我國氫氣生產(chǎn)利用現(xiàn)狀及氫能開發(fā)前景研究報(bào)告

我國氫氣生產(chǎn)利用現(xiàn)狀及氫能開發(fā)前景研究報(bào)告摘要：氫能作為一種清潔、可儲(chǔ)存的能源，是世界新能源和可再生能源領(lǐng)域正在積極開發(fā)的二次能源。氫的制取、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、應(yīng)用技術(shù)在全球范圍內(nèi)獲得了極大的關(guān)注和發(fā)展。分析了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)氫氣利用現(xiàn)狀，列出了傳統(tǒng)制氫成本，對堿性電解水制氫過程的投資與產(chǎn)出進(jìn)行了比較。關(guān)鍵詞：新能源

制氫

投資比例

制氫成本

氫能應(yīng)用

氫能的高效獲取與利用是緩解全球社會(huì)可持續(xù)發(fā)展所面臨的能源與環(huán)境問題的有效途徑之一。根據(jù)國際能源署報(bào)告，目前全球每年約7000萬噸氫氣的需求，95%來自于化石能源，相當(dāng)于每年8.3億噸的二氧化碳排放。利用可再生清潔能源規(guī)?；@取氫氣是未來氫能經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基石。電解水是可規(guī)?；?、綠色獲取氫氣的技術(shù)之一，但其制氫成本、壽命和可靠性仍然制約了其規(guī)模應(yīng)用，而低成本高效制氫電催化劑是決定電解水制氫效率和經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵因素。另一方面，燃料電池是氫能高效利用的重要途徑。其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵之一是高性能、低成本電催化劑的規(guī)模化制備。氫氣一直是重要的工業(yè)原料，在石油化工，電力，冶金，食品加工，航天工業(yè)等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。氫氣可以做高能燃料，可以冶煉有色金屬和高純鍺、硅，合成氨、鹽酸，石油加氫，制硬化油。傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)上氫氣是重要的化工原料。全世界生產(chǎn)的氫氣最大的用途是用于合成氨工業(yè)。在石油工業(yè)上許多工藝過程需用氫氣，如加氫裂化，加氫精制、加氫脫硫、催化加氫等。目前工業(yè)用氫來源包括煤制氫、天然氣制氫、甲醇制氫，以及工業(yè)尾氣回收吸附制氫，還可以利用風(fēng)電光伏等新能源，在用電低谷時(shí)多余電能水解制氫，這類綠氫更環(huán)保，風(fēng)光儲(chǔ)氫也是一種更高效的儲(chǔ)能方式。各類氫氣來源存在一定的技術(shù)和成本差別，電解制氫與煤炭、天然氣制氫成本仍有較大差距。氫氣的制備主要可分為制取氫氣和提純氫氣兩大類，煤炭制氫成本最低，為0.8～1.1元/立方米，天然氣制氫成本為0.9～1.5元/立方米，我國的電解制氫發(fā)展仍處早期，成本在3元/立方米左右，預(yù)計(jì)未來還有較大下降空間。國際氫能源委員會(huì)預(yù)測,2050年全球氫能源需求將增至目前的10倍，同時(shí)2050年全球氫能產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值將超過2.5萬億美元。一、石油化工領(lǐng)域氫氣利用現(xiàn)狀分析當(dāng)前國內(nèi)外氫氣主要是在石化化工行業(yè)得到較為廣泛的生產(chǎn)和利用，氫氣作為中間原料，用于生產(chǎn)多種化工產(chǎn)品.