氢能发展优势及制氢方式分析氢能或将成为未来动力系统的替代能源.docx
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氢能发展优势及制氢方式分析氢能或将成为未来动力系统的替代能源
氢能发展优势及制氢方式分析，氢能或将成为未来动力系统的替代能源
一、氢能发展的三大优势
与传统化工燃料汽油、柴油相比，氢能具有三大优势。
一是较高的含能特性。
除核燃料外，氢的燃烧热值据所有化工燃料榜首，燃烧1kg氢可放出12MJ（28.6Mcal）的热量，约为汽油的三倍。
二是较高的能源转化效率。
氢能可以通过燃料电池直接转变为电，过程中的废热可以进一步利用，其效率可达到83%。
氢气燃烧不仅热值高，而且火焰传播速度快，点火能量低，所以氢能汽车比汽油汽车总的燃料利用效率可高20%。
三是碳的零排放。
与化石能源的利用相比，氢燃料电池在产生电能的过程中不会产生碳排放，可以实现良性循环。
氢的燃烧热值据所有化工燃料榜首
数据来源：
公共资料整理
相关报告：
发布的《2019-2025年中国氢能行业市场竞争现状及投资方向研究报告》
以汽油内燃机的综合热效率和CO2排放量为基准来对比。
氢燃料电池的综合热效率最高，同时CO2排放量少，是替代石油供给车辆动力的最佳燃料。
氢燃料电池的综合热效率最高且CO2排放量少
数据来源：
公共资料整理
二、制氢方式：
四种制氢方式各存优劣，天然气制氢是主要来源
目前以四类制氢方式为主：
化石燃料制氢、工业副产物制氢、电解水制氢、生物质及其他制氢方式。
几种制氢方式对比
制氢方式
优点
优点
缺点
能源效率
氢气价格（美元/kg）
氢气成本（元/NM3）
化石燃料制氢
天然气制氢
产量高，成本低
排放温室气体
83
0.75
0.6-1.2
煤制氢
产量高，成本低，商业化技术成熟
排放温室气体
63
0.92
1-1.2
工业副产物制氢
焦炉气制氢
利用副产物，成本低
焦炉气具有污染性，建设地点受制于原料供应
-
-
1.2
氯碱制氢
产品纯度高，原料丰富
建设地点受制于原料供应
-
-
1.3-1.5
电解水制氢
环保，产品纯度高
耗电量大，成本高
45-55
1.95
3-5
光解水制氢
无污染、零排放
技术不成熟，转化率低
10-14
4.98
-
生物质制氢
环保，产量高
技术不成熟，产品纯度低
40-50
1.21-2.42
-
数据来源：
公共资料整理
天然气制氢仍是我国最主要的制氢来源，占总制氢量的48%。
醇类重整制氢及煤制氢也占有相当大的比重，来自电解水的制氢量最低，仅为4%。
天然气制氢占我国制氢来源的48%
数据来源：
公共资料整理
未来供氢主体以电解水制氢为主，可再生能源电解水制氢将上升为未来供氢主体，我国将形成以可再生能源为主体、煤制氢+CCS与生物质制氢为补充的多元供氢格局。
中国氢气供给结构预测
数据来源：
公共资料整理
1.电解水制氢：
降成本主要依靠电价，低成本电力来自光伏和风电
电解水制氢气是通过电能给水提供能量，破坏水分子的氢氧键来制取氢气的方法。
其工艺过程简单、无污染，制取效率一般在75%-85%，每立方米氢气电耗为4-5kW·h。
电解水制氢过程
数据来源：
公共资料整理
1）降成本路径之一：
降低过程能耗，提高电解效率
碱性水解技术最为成熟但效率低，高效率的PEM与SOEC技术待推广。
目前主流的电解水制氢技术有三种类型：
包括碱性电解水制氢、质子交换膜电解水（PEM）制氢和固态氧化物电解水（SOEC）制氢。
三种电解池性能对比
电解池类型
碱水电解池
固体氧化物电解池（SOEC）
质子交换膜电解池（PEM）
电解质
20-30%KOH
Y2O3/ZrO2
PEM（常用Nafion）
工作温度℃
70-90
700-1000
70-80
电流密度A/cm2
1~2
1~10
0.2~0.4
电解效率
60-75%
85-100%
70-90%
能耗Kwh/Nm3
4.5-5.5
2.6-3.6
3.8-5.0
操作特征
启停较快
启停不便
启停快
动态响应能力
较强
-
强
电能质量需求
稳定电源
稳定电源
稳定或波动
系统运维
有腐蚀液体，后期运维复杂，成本高
目前已技术研究为主，尚无运维需求
无腐蚀性液体，运维简单，成本低
电堆寿命
可达到120000h
-
已达到100000h
技术成熟度
商业化
实验室研发
国外已商业化，国内处于研发走向工业化前期阶段
有无污染
碱液污染，石棉致癌
-
清洁无污染
电解槽成本美元/kW
400-600
1000-1500
约2000
特点
最为成熟，商业化程度最高，成本低
部分电能被热能取代，转化效率高，高温限制材料选择，尚未实现产业化
可再生能源适应性，无污染，成本高（质子交换膜和铂电极催化），产业化程度低
数据来源：
公共资料整理
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