东莞市星火太阳能科技股份有限公司

13215150267
4001898908
星火太阳能和你一起了解更多太阳能资讯
光伏发电制氢技术的经济可行性的研究
返回列表 来源: 网络 发布日期: 2022.06.01 浏览次数:
光伏发电作为国家鼓励发展的绿色清洁能源,近年装机规模不断增大,但光伏发电具有随机性、波动性、阶段性供电等问题,增加了电网调度难度。 随着光伏装机规模的不断扩大,光伏发电将面临增加储能问题,为光伏发电持续发展带来了一定挑战 光伏发电制氢用于天然气掺烧、燃料电池,可丰富终端用户用能多样性,保障能源安全,也是解决光伏发电所面临问题的一种途径。

图片
光伏发电技术和制氢技术都较为成熟,光伏制氢系统技术研究相对较多,但还未出现大型工程。光伏制氢技术主要集中在光伏制氢联合运行模式优化与光伏制氢系统设计及优化方面,目前研究主要集中于系统设计优化,对于整个系统的经济性缺乏研究。本文重点研究光伏制氢经济性,并与传统行业制氢成本进行对比分析,从而为光伏制氢提供发展路径建议。

光伏制氢技术路线


光伏发电制氢主要利用光伏发电系统所发直流电直接供应制氢站制氢用电。光伏直流发电系统相比传统电站减少了逆变和升压的过程,主要设备设施包括光伏组件、汇流箱、支架、基础、接地装置等,光伏组件可根据制氢站输入电压和电流要求进行串、并连配置,从而提高系统效率。电解水制氢目前技术成熟、设备简单,运行和管理较为方便,制取氢气纯度较高,无污染,主要有3种技术路线。

图片

碱性电解槽制氢。该种电解槽的结构简单,适合大规模制氢,价格较便宜,效率偏低约70%~80%,主要设备包括电源、阴阳极、横膈膜、电解液和电解槽箱体组成,电解液通常为氢氧化钠溶液,电解槽主要包括单极式和双极式。

质子交换膜电解槽(PEM Electrolyzer)制氢。 效率较碱性电解槽效率更高,主要使用了离子交换技术。电解槽主要由聚合物薄膜、阴阳两电极组成,由于较高的质子传导性,电解槽工作电流可大大提高,从而提升电解效率。随着质子交换膜、电极贵金属技术进步,PEM电解槽制氢成本将会大大降低。

固体氧化物电解槽(Solid Oxide Electrolyzer)制氢。 可在高温下工作,部分电能可由热能替代,效率高、成本低,固体氧化物电解槽是三种电解槽中效率最高的设备,反应后的废热可与汽轮机、制冷系统进行联合循环利用,提升效率,可达到90%。

电解水制氢技术路线成熟,目前未大规模推广关键因素为电价问题,以目前工业用电用来制氢成本过高,市场竞争力较差。

光伏发电制氢经济性分析


传统方式制氢成本分析


目前市场成熟制氢方式主要包括煤气化制氢、甲醇制氢、天然气制氢以及工业副产品制氢。煤气化制氢投资成本较高,随着规模增大,单位投资大幅下降,同时原料便宜,按照5800大卡烟煤计算,价格为500元 / 吨时制氢成本仅为0.7元 /Nm3:
煤制氢成本表 
图片
甲醇制氢投资较低,适合2500Nm3以下制氢规模,按照1Nm3氢气消耗0.72千克甲醇,甲醇价格按2319元 / 吨计算,制氢成本如下表:
甲醇制氢成本表  
图片
天然气制氢单位投资成本低,在1000Nm3以上经济性较好,按照1Nm3氢气消耗0.6Nm3天然气,天然气价格按1.82元/Nm3计算,制氢成本下表:

天然气制氢成本表  
图片

光伏发电制氢成本及经济性分析

以1000Nm3/h 水电解制氢为例,总投资约1400万元,按照1Nm3氢气消耗5kWh 电能计算,不同电价测算制氢成本分析如下表:
光伏发电制氢成本表  
图片
由此分析,光伏发电制氢电价控制在0.3元 / 千瓦时以下时,制氢成本才具有竞争力。按照目前市场价格进行测算,以100MW光伏发电直流系统造价如下表:
光伏发电直流系统造价  
图片
以一类资源区域为例,首年光伏利用小时数为1700小 时 计 算,其他参数为 :装机容量100MW,建设期1年,资本金投资比例20%,流动资金10元 /kW,借款期限10年,还本付息方式为等额本息,长期贷款利率4.90%,折旧年限20年,残值率5%,维修费率0.5%,人员数量5,人工年平均工资7万元,福利费及其他70%,保险费率0.23%,材料费3元 /kW,其他费用10元 /kW。按照全部投资内部收益率满足8% 反算电价,并分别分析计算造价为2.3亿、2亿、1.8亿、1.6亿元时的电价。通过计算,在满足全部投资内部收益率为 8% 时,不同造价下的电价如下表:
不同造价反算电价  
图片

 结 语 


光伏发电制氢在资源一类区域已具备经济可行性,较天然气制氢、甲醇制氢成本较低,随着光伏发电成本的持续下降,光伏发电制氢竞争力将进一步增强。本文未考虑氢气运输成本,光伏发电直供电制氢应与需求方靠近,资源一类区域主要集中在西北区域,该区域氢气用户主要为炼化、化工企业,用气量较大,对制氢站规模要求较大。

图片

光伏组件价格下降较快,随着价格进一步降低,部分二类资源区光伏发电制氢也将具有竞争力,该类区域相对靠近负荷中心,经济发达,氢气需求量较大。光伏发电制氢工艺简单、运维难度低,制氢规模可根据场地和需求进行模块化组合,随着燃料电池技术的进步,分布式可再生能源制氢供应燃料电池也将是未来重要发展趋势。 