我國石化化工行業(yè)主要涉氫的行業(yè)包括煤化工、天然氣化工、石油化工、焦?fàn)t氣化工、氯堿化工、精細(xì)化工等，主要產(chǎn)品有合成氨、過氧化氫（雙氧水）等無機(jī)化工產(chǎn)品，甲醇、烯烴、乙二醇等有機(jī)化工產(chǎn)品，成品油、合成天然氣等能源化工產(chǎn)品，還有多種精細(xì)化工、化工新材料等產(chǎn)品.根據(jù)對石化化工行業(yè)主要涉氫產(chǎn)品生產(chǎn)能力的統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前我國石化化工行業(yè)氫氣總產(chǎn)能約為4000萬噸,氫氣產(chǎn)量約3300萬噸。1、最大應(yīng)用領(lǐng)域是作為生產(chǎn)合成氨中間原料，氫氣產(chǎn)能占比約為30%；二是生產(chǎn)甲醇（包括煤經(jīng)甲醇制烯烴）的中間原料，氫氣產(chǎn)能占比約為28%；三是焦炭和蘭炭副產(chǎn)氫的綜合利用，占比約為15%（已扣除制氨醇，避免重復(fù)計(jì)算）；四是煉廠用氫，占比約為12%；五是現(xiàn)代煤化工范疇內(nèi)的煤間接液化、煤直接液化、煤制天然氣、煤制乙二醇的中間原料氫氣，占比約為10%；其他方式氫氣利用占比約為5%。2、從氫氣的生產(chǎn)原料構(gòu)成來看，我國氫源以煤為主，占比約為59%；其次是高溫焦化和中低溫焦化（蘭炭、半焦）副產(chǎn)煤氣中的氫，占比約為20%；三是天然氣制氫和煉廠干氣制氫，占比約為16%；其余是甲醇制氫、燒堿電解副產(chǎn)氫、輕質(zhì)烷烴制烯烴副產(chǎn)尾氣含氫等。3、從生產(chǎn)形式來看，獨(dú)立的制氫裝置主要存在于煉油、煤焦油加工等生產(chǎn)過程中，煉油廠內(nèi)主要采用煤制氫、天然氣（或煉廠干氣）制氫或甲醇制氫，煤焦油加工廠一般為焦?fàn)t氣制氫。部分綜合型化工廠采用變壓吸附（PSA）制氫裝置，為生產(chǎn)下游產(chǎn)品提供氫氣。對于煤、天然氣或焦?fàn)t氣制合成氨或制甲醇，煤（甲醇）制烯烴、煤制乙二醇、煤制油品、煤制合成天然氣等，氫氣作為生產(chǎn)過程的中間原料而存在，而不是由獨(dú)立的制氫裝置生產(chǎn)。氨合成裝置或甲醇合成裝置可以根據(jù)需要配套氫回收裝置，回收副產(chǎn)氫氣。燒堿的生產(chǎn)過程產(chǎn)生大量氫氣，對于下游配套聚氯乙烯裝置的工廠，氫氣與氯氣生成氯乙烯、繼而再生產(chǎn)聚氯乙烯；對于獨(dú)立的燒堿裝置，副產(chǎn)氫氣一般配套雙氧水或精細(xì)氯加工產(chǎn)品，需要消耗一部分氫氣，且少量副產(chǎn)氫氣未得到有效利用。4、從工業(yè)副產(chǎn)氫的角度來看，除上述提到的合成氨裝置、甲醇合成裝置、燒堿裝置等以外，最大量的工業(yè)副產(chǎn)氫存在于高溫焦化副產(chǎn)焦?fàn)t氣和蘭炭副產(chǎn)荒煤氣中。焦化副產(chǎn)焦?fàn)t氣的氫含量達(dá)55%～60%,目前焦?fàn)t氣制合成氨、甲醇、LNG（直接提取LNG）、乙二醇或氫氣等產(chǎn)品及焦?fàn)t氣發(fā)電已得到廣泛應(yīng)用，少量焦?fàn)t氣作為工業(yè)燃?xì)饫?。蘭炭副產(chǎn)荒煤氣的氫含量約為23%～25%,目前部分提氫用于中低溫焦油加工，部分用于發(fā)電，部分用作工業(yè)燃?xì)狻?、從生產(chǎn)成本的角度來看,工業(yè)氫氣的價(jià)格與生產(chǎn)氫氣主要原材料的價(jià)格水平、生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)過程消耗以及項(xiàng)目投資等均有直接關(guān)系。