四大制氢方式及降低成本方法，看完这篇文章你就了解氢能

大家好，今天给各位分享四大制氢方式及降低成本方法，看完这篇文章你就了解氢能的一些知识，其中也会对进行解释，文章篇幅可能偏长，如果能碰巧解决你现在面临的问题，别忘了关注本站，现在就马上开始吧！

由于电力成本占整个水电解制氢成本的80%左右，因此水电解制氢成本的关键在于能耗。降低成本有两种途径：一是降低电解过程的能耗，可以通过发展PEM（质子交换膜电解）和SOEC（固体氧化物电解）技术来实现；另一种是利用低成本电力作为制氢原料。关键在于依靠光伏、风电的发展。按大工业平均电价0.61元/kW·h计算，目前电解水制氢成本为3.69元/Nm3。当电价低于0.50元/kW·h时，电解水制氢的成本可与汽油相媲美。光伏系统发电成本为0.5930元/kWh，风电成本约为0.3656元/kWh，未来仍有一定下降空间。

日本福岛县太阳能制氢项目（全球最大光伏制氢项目）

天然气制氢是目前制氢的主要方法。为降低成本，应关注天然气价格。

天然气制氢中的蒸汽甲烷重整（SMR）是工业上最成熟的制氢技术，约占全球氢气产量的70%（IEA数据）。我国天然气价格受资源禀赋影响。天然气资源主要集中的中西部盆地也是价格最低的地区。尤其是新疆、青海等地区天然气基本门站价格低至1.2元/千立方米左右。据测算，当天然气价格为2元/Nm3时，计算出制氢成本为1.35元/Nm3，相对于电解水制氢具有明显的成本优势。

天津石化10万N/h天然气制氢装置

煤制氢成本最低，成本下降空间不大。

我国煤炭资源的主要格局是西部多东部少、北富南穷。内蒙古和山西原煤产量领先，煤炭价格也相对较低。当煤炭价格为600元时，大规模煤炭气化制氢成本为1.1元/Nm3。如果在煤炭资源丰富的地区，当煤炭价格下降到200元/吨时，制氢成本可能会降低到0.34元/Nm3。但由于煤价下降空间有限，且煤气化制氢企业规模较大，未来煤制氢成本下降空间不大。

茂名石化建成国内最大的煤制氢装置。

丙烷脱氢、乙烷裂解副产制氢具备潜在产能

利用化学副产品生产氢气的成本很难单独计算。我国目前规划和在建的丙烷脱氢项目预计副产销售氢气86.8万吨。我国规划乙烷裂解产能达到1460万吨，可生产并对外销售的氢气达到90.4万吨。

中国化学工程三公司承建的全球最大单机丙烷脱氢项目

氢：未来电力系统的替代能源

三大优势支撑氢能发展

与汽油、柴油等传统化学燃料相比，氢能具有三大优势。

一是能量含量较高：除核燃料外，氢气的燃烧热值在所有化学燃料中排名第一。燃烧1公斤氢气可释放12MJ（28.6Mcal）热量，约为汽油的三倍。

二是能量转换效率高：氢能可以通过燃料电池直接转化为电能，并且过程中的余热可以进一步利用，效率高达83%。氢气燃烧不仅热值高，而且火焰传播速度快，点火能量低。因此，氢汽车的燃料总利用效率可比汽油汽车提高20%。

