氢气储运和产业布局的思考

昨天看到了一则报道《加氢站规模最大的佛山，为何突然有氢能车跑不动了？》。资料显示目前佛山已经建成加氢站24座，投入运营17座，已上牌公交1000辆，投运氢能物流车448辆，氢能客车3辆。这规模放在国内乃至全球绝对是氢能示范应用走在最前列的。但就这样一个运营规模，却从去年七八月份以后氢气供应开始紧张，紧张也导致该区域加氢价格从70元/Kg飙升到80元/Kg。以此计价粗略概算每百公里成本约240元/百公里，同级别的柴油车粗略概算每公里成本约为110元/百公里，汽油车相对成本会更低。如果在当下算经济账的话，业界通认氢气终端使用价格要控制在35~40元以内。

另纵观全国范围内可供应氢气总量（包含灰氢、蓝氢、绿氢）是足够应对当下市场规模的，身边就有化工副产氢找不到下游应用场景采用直接燃烧或排放的方式排放掉了。导致该供需矛盾的最大问题是什么呢？

有人认为是目前政策仍然把氢气作为危化品在进行管理，从制、储、运各个环节都在严格管制，审批流程也复杂，各职能部门互置前提条件，相互牵制导致产业推进缓慢。这个问题个人觉得还是比较好解决的，目前很多地方政府既然已经意识到了，也有解决问题的决心，相信在职能部门的统筹协调下会迎刃而解，甚至采用特事特办的应急方式在应急处理。当然本人也亲身经历过这个过程，各个职能部门的谈“氢”色变，以及没有政策依据不知如何适从的茫然，一路下来劳民伤财、事倍功半甚至徒劳无功。但总的说来这些都是新生事物发展的必然经历阶段，政策完善也需要一个过程。听到一个好的消息就是说2021年是氢能的立法之年，但愿能尽快出台和完善相关的政策，也好让企业和职能部门的沟通理直气壮。

实际上影响供需矛盾更大问题是制储运的成本和技术问题。我们重点讨论下制储运环节的成本和技术问题。

一、制氢环节的成本和技术问题

套用行业大咖的说法，根据氢气来源分为灰氢、蓝氢、绿氢。

1.煤制氢、化工副产氢或化石原料制氢加碳捕捉（以上两种途径即所谓的灰氢和蓝氢），这个来源的氢气加上PSA提纯的成本每标方约在1.0~2.0元这个区间，提纯后可供质子交换膜燃料电池使用的出厂价基本可控制在15~23元/Kg之内。且没有技术瓶颈。

2.电水解制氢（大方向是可再生能源风电、光电、水电等制氢，另已经规划在大海里面种风车了，必须赞一个。但工业过程里面还有其他的弃电，大家可以去挖掘和脑补，比如大型内燃机发电设备生产测试的过程就会有大量弃电。这部分尽管比较小众，但对我想表达的的因地制宜这个主题还是有益的）。水解制氢的几种方式这里就不再讨论说明了，已经是很清晰的了，最最最主要的问题就是设备太贵。相对来说随着燃料电池的技术突破水解制氢设备层面的技术已经不能算是难题或瓶颈了。最近报道阳光电源基于大连化物所团队的支持已经开发出单模块500KW的PEM制氢装置了。我们做个简单的成本预算，采用电解水制氢制取每公斤氢气需要耗掉电能50~56KWh（简单理解每制取1公斤氢气能耗50~56度电），所以最终的成本完全取决于电价，如果以电网合同平均电价0.61计算，每公斤氢气成本约34元左右；加上设备的折旧以及其他费用（尽管设备很贵，但折旧到每公斤氢气，占比还是不算高的）这种氢气来源的出厂价基本可以控制在40元/公斤以内。特别强调，完全取决于电价（无论是什么电，如果能有0.2的电价，氢气成本就会骤降到15元/公斤以内）。所以想得到便宜的氢气先去调研哪里有便宜的电价，当然还得考虑后面要讨论的运输成本和车辆运营投放的地区。

特别说明：以上仅仅是氢气的出厂价粗略估算，还不是到终端用车的价格。

二、运储环节。

目前已知的储运方式：管道、高压气态、液氢、有机液体存储、金属储存，还有一种比较新颖的提法目前还是没有具体去核算效益，最后补充说明。

1.高压气态：

在技术层面基本我国已经接近国际水平，没有太大技术瓶颈。目前采用主要的运输方式一般为20MPa长管拖车。随着运输距离的增加，氢气成本会显著上升，具体预估值可以参照下表。

       2.液氢制储运：

技术层面：目前液氢制造，国内制液氢设备相对落后，主要核心技术被美日欧等发达国家控制，并且核心设备和零部件都有严格的出口管制，要想能走到产业化除成本影响外仍需要克服很多困难。液氢运输成本如下图所示。特别说明，这仅仅是别人家（国外）的数据，国内目前仅制取液氢这个环节成本就高达500元/Kg左右。我们目前除军用少量制取液氢外，民用几乎空白。有报道显示鸿达兴业在乌海建成一条液氢生产线，期待我们国内的突破。液氢运输成本相对是固定的，随运输里程变化不大。详见下表:

      3.管道运输：

管道运输没有技术瓶颈，主要问题是管道建设相对困难且造价高，输送过程损耗较大，而且管道运输的距离和管道利用率对运输成本影响明显，详见下图：

      4.有机液体和金属储运：

这种方式日韩略有技术能力，目前也没有规模化的应用。国内武汉也有一家公司在专攻有机液体储氢（氢油），也算是取得了一定的进展，局限于市场规模，能使其产业化以及进一步的成本预算目前还较难。

5.针对最后一种方式（甲醇重整制氢和大连化物所李灿院士的液体阳光）

本来甲醇重整也算是一个比较清晰的路线了，只是目前的甲醇来源也比较多，比如煤化工等，然后再用甲醇重整制取氢气，然后在进行提纯，这倒是一个在制储运环节上比较理想的方式，由于重整需要催化剂、高压、高温也有能耗的问题，最后一个如何能一体化的提纯到可供燃料电池使用的高纯氢以及如何降低能耗也需要继续技术攻关。为何要和李灿院士的液态阳光概念合并在一起讨论呢？液体阳光的的理论基础是将可再生能源发电制取的氢气，去捕捉环境中的二氧化碳，然后合成甲醇，既能存储氢气又能达到碳捕捉的目的。把甲醇当做一种能源载体或者能源，直接用甲醇或者再将甲醇重整再利用氢气。基于煤化工的甲醇重整目前国内外都已经有一些技术储备了，但仍未到商业化规模化阶段，液态阳光这个路线仍需要去继续深度开发。这部分目前比较难去做成本概算。

三、氢气使用的整体成本以及产业布局的思考

综上，氢气使用的总体成本就是要考量氢气的来源方式、氢气的运输方式以及运输距离（这里还没考虑加氢站这部分的建设成本）。根据以上方式产业布局地、车辆运营地区如何供氢，供氢的成本如何，实际上是非常清晰的。但是现状氢气的来源是有地域性的，至少在一段时间内氢气的供应绝对是非常强悍的一只拦路虎，除了期待未来有大的突破之外，现状如何能够协同有车的地方有氢也是各地方政府产业布局时必要考虑的问题，不然像佛山80元/Kg加不到氢的问题会成为一个常见的现象，这也是为什么国家补贴要求20000公里行程这个门槛车辆运营商三年多时间了还没跨过去的一个因素。

原文始发于微信公众号（氢眼所见）：氢气储运和产业布局的思考