按照我國典型的制氫技術(shù)水平，在保證基準(zhǔn)收益的前提下,煤制氫對應(yīng)的原煤價(jià)格為300～800元/t,氫氣價(jià)格約為10～15元/kg；天然氣制氫對應(yīng)天然氣價(jià)格為1～2元/Nm3,氫氣價(jià)格約為15～20元/kg；甲醇制氫對應(yīng)的甲醇價(jià)格為2000～3000元/t,氫氣價(jià)格約為15～18元/kg；副產(chǎn)焦?fàn)t氣制氫價(jià)格一般不高于12元/kg,燒堿副產(chǎn)氫等價(jià)格一般不高于18元/kg?？傮w上，工業(yè)氫氣價(jià)格相對較低，以滿足工業(yè)生產(chǎn)大宗基礎(chǔ)產(chǎn)品的成本控制要求。

二、其它工業(yè)領(lǐng)域氫氣利用現(xiàn)狀分析1、鋼鐵行業(yè)氫氣的生產(chǎn)利用。在鋼鐵工業(yè)中,副產(chǎn)的焦?fàn)t煤氣中含氫為55%～60%,高爐煤氣含氫為1%～4%,轉(zhuǎn)爐煤氣含氫為0.2%～0.3%,另外利用COREX技術(shù)（熔融還原法）在生產(chǎn)鐵水過程中產(chǎn)生的煤氣含氫為10%～30%。上述焦?fàn)t煤氣的含氫量已與焦化合并統(tǒng)計(jì)。目前我國鋼鐵行業(yè)每年生產(chǎn)約1400萬t的含氫副產(chǎn)品，其中高爐煉鐵使用約為900萬t/a,電爐煉鐵消耗約為400萬t/a。2、車用氫能生產(chǎn)利用現(xiàn)狀。現(xiàn)階段我國氫能利用以車用氫能為主，處于剛剛起步的初期示范階段。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2022年底，我國燃料電池車約有12000輛，車型以公交大巴車、輕卡、物流車為主；已建成加氫站約220座，已投入運(yùn)營約190座；初步估計(jì)，車用氫能用量不足1.5萬噸。車用氫能供應(yīng)方式多樣，為保證氫氣質(zhì)量要求，大多來自于電解水制氫，以高壓氫氣的方式運(yùn)送至加氫站。部分加氫站依托石化氫氣，就近由管道運(yùn)至加氫站，例如上海中石化加氫站、兗礦濟(jì)寧綜合能源補(bǔ)給站。由于用量少、運(yùn)輸距離遠(yuǎn)、高壓氫氣運(yùn)費(fèi)高等多種原因，車用氫氣價(jià)格在加氫站一般不低于60元/kg。三、世界各國氫能利用規(guī)劃1、美國、德國、法國、俄羅斯、日本、英國、西班牙和葡萄牙等國紛紛制定氫能發(fā)展規(guī)劃及扶持政策以促進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。2020年10月5日，麥肯錫聯(lián)合PlugPower、豐田汽車、殼牌、液化空氣公司、微軟公司和SoCaGas等美國主要的石油、天然氣、電力、汽車、燃料電池和氫能源公司發(fā)布了美國氫能源經(jīng)濟(jì)路線圖，規(guī)劃到2050年，建立有競爭性的、年收入7500億美元、創(chuàng)造350萬個(gè)工作崗位的氫能產(chǎn)業(yè)，可滿足美國14%的能源需求。2020年7月，歐盟委員會(huì)正式發(fā)布了《氣候中性的歐洲氫能戰(zhàn)略》，宣布建立歐盟氫能產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，加大對氫能產(chǎn)業(yè)的扶持力度。根據(jù)歐盟的設(shè)定目標(biāo)，氫能在歐盟能源結(jié)構(gòu)中的比例將在2050年達(dá)到約13%。到2030年，歐盟將在電解槽領(lǐng)域新增投資240～420億歐元，2050年這一領(lǐng)域新增投資將達(dá)到1800～4700億歐元。法國、德國、俄羅斯、西班牙和葡萄牙等國均出臺(tái)百億歐元級(jí)的氫能投資計(jì)劃。