三是零碳排放：与使用化石能源相比，氢燃料电池在产生电能的过程中不产生碳排放，可以实现良性循环。

氢气的燃烧热值居所有化学燃料之首

以汽油内燃机的综合热效率和二氧化碳排放量作为比较基准。氢燃料电池具有最高的整体热效率和较低的二氧化碳排放量，使其成为替代石油为车辆提供动力的最佳燃料。

氢燃料电池具有最高的整体热效率和较低的二氧化碳排放

目前制氢方式主要有四种：化石燃料制氢、工业副产品制氢、电解水制氢、生物质制氢和其他制氢方式。尽管生产氢气的方法有多种，但每种方法都有其自身的优点和缺点。

天然气制氢：虽然应用范围广泛，但原料利用率低、工艺复杂、操作难度大，且产品中含有二氧化碳等温室气体，环保性较差。工业废气制氢：利用工业产品副产品，成本低。但以焦炉煤气制氢为例，不仅受到原料供应的限制，而且建设地点取决于焦化企业，原料污染严重。电解水制氢：产品纯度高、无污染，但成本高限制了其推广。光解水和生物质制氢：技术尚不成熟，实现商业化还需要一段时间。从制氢成本来看，煤制氢和天然气制氢成本相对较低。目前的四种制氢方法中，天然气制氢是最经济的。

几种制氢方法的比较

未来氢供应的主要来源将是电解水制氢。

利用可再生能源电解水制氢将成为未来氢供应的支柱。在氢能市场发展初期（2020-2025年），化石燃料制氢和工业副产品制氢由于成本较低，在制氢结构中占据主导地位。随着化石燃料产量的下降，这两种方法的比例逐渐下降；

到氢能市场发展中期（2030年左右），煤炭制氢结合CCS（碳捕集）技术、工业副产品、可再生能源电解水制氢将成为有效氢能的主体。氢供应，同时将开发生物质制氢等其他技术。在氢能市场的长期发展中（2050年左右），我国将形成以可再生能源为主体，煤制氢+CCS和生物质制氢为补充的多元化氢供应格局。

中国氢气供应结构预测

氢气和汽油成本平衡分析

氢气成本占加氢站氢气售价的70%。制约氢能推广的主要原因之一是氢气与汽油等传统能源相比价格较高。在加氢站销售的氢气价格中，氢气的成本，包括氢气的生产、储存和运输，占70%，其中氢气原料的价格占50%，是最重要的部分。因此，能否降低制氢成本是降低氢气销售价格的关键因素。

氢气成本占氢气售价的70%

2L汽油车百公里油耗为6-8升。按照汽油价格7.3元/升计算，百公里最高燃油成本为58.4元。以丰田Mirai氢燃料电池汽车为例，其平均百公里耗氢量为1公斤，这意味着氢气的销售价格需要跌破58.4元/公斤才能与汽油相当，这意味着氢气的成本氢气需要降至29.2元/公斤。由于氢气接近理想气体，根据理想气体方程PV=nRT，可以估算出1Kg氢气约为11.19Nm3。因此，理想的氢气成本约为2.6元/Nm3。

1.电解水制氢

电解水制氢工艺

降低成本路径一：降低工艺能耗，提高电解效率

目前电解水制氢技术主要有三种主流：碱性电解水制氢、质子交换膜电解水制氢（PEM）和固体氧化物电解水制氢（SOEC）。其中，碱性电解水制氢是目前工业化最成熟、应用最广泛的制氢技术，但其电解效率仅为60-75%。国外开发的PEM技术和SOEC技术可以有效提高电解效率，特别是PEM技术已引入国内市场。

三种电解槽性能比较

降低成本路径二：利用低成本电价作为制氢原料

1、我国大工业电价低于世界平均水平，西北地区电价最低。

与其他国家相比，我国工业电价处于中低水平。根据2016年统计数据，我国工业电价平均为0.107美元/千瓦时，排名世界第八，仅为第一的三分之一。相对较低的电价为我国发展电解水制氢提供了有利条件。

各国工业电价

西北地区大工业用电价格相对较低。分省份来看，河北省和安徽省的谷值电价和高峰电价分别位居全国第一。青海省峰谷电价均最低。全国平均低谷电价为0.33元/千瓦时，平均高峰电价为0.33元/千瓦时。 0.90元/千瓦时。西南、西北地区大工业电价普遍低于全国平均水平，更有利于发展电解水制氢，节约能源消耗。

西北省份大工业电价较低

2、西北地区弃风弃电可利用电解水制氢。

我国弃风弃电问题突出，有利于电解水制氢。近年来，新能源持续快速发展，远远超出电网承载能力，新能源消纳矛盾十分突出。弃风弃水逐年增加。我国目前正在大力推广可再生能源。大量弃风弃水产生的弃电，是发展电解水制氢的有利条件。

