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    二、 制氫方式：四種制氫方式各存優(yōu)劣，天然氣制氫是主要來源

    目前以四類制氫方式為主：化石燃料制氫、工業(yè)副產(chǎn)物制氫、電解水制氫、生物質(zhì)及其他制氫方式。

幾種制氫方式對比

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    天然氣制氫仍是我國最主要的制氫來源，占總制氫量的48%。醇類重整制氫及煤制氫也占有相當大的比重，來自電解水的制氫量最低，僅為4%。

天然氣制氫占我國制氫來源的48%

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    未來供氫主體以電解水制氫為主，可再生能源電解水制氫將上升為未來供氫主體，我國將形成以可再生能源為主體、煤制氫+CCS與生物質(zhì)制氫為補充的多元供氫格局。

中國氫氣供給結(jié)構(gòu)預測

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    1. 電解水制氫：降成本主要依靠電價，低成本電力來自光伏和風電

    電解水制氫氣是通過電能給水提供能量，破壞水分子的氫氧鍵來制取氫氣的方法。其工藝過程簡單、無污染，制取效率一般在75%-85%，每立方米氫氣電耗為4-5kW·h。

電解水制氫過程

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    1）降成本路徑之一：降低過程能耗，提高電解效率

    堿性水解技術(shù)最為成熟但效率低，高效率的PEM與SOEC技術(shù)待推廣。目前主流的電解水制氫技術(shù)有三種類型：包括堿性電解水制氫、質(zhì)子交換膜電解水(PEM)制氫和固態(tài)氧化物電解水(SOEC)制氫。

三種電解池性能對比

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    2）降成本路徑之二：以低成本電價為制氫原料

    與其他國家相比，我國工業(yè)電價位于中低水平。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我國工業(yè)電價平均為0.107美元/千瓦時，居世界第八，僅為第一名的三分之一。相對較低的電價為我國發(fā)展電解水制氫提供了有利條件

我國工業(yè)電價據(jù)世界第八。

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    西北地區(qū)大工業(yè)電價偏低。分省份來看，波谷、波峰電價在全國排名第一的分別是河北省和安徽省，青海省無論是波峰還是波谷電價均為最低，全國波谷電價平均為0.33元/千瓦時，波峰電價平均為0.90元/千瓦時。

西北地區(qū)省份大工業(yè)電價偏低

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    1. 天然氣制氫：中西部地區(qū)天然氣資源豐富，可降低制氫成本

    1）天然氣制氫方法中甲烷水蒸氣重整最為成熟

    天然氣的主要成分是甲烷（體積含量大于85%），因此一般說的天然氣制氫就是甲烷制氫。甲烷制氫方法主要有甲烷水蒸氣制氫（SMR），甲烷部分氧化（POX）和甲烷自熱重整（ATR）。其中甲烷水蒸氣重整（SMR）是工業(yè)上最為成熟的制氫技術(shù)，約占世界制氫量的70%。

三種天然氣制氫方法的比較

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甲烷水蒸氣重整制氫工藝流程

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    2）降低成本應從天然氣價格入手，中西部地區(qū)具備價格優(yōu)勢

    我國天然氣資源主要分布在中西盆地。受地質(zhì)條件影響，地下天然氣通常呈聚集區(qū)分布，我國天然氣探明儲量的80%以上分布在鄂爾多斯、四川、塔里木、柴達木和鶯—瓊五大盆地。沿海地區(qū)天然氣價格偏高，西北地區(qū)價格最低。天然氣價格很大程度上受資源稟賦的影響，天然氣資源豐富的地區(qū)，價格相應偏低。非居民天然氣價格目前正在逐步市場化。

各省天然氣基本門站價格表（元/m3）

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    2. 煤制氫：成本較低，下降空間有限

    1）煤氣化制氫是最常用的一種煤制氫手段

    2013年，我國超過美國成為世界第一大能源消費國，其中煤炭產(chǎn)量為38.74億噸標煤，之后幾年煤炭產(chǎn)量略微走低至2017年的35.2億噸，但2018年煤炭產(chǎn)量有所回升至36.8億噸標煤。煤炭可以用于制備多種工業(yè)產(chǎn)品，其中煤制氣的產(chǎn)能由2017年的51億立方米/年同比增長0.1%至2018年的51.05億立方米/年。但目前在我國氫氣生產(chǎn)中占據(jù)主要地位的還是煤氣化制氫。

三種煤制氫方法的比較

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煤氣化制氫工藝流程簡圖

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    2）降成本應該從煤炭價格入手，西北部具有地區(qū)優(yōu)勢

    我國煤炭資源較為豐富且分布廣泛，全國32個省市（除上海外）都有煤炭資源，但是區(qū)域分布極不均衡，主要的格局是西多東少、北富南貧。

2018年上半年內(nèi)蒙古和山西原煤產(chǎn)量遠高于其他省份

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    現(xiàn)在煤炭儲量和產(chǎn)量較多的地區(qū)比如內(nèi)蒙古、山西等省份，相同種類煤炭的價格也相對其他省份較低。全國部分省份動力煤價格如下，其中需要重點關(guān)注的是內(nèi)蒙古動力煤價格僅為360元/噸，而混煤的價格是170元/噸。

內(nèi)蒙古和山西動力煤價格偏低

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    3. 化工副產(chǎn)品制氫：未來將由氯堿制氫轉(zhuǎn)向丙烷脫

    1）氯堿制氫為主要生產(chǎn)方式，降本可從節(jié)能降耗方面入手

    化工副產(chǎn)品制氫主要可以分為焦爐氣制氫、氯堿副產(chǎn)品制氫、丙烷脫氫和乙烷裂解等幾種方式，其中氯堿副產(chǎn)品制氫的由于工藝成本最為適中且所制取的氫氣純度較高等優(yōu)勢，成為目前化工副產(chǎn)品中較為適宜的制氫方式。

氯堿制氫工藝簡化流程

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    2）丙烷脫氫有未來潛在優(yōu)勢

    2019年1月，我國已經(jīng)建成的丙烷脫氫項目共計生產(chǎn)能力467萬噸/年，其中山東和江蘇兩個省份處于領(lǐng)先位置。行業(yè)內(nèi)已經(jīng)公布的規(guī)劃和在建的丙烷脫氫項目共計45個，涉及生產(chǎn)能力2605萬噸/年。若規(guī)劃和在建的丙烷脫氫項目都已完成，預計可以副產(chǎn)并外售86.8萬噸氫能，未來發(fā)展空間巨大。

中國丙烷進口量增長迅速

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