2、基于氫能的寬闊使用場景以及龐大的產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值，氫能的開發(fā)與利用不僅成為了多個(gè)經(jīng)濟(jì)體實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的重要路徑，而且上升為國際競爭的重要部位。按照美國能源部發(fā)布的《國家清潔氫能戰(zhàn)略與路線圖》，2030、2040和2050年美國內(nèi)氫需求將分別升至1000、2000和5000萬噸/年，同時(shí)2030年與2035年前分別將制氫成本降至2美元/千克和1美元/千克；同樣，歐盟RepowerEU規(guī)劃提出到2030年要實(shí)現(xiàn)自產(chǎn)和進(jìn)口各1000萬噸/每年的可再生氫目標(biāo)，為此歐盟將通過歐洲氫能銀行、投資歐洲計(jì)劃等多個(gè)項(xiàng)目對氫能提供融資支持。緊隨歐美的腳步，日本“2050碳中和綠色增長戰(zhàn)略”計(jì)劃于2030年實(shí)現(xiàn)國內(nèi)氫產(chǎn)量達(dá)到300萬噸/年，2050年達(dá)到2000萬噸/年，而韓國的《促進(jìn)氫經(jīng)濟(jì)和氫安全管理法》也提出了2050年實(shí)現(xiàn)進(jìn)口氫替代進(jìn)口原油的目標(biāo)。初步統(tǒng)計(jì)，目前全球已有42個(gè)國家和地區(qū)發(fā)布了氫能政策，36個(gè)國家和地區(qū)的氫能政策也正在籌備中。3、從商業(yè)層面看，迄今全球已經(jīng)啟動(dòng)的680多個(gè)大型氫能項(xiàng)目絕大部分都是由企業(yè)直接出資開發(fā)，包括?？松梨谠诘每怂_斯州開發(fā)的全球最大低碳制氫設(shè)施、西班牙伊比德羅拉電力公司在普埃托里亞諾建設(shè)的歐洲最大工業(yè)用氫能工廠，法國企業(yè)Lhyfe正在籌建的全球首個(gè)海上氫氣工廠等。數(shù)據(jù)顯示，截至2022年年底全球氫能領(lǐng)域的直接投資額近2500億美元，而據(jù)國際氫能委員會(huì)預(yù)測，到2030年該投資總額將升至5000億美元。4、從氫能建設(shè)方向看，綠氫成為了各國一致性的開發(fā)重點(diǎn)。美國的《通脹削減法案》提出為綠氫提供最高3美元/千克的稅收抵免，而按照啟動(dòng)不久的歐盟綠色交易工業(yè)計(jì)劃，歐盟創(chuàng)新基金將為綠氫提供8億歐元的專項(xiàng)補(bǔ)貼，同時(shí)日本也推出了2萬億日元的綠色創(chuàng)新基金用以建設(shè)大規(guī)模的綠氫供應(yīng)鏈。與發(fā)達(dá)國家搶奪全球綠氫市場，新興市場國家也不約而同地瞄準(zhǔn)了綠色氫能，包括印度政府撥款23億美元用于支持綠氫產(chǎn)業(yè)，沙特超級(jí)未來城市工程N(yùn)EOM的目標(biāo)就是要在境內(nèi)建成一個(gè)超過2吉瓦的水電解制氫工廠，阿聯(lián)酋計(jì)劃五年內(nèi)每年斥資4000億美元擴(kuò)展綠氫市場，另外，南美洲的巴西、智利以及非洲的埃及、納米比亞等都宣布了綠氫投資計(jì)劃。受到多元力量驅(qū)動(dòng)，國際能源組織預(yù)測，2030年全球綠氫產(chǎn)量將達(dá)3.6萬噸，2050年達(dá)到3.2億噸。四、中國氫能開發(fā)現(xiàn)狀分析1、習(xí)近平主席在第七十五屆聯(lián)合國大會(huì)上鄭重承諾，我國二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。