脱水行业- 全球氢能源行业分析(下期)

2021-01-29 08:42:31 (AET) by Winson Su   457


氢能源产业链主要包括制氢,储存和运输以及应用三大方面,而其中每一个方面都存在很高的技术壁垒。从产业链上游来看,主要是氢气制备,主要技术是采用化石能源重整制法,工业尾气制氢法,电解水制氢法和新型制氢等。在产业链中游是氢气储存和运输,是下游应用领域的基础保障,其将氢气采取高压气态、低温液态、固体储氢材料储运以及有机液态储运等是目前主要储运技术。下游是氢能应用层面,,在工业上可应用于合成氨、炼厂石油和煤炭的深加工等石化工业。在交通运输领域,可用于加氢站与燃料电池等能源的多个方面,其中最具商业价值也是全球竞争最激烈的是氢燃料电池的应用。

氢能产业链概况

氢能源产业链主要包括制氢,储存和运输以及应用三大方面,而其中每一个方面都存在很高的技术壁垒。从产业链上游来看,主要是氢气制备,主要技术是采用化石能源重整制法,工业尾气制氢法,电解水制氢法和新型制氢等。在产业链中游是氢气储存和运输,是下游应用领域的基础保障,其将氢气采取高压气态、低温液态、固体储氢材料储运以及有机液态储运等是目前主要储运技术。下游是氢能应用层面,,在工业上可应用于合成氨、炼厂石油和煤炭的深加工等石化工业。在交通运输领域,可用于加氢站与燃料电池等能源的多个方面,其中最具商业价值也是全球竞争最激烈的是氢燃料电池的应用。

据研究显示,上游采用点解方式产氢,平均每产生1千克氢气,就需要9升水。大多数电解池都需要高纯度的水,以限制由天然水中存在的离子(盐)引起的副反应。因此,大多数商用电解槽都有一个集成的去离子器,允许他们使用相当低品位的饮用水作为原料。

业内碱性电解槽(AE)是最成熟的商业方法电解制氢。因为它们类似于氯和氢氧化钠的商业生产(即氯碱工艺),使其拥有大规模生产能力。近期,业内出现新的PEM电解槽,与AE相比具有许多明显的优势。这包括更小的占地面积和更快的动态响应时间,这是与可变可再生能源(VRE)结合使用的首选方法。结合预期的成本降低,PEM电解正迅速成为一种更具竞争力的技术。在成本上,对于采用再生能源电力AE制氢的平均成本为4.78-5.84 $/kg,采用PEM平均成本为6.08-7.43 $/kg。

采用可再生能源电解产氢主要的问题在于成本。在澳大利亚,西澳大利亚州,昆士兰州,南澳大利亚州,维多利亚州和北领地的所有地区都有丰富的太阳能光伏和/或风能资源,再加上土地的可利用性,使其具备投资的吸引力。塔斯马尼亚州是一个独特的地区,该地区提供将优质风能与水力发电相结合的潜力。此外,南澳大利亚州已迅速成为整合新能源技术的全球试验场。由于已经有大量的VRE投入使用,并有大量的氢能示范项目,对氢气生产和使用的持续投资很可能会成为其他澳大利亚州发展自己的本地产业的重要推动力。

在产业链中游,最常见的储氢方法是在钢或碳复合材料气瓶中通过加压进行压缩。然而,与加压相关较低的氢密度促进了液化的使用和其他化学载体如氨的探索,特别是在氢传输的情况下。尽管材料载体具有较高的氢密度,但所有载体均保留了与从载体中回收氢相关的额外能量损失和成本。液态有机氢载体(例如甲苯)被认为是新兴技术。

目前,成熟的储存技术分为加压设施包括:低压存储罐,加压存储罐,地下存储设施等;液化存储设施包括:低温罐和低温压缩设施;以及基于氨材料的存储设施。

在加压设施中,通过将氢气加压至35 bar,尽管可以在此压力下存储氢气(即无需额外压缩),对于储存少量氢气在经济上可行。但随储所需的量增加,考虑到占地和相关设施费用,以日产量210,000 kg的设施为基础,采用35 bar储存设施的平均成本为0.43-0.53 $/kg,而150 bar和350 bar的成本为0.30-0.37 $/kg和0.34-0.42 $/kg。虽在高压环境下,氢存储成本具有更高效益,但电解槽通常在较低压力(通常最大压力为35 bar)下工作销率更高。另外,与现有的机械压缩机相比,离子压缩机有可能节省40%的能耗。虽然目前价格昂贵,但离子压缩机已经可以在商业上使用,并且已经在世界各地的几个氢燃料站投入使用。轴承和密封件是机械压缩机两种最常见的故障来源,离子压缩则不存在相关问题。

另一种降低与氢压缩相关的能源成本的方法是使用电化压缩机。这些设备的工作方式与电解槽相同,但膜的一侧不是水,而是氢。氢气通过电化学的方式从一个低压侧室泵送到一个高压室。电化学压缩具有取代机械压缩的潜力,其工作效率更高(70-80%),占地面积更小,且无运动部件,可以降低维护成本和无噪音运行。

对于地下储存,澳大利亚仍需要进行相关的可行性分析,以评估澳大利亚的潜在储存能力。根据过去为储存天然气而进行的一项初步研究表明,大多数场址都集中在西澳大利亚。澳大利亚东海岸的气田估计可储存约205PJ的天然气,与盐穴相比,枯竭天然气田的体积和可用分布要大得多,可能是未来更合适的长期储存选择。

文中详细分析了氢能源产业链和研发趋势等。

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