各地区弃风限电比例

西北地区弃风限电位列第一。随着我国可再生能源装机容量逐年增加，每年可再生能源废弃的电量惊人。 2018年，我国弃风限电277亿千瓦时，其中西北地区166.9亿千瓦时，占全国60.25%，其次是华北地区（占全国33.68%），东北地区所占份额较小（占全国的5.45%）。如果按照每立方米氢气5千瓦时的耗电量计算，全国废弃风电可生产高纯度氢气55.4亿立方米。

2018年各省弃风量（亿千瓦时）

2018年弃风限电排名前三位的省份分别是新疆、内蒙古和甘肃。全国平均弃风限电率为7%，这三个省份均超过10%。由于可再生资源丰富，西北省也是电价最低的地区。

3、长期来看，低成本电力将主要来自光伏和风电

电解水制氢成本计算

为了计算电解水制氢的成本，假设制氢规模为1000Nm3/h，年产氢量为100万Nm3。计算过程及假设如下：

据测算，水电解制氢设备、安装、土建等费用总投资1410万元，每年电费等费用2700万元。年总成本2954万元，对应氢气成本3.69元/Nm3。现在计算不同制氢成本下对应的电价，如下表所示。

据估计，氢气的成本与电价成正比。如果要求氢气成本低于2.6元/Nm3，则电价必须低于0.50元/kW·h。

2、天然气制氢

甲烷蒸汽重整是最成熟的天然气制氢方法。

甲烷水蒸气重整是指甲烷与水蒸气在催化剂存在和高温条件下反应生成合成气。为了防止催化剂中毒，需要对原料天然气进行脱硫预处理，直至硫的质量分数小于110-7，然后通过重整反应制备合成气，然后进一步脱除CO通过水煤气变换反应转化为氢气和CO2，最后通过变压吸附（PSA）去除CO2氢气。

甲烷水蒸气重整示意图

甲烷水蒸气重整制氢工艺流程

降低成本应从天然气价格入手，中西部地区有价格优势

对于天然气制氢来说，天然气成本是最大的一部分，约占生产成本的45~75%（IEA）。因此，其降低成本策略首先应关注天然气价格。

我国天然气资源主要分布在中西部盆地。受地质条件影响，地下天然气通常分布在聚集区。我国探明天然气储量80%以上分布在鄂尔多斯、四川、塔里木、柴达木、营琼五大盆地。从2017年天然气产量分布数据来看，陕西、四川、新疆三省天然气产量占全国的73%，天然气气源分布非常集中。

2017年各省天然气产量

2017年天然气产量分省分布图

沿海地区天然气价格较高，西北地区价格最低。天然气价格很大程度上受资源禀赋影响。在天然气资源丰富的地区，价格相应较低。非居民天然气价格目前正在逐步市场化。 2019年3月27日，国家发展改革委宣布调整各省份天然气基本门站价格。调价后，上海、广东、浙江等东南沿海地区天然气价格普遍高于平均价格1.68元/千立方米。新疆、青海等西北地区价格低至1.2元/千立方米左右。

各省基本天然气门站价格表（元/立方米）

天然气重整制氢成本计算

假设制氢规模为1000Nm3/h，年产氢量为100万Nm3。计算过程及假设如下：

天然气制氢成本计算

天然气制氢设备、安装、土建等费用总投资1528万元。年天然气成本672万元（占总成本62.11%）。年总成本1082.4万元，对应氢气成本1.35元/Nm3。现在计算不同制氢成本下对应的天然气价格：

3、煤制氢

煤气化制氢是煤制氢最常用的方法。

2013年，我国超越美国成为世界第一大能源消费国，煤炭产量38.74亿吨标准煤。随后几年，煤炭产量略有下降，2017年为35.2亿吨，但2018年煤炭产量反弹至368亿吨。亿吨标准煤。