利用新能源發(fā)電制氫，尤其是新能源棄風(fēng)棄光電量制氫，對于促進(jìn)新能源消納、節(jié)能減排、擴(kuò)大綠色空間、增強(qiáng)固碳能力，以及兌現(xiàn)中國對世界的二氧化碳排放承諾等均具有重要戰(zhàn)略意義。近年來，我國風(fēng)能、太陽能等新能源發(fā)展迅速，但新能源的間歇性、資源地理分布不均、發(fā)電與負(fù)荷中心分離等問題限制了其大規(guī)模并入電網(wǎng)，新能源消納難題已經(jīng)嚴(yán)重制約了其發(fā)展。利用新能源制氫，既可以解決新能源發(fā)電的“棄風(fēng)棄光”問題，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闅淠?，還可以進(jìn)一步降低新能源制氫的成本。新能源制氫同時(shí)具有地理環(huán)境制約少、規(guī)模適應(yīng)性強(qiáng)、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，省去了建設(shè)電網(wǎng)的投資及占地，能有力促進(jìn)新能源消納，拓展可再生能源的利用途徑，可以最大化地利用當(dāng)?shù)貎?yōu)越的自然資源。自2019年氫能首次被寫入《政府工作報(bào)告》以來，浙江、江蘇、廣東、山西、河南、湖北、北京和上海等地方政府積極出臺(tái)相關(guān)政策扶持氫能相關(guān)產(chǎn)業(yè)。華能、神華、三峽集團(tuán)、華電、國電投、東方電氣、中石化、中石油、中車和中船重工等各大央企積極布局氫能產(chǎn)業(yè)，結(jié)合自身優(yōu)勢廣泛介入氫能產(chǎn)業(yè)。長遠(yuǎn)來看，以新能源發(fā)電，尤其是新能源棄風(fēng)棄光電量制氫，兼具經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)價(jià)值，可以促進(jìn)新能源的規(guī)?；l(fā)展和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和氫能源的綜合應(yīng)用，將是未來綠色氫氣產(chǎn)業(yè)的主要?dú)湓粗唬蠂掖罅χС值臍淠墚a(chǎn)業(yè)發(fā)展方向2、作為全球最大氫氣生產(chǎn)國，2022年中國氫氣產(chǎn)量3781萬噸，但同時(shí)必須看到，中國氫能產(chǎn)業(yè)尚處示范應(yīng)用和商業(yè)模式探索階段。氫能產(chǎn)業(yè)生態(tài)尚未全面建立，不僅規(guī)模尚未上去，而且受國外技術(shù)壁壘限制嚴(yán)重，比如不僅加氫槍、壓縮機(jī)、儲(chǔ)容器和質(zhì)子交換膜等關(guān)鍵設(shè)備，而且氫密封材料、低溫金屬材料、高效冷絕緣材料等關(guān)鍵材料等目前中國都需通過進(jìn)口來解決，與此同時(shí)，制氫方面以灰氫為主要產(chǎn)出，產(chǎn)業(yè)鏈綠色升級(jí)尚存壁壘。另外，多層次的金融支持體系尚未建立，氫能建設(shè)的融資渠道偏窄.3、唯有堅(jiān)持戰(zhàn)略布局與政策創(chuàng)新，中國才有可能在氫能國際競爭中搶占到制勝高地。一方面，針對氫能產(chǎn)業(yè)的“卡脖子”技術(shù)，需要組建創(chuàng)新聯(lián)合體，圍繞產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行科技攻關(guān)，在此基礎(chǔ)上依托大型能源企業(yè)成立聯(lián)合研發(fā)和推廣應(yīng)用平臺(tái)，有效整合社會(huì)資源，推動(dòng)全社會(huì)相關(guān)領(lǐng)域科研力量的廣泛參與和協(xié)同攻關(guān)，聚焦核心技術(shù)，加快突破薄弱環(huán)節(jié)，同時(shí)也為新技術(shù)新產(chǎn)品的推廣應(yīng)用提供成熟的產(chǎn)業(yè)依托和試用平臺(tái)。