Mar fhuinneamh glas agus glan a spreagann an Stát, tá méadú á dhéanamh ar chumas suiteáilte ghiniúcháin cumhachta fótáilteach sna blianta is déanaí. With the continuous expansion of photovoltaic installed capacity, photovoltaic power generation will face the problem of increasing energy storage, which has brought certain challenges to the sustainable development of photovoltaic power generation. Úsáidtear táirgeadh hidrigine ó ghiniúint cumhachta fótáilteach le haghaidh dócháin gáis nádúrtha agus ceall breosla, a d'fhéadfadh éagsúlacht tomhaltais fuinnimh na n-úsáideoirí deiridh a saibhriú, slándáil fuinnimh a áirithiú, agus is bealach é freisin chun na fadhbanna a réiteach a ndearnann ghiniúint cumhac
pictiúr
Tá teicneolaíocht ghiniúcháin cumhachta photóvoltaach agus teicneolaíocht táirgthe hidrigine go coibhneasta aibí, agus tá go leor taighde ann maidir le teicneolaíocht chórais táirgthe hidrigine photóvoltaach, ach ní raibh tionscadal mhórscála ann. Photovoltaic hydrogen production technology mainly focuses on the optimization of photovoltaic hydrogen production joint operation mode and the design and optimization of photovoltaic hydrogen production system. At present, the research mainly focuses on the system design optimization, and there is a lack of research on the economy of the whole system. Díríonn an páipéar seo ar gheilleagar táirgeachta hidrigine photovoltaic, agus déanann sé anailís chomparáideach leis an gcostas táirgeachta hidrigine i dtionscal traidisiúnta, d'fhonn moltaí a thabhairt ar chonair forbartha le haghaidh táirgeachta hidrigine photovoltaic.
Bealach teicneolaíochta táirgthe hidrigine photolaiteacha
Úsáideann táirgeadh hidrigine a ghineann cumhacht photóvoltaach an cumhacht DC a ghineann an córas táirgeachta cumhachta photóvoltaach go príomha chun cumhacht táirgeachta hidrigine na stáise táirgeachta hidrigine a sholáthar go díreach. I gcomparáid leis an stáisiún cumhachta traidisiúnta, laghdaíonn an córas táirgeachta cumhachta sruth photovoltaic an próiseas um ardú inverter agus voltage. Áirítear sa phríomhtrealamh agus sna príomhshaoráidí modúl photovoltaic, boscaí comhcheangailte, tacaíocht, fothaí, gléasanna screamhlactha, srl. is féidir na modúl photovoltaic a chumrú i sraitheanna agus i gcomhthreomhar de réir na voltage ionchurtha agus riachtanas reatha na stá I láthair na huaire, tá teicneolaíocht mhúil, trealamh simplí, oibriú agus bainistiú áisiúil, ardíonadh agus gan truailliú ag táirgeadh hidrigine ó uisce leictreolíteach.
pictiúr
Táirgeadh hidrigine trí leictreoilíseoir alcaileach. Tá struchtúr simplí ag an leictreolúiseoir agus tá sé oiriúnach do tháirgeadh hidrigine ar mhórscála. Tá an praghas coibhneasach saor agus tá éifeachtúlacht thart ar 70%- 80% níos ísle. Is éard atá sa phríomhtrealamh soláthar cumhachta, anóid agus caitód, diafrágam, leictreolúite agus bosca leictreolúiseora. Is é an leictreolúite de ghnáth réiteach hidrigine sóidiam. Tá an leictreolúiseoir ar áir
Táirgeadh hidrigine trí leictreoilíseoir membrán malairte prótóin. Tá éifeachtúlacht níos airde ná éifeachtúlacht leictreolaiteora alcaileach. Tá an leictreolúiseoir comhdhéanta go príomha as scannán póiléire agus as anód agus as leictreoid caitóid. De bharr an iompaireachta arda prótóin, is féidir sruth oibre an leictreolúiseora a mhéadú go mór chun éifeachtúlacht leictreolúise a fheabhsú. Le dul chun cinn na mballán malairte prótóin agus na teicneolaíochta leictreoide miotail luachmhara, laghdófar go mór costas táirgeachta hidrigine trí leictreolúiseoir PEM.
Táirgeann leictreolúiseoir ocsaíde soladach hidrigin. Is féidir é a oibriú faoi ardteocht. Is féidir fuinneamh teasa a chur in ionad cuid den fhuinneamh leictreachach. Tá ardéifeachtúlacht aige agus ísealchostas aige. Is é an trealamh is éifeachtúil i measc na trí leictreolúiseoir an t- ocsaíd soladach. Is féidir an teas dramhaíola tar éis imoibrithe a chomhcheangal leis an turbin stéim agus an córas fuaraithe chun an éifeachtúlacht a
Tá an bealach teicniúil a bhaineann le táirgeadh hidrigine ó uisce leictreolaithe aibí.
Anailís eacnamaíoch ar tháirgeadh hidrigine ó ghiniúint cumhachta fótáilteach
Anailís costas táirgeachta traidisiúnta hidrigine
I láthair na huaire, áirítear gásáil guail, metanol, gás nádúrtha agus fotháirgí tionsclaíocha go príomha ar mhodhanna ardaithe táirgthe hidrigine sa mhargadh. Tá costas infheistíochta táirgeachta hidrigine ó ghás guail go coibhneasach ard. Le méadú an scála, laghdaíonn infheistíocht an aonaid go suntasach. Ag an am céanna, tá na hábhair mhucha. Nuair atá an praghas 500 yuan/tonna, ní bheidh costas táirgeachta hidrigine ach 0.7 yuan/nm3:
Clár costais táirgthe hidrigine ó ghual ▼
pictiúr
The investment in methanol hydrogen production is low, which is suitable for hydrogen production below 2500nm3. 0.72 kg of methanol is consumed according to 1nm3 of hydrogen, and the price of methanol is calculated at 2319 yuan / ton. The cost of hydrogen production is shown in the table below:
Tábla costas táirgthe hidrigine metanóil ▼
pictiúr
Tá costas aonaid infheistíochta táirgeachta hidrigine ó ghás nádúrtha íseal agus tá an geilleagar dea os cionn 1000nm3. tomhaltar gás nádúrtha 0,6nm3 de réir 1nm3 hidrigine agus ríomhfar praghas an gháis nádúrtha ag 1,82 yuan/nm3. Taispeántar costas táirgeachta hidrigine sa tábla thíos:
Natural gas hydrogen production cost table ▼
pictiúr
Anailís costais agus eacnamaíoch ar tháirgeadh hidrigine ó ghiniúint cumhachta fótáilteach
Mar shampla, tá an infheistíocht iomlán thart ar 14milliún yuan ag baint le táirgeadh hidrigine 1000nm3/h trí leictreolúis uisce.