三种煤制氢方法比较

煤气化制氢工艺简化流程图

降低成本应从煤炭价格入手，西北有区域优势

对于煤气化制氢来说，煤炭成本占比最大，占总成本的40%~45%。因此，在制氢设备价格相对固定、工艺过程中所需条件难以发生大幅变化的基础上，减少煤制气，降低制氢成本，应从降低煤炭价格入手。

我国煤炭资源较为丰富，分布广泛。全国32个省市（除上海外）拥有煤炭资源。但地区分布极不均匀。主要格局是西多东少，北富南穷。其中山西、内蒙古、陕西、新疆、贵州已探明煤炭储量占全国的81%以上，这些地区煤炭质量总体良好。从2018年上半年全国各省原煤产量也可以看出，内蒙古、陕西、山西三个省市的产量占全国总量的68%。这说明西北煤炭产量优势明显。

由于不同种类煤炭的价格不同，这里我们主要考察各省动力煤的价格。我们可以发现，在内蒙古、山西等煤炭储量和产量较大的地区，同类型煤炭的价格也低于其他省份。根据中国煤炭市场网公布的截至2019年1月的数据，全国部分省份动力煤价格如下。需要重点关注的是，内蒙古动力煤价格仅为360元/吨，而混煤价格为170元/吨。吨。

内蒙古、山西动力煤价格低迷

煤气化制氢成本计算

在煤气化制氢成本的计算中，参考中国石化经济技术研究院2015年煤气化制氢成本分析。在中国石化经济技术研究院成本分析中，为假设煤炭价格为600元/吨，水煤浆制氢装置造价为12.4亿元，制氢规模为9104m3/h。我们假设：

直接工资成本每年以9% 的速度增长。其他部分如辅助材料和设备投资正以每年5%的速度增长。煤炭价格仍为600元/吨，但由于技术进步，单位产量有所增加。虽然可以将副产品中的二氧化碳注入油田以减少其加工，但由于运输等问题这一应用并未得到广泛应用。与此同时，近年来国家对废气排放的标准也日益严格。因此，假设副产品成本不会改变煤气化制氢的成本计算。

通过上述计算，我们可以发现，当煤炭价格为600元时，大规模煤炭气化制氢的成本为1.1元/Nm3。如果制氢地点位于内蒙古，煤炭价格下降到200元，制氢成本可能会降低到0.34元/Nm3。

由于目前煤炭资源几乎全部掌握在国家手中，煤炭价格很难大幅下降。而且，目前煤气化制氢规模已经很大。随着劳动力成本逐渐增加，未来很难通过规模效应降低每立方米氢气的生产成本。因此，虽然目前煤气化制氢成本较低，但未来煤气化制氢成本下降的空间有限。

4.化工副产品制氢

氯碱制氢是主要生产方式，降低成本可从节能降耗入手。

化工副产物制氢主要分为几种方法：焦炉煤气制氢、氯碱副产物制氢、丙烷脱氢和乙烷裂解。其中氯碱副产物制氢工艺成本最适中，且制得的氢气纯度较高。以其先进的优势，已成为化工副产品中较为合适的制氢方式。

氯碱制氢是以盐水（NaCl）为原料，采用离子膜或石棉隔膜电解槽生产烧碱（NaOH）和氯气，同时获得氢气作为副产品的工艺过程。产品。然后利用PSA等技术去除氢气中的杂质，可以获得纯度高于99%的氢气。

氯碱制氢工艺简化流程

国家统计局数据显示，2018年氯碱装置产量2620.5万吨。根据氯碱资产负债表，烧碱与氢气的生产比例为40:1。理论上，2018年氯碱副产制氢生产氢气65.5万吨，即73.8亿标立方米氢气。