另一方面，瞄準(zhǔn)制氫的升級(jí)方向，在目前的京津冀、長三角和珠三角三大氫能產(chǎn)業(yè)區(qū)開辟綠氫研發(fā)與制造基地，政策上對綠氫進(jìn)行重點(diǎn)傾斜，同時(shí)將綠氫開發(fā)占比指標(biāo)分解到全國各地。此外，除政策性金融領(lǐng)域通過設(shè)立重大專項(xiàng)、產(chǎn)業(yè)基金等產(chǎn)品對氫能建設(shè)進(jìn)行支持外，也應(yīng)在商業(yè)性金融方面加大力度，包括鼓勵(lì)行業(yè)協(xié)會(huì)、龍頭企業(yè)帶頭設(shè)立氫能發(fā)展專項(xiàng)投資基金，鼓勵(lì)私募股權(quán)基金投資氫能綠色環(huán)保產(chǎn)業(yè)等，與此同時(shí)要?jiǎng)?chuàng)新綠色金融產(chǎn)品，如將綠氫技術(shù)納入綠色信貸及綠色債券的指導(dǎo)目錄，在碳交易市場搭建氫能產(chǎn)業(yè)板塊交易機(jī)制等。五、氫能環(huán)境等級(jí)及制取方法1、氫能制取的環(huán)境分級(jí)世界能源理事會(huì)將氫氣按照生產(chǎn)來源分為“灰色氫氣”“藍(lán)色氫氣”和“綠色氫氣”三類?！盎疑珰錃狻笨梢杂擅褐茪浠蛞月葔A尾氣為代表的工業(yè)副產(chǎn)氣制取，其單個(gè)裝置規(guī)模偏小，難以實(shí)現(xiàn)較為經(jīng)濟(jì)的碳捕捉、利用和封存?！八{(lán)色氫氣”可以由天然氣等化石燃料制得，其氫能制取規(guī)模相對較大，可以較為經(jīng)濟(jì)地將二氧化碳副產(chǎn)品捕獲、利用和封存?！熬G色氫氣”可以通過使用新能源電力或核能來制取氫氣，實(shí)現(xiàn)全過程綠色制氫，為終端部門深度脫碳奠定基礎(chǔ)。主要?dú)錃夥诸惣爸茪浼夹g(shù)見圖1圖1氫氣分類及制氫技術(shù)2、氫氣制取方法目前常規(guī)的氫氣制取方法主要有：①化石燃料制氫；②電解水制氫；③含氫尾氣副產(chǎn)氫回收；④高溫分解制氫；⑤其他制氫方式

。其中工業(yè)化大規(guī)模制氫方法主要是化石燃料制氫，包含天然氣吸熱重整制氫、煤制氫和輕油蒸汽轉(zhuǎn)化制氫這三種方法，其所制得的氫氣占目前國內(nèi)氫氣產(chǎn)量的96%左右。但這三種制氫方法的生產(chǎn)流程復(fù)雜，制氫過程中會(huì)對環(huán)境造成污染，制得的氫純度低，還需要有效的分離技術(shù)提純氫氣，使得氫能未能實(shí)現(xiàn)全過程清潔化，所制得的氫氣基本上都屬于“灰色氫氣”和“藍(lán)色氫氣”的范疇。近年來中國氫氣產(chǎn)量呈逐年增長趨勢。見圖2圖2中國氫氣產(chǎn)量趨勢從來源看，我國的氫源結(jié)構(gòu)目前仍是以煤為主，來自煤制氫的氫氣占比約62%、天然氣制氫占19%，電解水制氫僅占1%，工業(yè)副產(chǎn)占18%。將新能源發(fā)電與電解水制氫結(jié)合起來，利用新能源電能來電解水制氫，可以實(shí)現(xiàn)全過程二氧化碳零排放。這是氫能成為名副其實(shí)的清潔能源——“綠色氫氣”的關(guān)鍵。研究新能源發(fā)電制氫對氫能的發(fā)展十分重要。3、新能源發(fā)電制氫分類新能源發(fā)電制氫主要包括太陽能光伏發(fā)電制氫和風(fēng)能制氫兩類。（1）太陽能光伏發(fā)電制氫目前利用催化劑光解水制氫的效率還很低，只有1%～2%。因此，常見的太陽能制氫是指利用光伏場所發(fā)電量來進(jìn)行電解水制氫。光伏發(fā)電制氫是指將太陽能通過光伏板轉(zhuǎn)化成電能，所制得的電能直接用于電解水制氫過程生產(chǎn)氫氣。