可再生能源电解制氢成本分析

发布时间：2021-08-22 00:36

　　本文对可再生能源电解制氢成本进行了系统分析,对比了碱性与质子交换膜（PEM）电解制氢的平准化成本（LCOH）,并考察了规模效应、氢气压力、压缩与液化及输入功率波动性对碱性与PEM电解制氢成本的影响。结果表明:规模增加可降低制氢成本,所考察的电解系统在规模由1 MW提高至40 MW后,装置的固定成本降幅40%以上,由于电费是主要成本,平准化成本（LCOH）降幅小于25%。在固定成本投入无明显增加的情况下高压电解制氢可明显降低制氢成本,随着电解氢气压力由1 atm （1 atm=101.325 k Pa）提高至30 atm,进一步压缩至700 atm的成本由1$/kg降至0.3$/kg;液化成本受规模影响显著,1 MW电解制氢增至40 MW时制氢并液化的平准化成本（LCOH）从8.7$/kg降至5.3$/kg;由于PEM对可再生能源波动具有良好的适应性,在波动性功率输入时,随着低功率（<20%额定功率）波动性的增加,PEM的LCOH成本可以优于碱性电解。随着碱性与PEM电解技术的进步,二者优劣仍需针对具体情况进行分析讨论。 

【文章来源】：储能科学与技术. 2020,9(03)CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

可再生能源Power to X模式

图2是电解制氢LCOH成本受电力成本和产能因数的函数图，3个不同的1 MW电解制氢装置图上都突出显示了氢气成本4.5$/kg的目标标记。可以看出，随着电解装置的容量因数降低，为实现上述目标，电力成本需要更快下降，与采用的电解装置类型关系不大。30 atm碱性电解装置在75%的容量因数和60$/MW·h的电力成本下氢气的LCOH成本约4.5$/kg,75%的容量因数和60$/MW·h电价与实际电解厂运行情况相近。值得一提的是4.5$/kg是为高能量密度氢气产品设定的，该成本必须考虑压缩或液化的增量成本。为了解每种技术之间的成本差异，对比了在产能因数75%和电价60$/MW·h下运行的3种电解装置的LCOH明细，如图3所示。考察的3种电解装置包括：电解工艺系统、供电系统、供水系统和控制系统。由图3(a)可以看出在给定的1 MW电解规模下，常压碱性电解制氢的氢气平准化成本LCOH为4.2$/kg，是最廉价的选择。

为了解每种技术之间的成本差异，对比了在产能因数75%和电价60$/MW·h下运行的3种电解装置的LCOH明细，如图3所示。考察的3种电解装置包括：电解工艺系统、供电系统、供水系统和控制系统。由图3(a)可以看出在给定的1 MW电解规模下，常压碱性电解制氢的氢气平准化成本LCOH为4.2$/kg，是最廉价的选择。在比较NEL 1 MW 1 atm与McPhy 1 MW30 atm两碱性系统时，考虑到两个装置的效率是可比的，其平准化成本（LCOH）差异与30 atm电解装置的固定成本较高有关。在更高的压力下工作，电解堆所用材料及每个连续单元之间的密封件有更严格的要求。此外，在较高的工作压力下，控制系统和供水系统变得更加复杂，因此导致了高压电解装置有更高的固定成本。电解制氢高的氢气出口压力的优势在于降低后端储运的压缩成本。


本文编号：3356642