目前，氯碱行业最昂贵的部分是电费。离子膜法生产烧碱所需电耗为2150~2200kWh/t。我国电价的基本情况在上面电解水部分已经介绍过，这里不再赘述。

丙烷脱氢和乙烷裂解副产制氢未来具有潜在优势

2013年，丙烷作为化工原料开始大规模使用。当年中国进口丙烷245吨，随后进口量逐年增加，达到1350万吨。与此同时，丙烷脱氢项目不断发展。截至2019年1月，我国已建成的丙烷脱氢项目总产能为467万吨/年，其中山东、江苏两省处于领先地位。行业内已公布规划或在建丙烷脱氢项目共45个，涉及产能2605万吨/年。如果规划和在建的丙烷脱氢项目全部建成，预计可生产并对外销售氢能源86.8万吨。未来发展空间巨大。丙烷脱氢产生的氢气将成为未来燃料电池汽车潜在的优势氢气。源选择之一。

中国丙烷进口量快速增长

乙烯是我国需求量最大的烯烃之一，是合成塑料、纤维和橡胶的基本原料。据中国工业信息网信息显示，近十年来我国乙烯表观消费量快速增长，从2008年的1096万吨增至2017年的2143万吨，年均复合增长率达8%。随着乙烷裂解技术逐渐成熟，国内企业已开始布局乙烷裂解规模化生产。预计到2021年，乙烷裂解生产乙烯将占乙烯产量的近41%，而氢气是乙烷裂解的副产品之一，随着乙烷裂解技术的不断进步，产量也将快速增长。目前，我国规划乙烷裂解产能达到1460万吨，可生产并对外销售的氢气达到90.4万吨。因此，乙烷裂解副产物制氢与丙烷脱氢制氢相同，是未来燃料电池汽车最具潜在优势的氢源选择之一。

5、相关公司简介

苏州精力：率先进军电解水制氢设备行业

苏州精力制氢设备有限公司成立于1993年，是一家集研发、生产、销售水电解制氢设备、气体净化、回收设备及各类氢能源专业设备为一体的高新技术企业。它在中国很有名。在水电解制氢设备市场排名第一，参与多项国家项目及多项国家标准的制定。

作为国内最早进入水电解制氢设备行业的企业之一，苏州精力成立20多年来始终坚持技术创新，已成为国内制氢设备顶尖技术的典型代表。公司开发的水电解制氢设备产量范围为0.3m3/h至1000m3/h。其主打产品大型制氢设备（1000m3/h）主要用于电转气市场需求，可有效解决弃风弃光等问题。

在可再生能源制氢领域，苏州晶力正在与国际知名油气公司和国内企业合作承接可再生能源制氢项目。苏州竞立在原有设备的基础上进行了改进，使其能够承受正常电流20%至110%的变化，以适应可再生能源波动的需求。该设备已经进行了一段时间的模拟测试。下一步将前往风电场进行现场测试。

聚正源股份：丙烷脱氢项目具有发展潜力

公司成立于1999年，是广东光武控股集团有限公司（广东最大的省属国有企业之一）的控股公司。公司经营范围包括成品油及化工产品贸易、燃料及化工产品储罐、燃料油运输、码头运营业务等。

东莞聚正源科技有限公司是深圳聚正源的全资子公司，是120万吨丙烷脱氢制高性能聚丙烯项目的实施主体。近日，该项目在沙田镇丽莎岛精细化工园区完成产品分离塔吊装仪式，标志着项目建设进入关键阶段。该项目投资105亿元，用地面积984亩。是广东省重点建设项目。根据规划，该项目分两期建设。一期项目年产氢气2.8万吨。二期工程建成后，可形成1520万吨/年的氢气生产能力，可保障广东省氢能源汽车的能源供应。

联岳氢能源：华南地区最大的制氢企业之一

广东联粤氢能有限公司于2017年6月30日在广东省云浮市注册成立。该公司是华南地区一家专注于氢气产品生产和销售的大型能源燃气公司。拥有行业先进、领先的设备和工艺，在氢气生产和运输领域拥有多年积累的强大技术优势和丰富经验。公司占地面积5000平方米，生产能力1000m3/小时。是华南地区最大的专业氢气生产经营企业之一。目前已在江门、赣州、郴州、云浮投资建设4座制氢厂。