（2）風(fēng)能制氫風(fēng)能制氫是指將風(fēng)能通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化成電能，所制得的電能直接用于電解水制氫過程生產(chǎn)氫氣。各類氫氣來源制備成本見表1表1各類氫氣來源制備成本六、新能源發(fā)電+堿性電解水制氫新能源發(fā)電制氫系統(tǒng)采取“太陽能光伏發(fā)電”或“風(fēng)力發(fā)電”兩種模式作為電解水制氫裝置的電源，獲得的新能源電能通過整流裝置轉(zhuǎn)變?yōu)檫m當(dāng)?shù)闹绷麟娔懿⒂糜趬A性電解水制氫設(shè)備（電解槽）來制取氫氣。新能源發(fā)電制氫原理如圖3所示。圖3

新能源發(fā)電制氫原理圖1、堿性電解水制氫原理、系統(tǒng)組成及流程根據(jù)電解質(zhì)的不同，主流的電解水制氫技術(shù)可分為三種類型：堿性電解水制氫、質(zhì)子交換膜電解水制氫和固態(tài)氧化物電解水制氫。其中：堿性電解水制氫系統(tǒng)損耗小，安全性高，是最為成熟、經(jīng)濟(jì)，也是應(yīng)用最為廣泛的制氫技術(shù)；質(zhì)子交換膜電解水制氫在國外已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，但在國內(nèi)還處于商業(yè)化初期，電解效率優(yōu)于堿性電解水制氫，但設(shè)備投資成本較高；固態(tài)氧化物電解水制氫可以實(shí)現(xiàn)部分電能被熱能取代，轉(zhuǎn)化效率高，但因其工作在高溫區(qū)間而限制了其商業(yè)化應(yīng)用。堿性電解水制氫原理圖如圖4所示。在堿性電解質(zhì)水溶液（常為KOH和NaOH）中，采用石棉布等作為隔膜，通入直流電制得氫氣。圖4

堿性電解水制氫原理圖堿性電解水制氫主要由補(bǔ)水系統(tǒng)、堿液循環(huán)系統(tǒng)、電解槽、氣液分離裝置、氫氣純化裝置等部分組成。2、堿性電解水制氫裝置占地、投資和氫氣生產(chǎn)成本分析按目前堿性電解水制氫系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展水平，大規(guī)模制氫系統(tǒng)中可選用的最大的堿性電解水制氫裝置制氫能力為1000Nm3·h?1，制得的單位氫氣耗電量約5kW·h·Nm?3，生產(chǎn)過程中動(dòng)力耗電約為0.027kW·h·Nm?3，原料水和冷卻水的消耗分別為0.002t·Nm?3和0.001t·Nm?3。在年運(yùn)行8000h的負(fù)荷條件下，整個(gè)制氫系統(tǒng)的壽命約10～15年。圖5為某國內(nèi)主流堿性電解水制氫裝置生產(chǎn)廠家的制氫能力為1000Nm3·h?1的堿性電解槽外形圖。該電解槽直徑約為1.8m，整個(gè)裝置長度約為3m。圖51000Nm3·h?1堿性電解水制氫裝置外形依制氫系統(tǒng)的規(guī)模不同，堿性電解水制氫系統(tǒng)的單位m3氫氣投資成本在1.7～2.2萬元·Nm?3之間。堿性電解水制氫裝置設(shè)備購置費(fèi)占投資構(gòu)成中的比例最大，約為40%～60%；其次是建筑和安裝工程費(fèi)，約為20%～45%；土地費(fèi)用及其他相關(guān)費(fèi)用等則最小，約為10%～15%。按照堿性電解水制氫系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展水平，對制氫過程中的電量、壓縮空氣、原料水、堿液、壓縮空氣等各種物質(zhì)消耗水平及制氫系統(tǒng)年運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)對制氫成本影響最大的兩個(gè)因素是電價(jià)和制氫系統(tǒng)年運(yùn)行小時(shí)數(shù)。