pictiúr
Ón anailís seo, ní bheidh costas táirgeachta hidrigine iomaíoch ach amháin nuair a rialaítear praghas táirgeachta hidrigine ó ghiniúint cumhachta photovoltaic faoi 0,3 yuan/kWh. De réir an phraghais reatha margaidh, is mar a leanas a bheidh cost as an chórais DC photovoltaic a ghineann cumhacht 100MW:
Costas córais DC chun cumhacht photovoltaic a ghiniúint ▼
pictiúr
Mar shampla, is 1700 uair an chloig úsáide PV sa chéad bhliain iad limistéir acmhainní aicme I. Paraiméadair eile: cumas suiteáilte 100MW, tréimhse tógála bliana, cóimheas infheistíochta caipitil 20%, caipiteal oibre 10 yuan /kw, tréimhse iasachta 10 bliana, modh íocaíochta príomhúil agus úis ar mhéid comhionann, ráta úis fhadtéarmach iasachta 4.90%, tréimhse díothaithe 20 bliana, ráta luach iarmhéide 5%, ráta cothabháil 0.5%, líon pearsanra 5, meánphá bliant Is é an ráta árachais 0.23%, is é an costas ábhartha 3 yuan /kw, agus is é an costas eile 10 yuan /kw. De réir ráta ioncaim inmheánach na n-infheistíochtaí uile chun freastal ar ríomh athchúrsach 8% ar phraghas an leictreachais, agus an praghas leictreachais a anailísiú agus a ríomh nuair atá an costas RMB 230 milliún, RMB 200milliún, RMB 180 milliún agus RMB 160milliún faoi seach. Trí ríomh, nuair is 8% é IRR na hinfheistíochta uile, is mar a leanas iad praghsanna leictreachais faoi chostais éagsúla:

pictiúr
Cur i gcrích
Tá táirgeadh hidrigine ó ghiniúint cumhachta photóvoltaach indéanta ó thaobh eacnamaíoch i limistéir atá bunaithe ar acmhainní, agus tá a chostas níos ísle ná costas gáis nádúrtha agus metanol. Le laghdú leanúnach ar chostas ghiniúint cumhachta photóvoltaach, feabhsófar tuilleadh iomaíochas táirgeadh hidrigine ó ghiniúint cumhachta photóvoltaach. Sa pháipéar seo, ní mheasfar costas iompair hidrigine. Ba cheart go mbeadh soláthar cumhachta díreach na táirgeachta cumhachta photóoltaice gar don taobh éilimh. Tá limistéir aicme acmhainní dírithe go príomha sa réigiún thuaidh-thuaidh. Tá úsáideoirí hidrigine sa réigiún seo go príomha fiontair scagtha agus fiontair cheimiceacha, le tomhaltas mór gáis, a bhfuil gás
pictiúr
Laghdaíonn praghas na modúl fótáilteach go tapa. Le laghdú breise ar an bpraghas, beidh limistéir áirithe acmhainní aicme II iomaíoch freisin i dtáirgeadh hidrigine trí ghiniúint cumhachta fótáilteach. Tá na limistéir sin i gcoibhneas leis an lárionad luchtaithe, atá forbartha go heacnamaíoch, agus éileamh mór ar hidrigine acu. Tá próiseas simplí táirgthe hidrigine ag baint leis an gcuinneamh cumhachta photolaiteacha agus deacracht íseal oibrithe agus cothabháil aige.

全国服务热线

全国服务热线全国服务热线

13215150267
  • 地址:东莞市松山湖中小企业园十一栋
  • 电话:13215150267
  • 邮箱:liusq@singfosolar.cn
  • 手机二维码
东莞市星火太阳能科技股份有限公司版权所有 / 备案号:粤ICP备14057282号 /  网站地图 / 百度统计  技术支持: 牛商股份