分別以5000、20000Nm3·h?1兩個(gè)不同制氫系統(tǒng)容量的工程為例，分析電價(jià)及系統(tǒng)年運(yùn)行小時(shí)數(shù)對制氫成本的影響，結(jié)果分別如圖6、7所示。圖6相同制氫系統(tǒng)容量、不同年運(yùn)行小時(shí)數(shù)下的制氫成本圖7相同年運(yùn)行小時(shí)數(shù)、不同制氫系統(tǒng)容量下的制氫成本從圖6、7中可見，電價(jià)越高，制氫成本也越高。電價(jià)為0.3元·（kW·h）?1時(shí)，不同制氫容量系統(tǒng)的制氫成本在1.9～2.0元·Nm?3之間。若制氫時(shí)使用棄風(fēng)棄光電量，則電價(jià)會(huì)分別下降到0.2、0.1元·（kW·h）?1時(shí)，制氫成本會(huì)分別降到1.3～1.5元·Nm?3和0.7～1.0元·Nm?3之間。電價(jià)對制氫成本影響最大。按照制氫系統(tǒng)容量和年運(yùn)行小時(shí)數(shù)不同，制氫成本大致在0.78～2.10元·Nm?3之間。七、氫氣作為能源的應(yīng)用途徑1、氫氣作為能源，不論是燃燒還是通過燃料電池發(fā)電，在交通、工業(yè)、民用等方面都有著重要的應(yīng)用，如火箭、飛機(jī)、汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)燃料，還有氫燃料電池叉車、氫燃料有軌電車、氫燃料電池船等。尤其是氫燃料電池汽車，是氫能的重要應(yīng)用領(lǐng)域和氫能大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵一環(huán)，相比傳統(tǒng)燃油汽車，其具有無污染的優(yōu)勢；相比電動(dòng)汽車，具有高續(xù)航、加注時(shí)間短的優(yōu)勢，因此氫燃料汽車具有極大的發(fā)展應(yīng)用前景。見圖8圖8氫能產(chǎn)業(yè)鏈預(yù)計(jì)到2030年，中國氫燃料電池車將達(dá)到200萬輛，加氫站將達(dá)到1000座以上，尤其是重點(diǎn)發(fā)展氫能的中東部地區(qū)城市，可初步滿足氫燃料汽車的燃料加注需求。2、氫氣行業(yè)發(fā)展方向在未來發(fā)展中，綠氫對促進(jìn)工業(yè)脫碳將會(huì)具有更加積極的作用。綠氫工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵點(diǎn)在于協(xié)調(diào)綠氫供應(yīng)穩(wěn)定性、擴(kuò)大綠氫供應(yīng)量、降低綠氫成本。以車用氫能為主的氫能利用正在興起，但發(fā)展初期階段定位尚不明確，技術(shù)進(jìn)步水平和速度尚難以考量。我國發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)，應(yīng)結(jié)合我國的資源、能源、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等國情特點(diǎn)，從易到難、由點(diǎn)到面，抓住分階段重點(diǎn)，分層次、有序開展氫能相關(guān)基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化，特別要注意避免一哄而上、急于求成、技術(shù)不成熟時(shí)大建工程而造成投資浪費(fèi)。氫能產(chǎn)業(yè)初期的高質(zhì)量發(fā)展，重點(diǎn)就是抓住主要矛盾，集中核心力量攻克關(guān)鍵問題，打通瓶頸，以盡可能少的代價(jià)探索出真正適合我國的氫能發(fā)展之路。3、以可再生電力為