02 山東省2018年對外貿易依存度(2018年中國石油對外依存度是多少？)

利用光伏發電系統所發直流電直接供應制氫站制氫用電。主要有3種技術路線。

堿性電解槽制氫。 該種電解槽的結構簡單，適合大規模制氫，價格較便宜，效率偏低約70%~80%，主要設備包括電源、陰陽極、橫膈膜、電解液和電解槽箱體組成，電解液通常為氫氧化鈉溶液，電解槽主要包括單極式和雙極式。

質子交換膜電解槽（PEM Electrolyzer）制氫。 效率較堿性電解槽效率更高，主要使用了離子交換技術。電解槽主要由聚合物薄膜、陰陽兩電極組成，由于較高的質子傳導性，電解槽工作電流可大大提高，從而提升電解效率。

固體氧化物電解槽（Solid Oxide Electrolyzer）制氫。 可在高溫下工作，部分電能可由熱能替代，效率高、成本低，固體氧化物電解槽是三種電解槽中效率最高的設備，反應后的廢熱可與汽輪機、制冷系統進行聯合循環利用，提升效率，可達到90%。

電解水制氫技術路線成熟，目前未大規模推廣關鍵因素為電價問題，以目前工業用電用來制氫成本過高，市場競爭力較差。

甲醇制氫投資較低，適合2500Nm3以下制氫規模，按照1Nm3氫氣消耗0.72千克甲醇，甲醇價格按2319元 / 噸計算，制氫成本如下表：甲醇制氫成本表

天然氣制氫單位投資成本低，在1000Nm3以上經濟性較好，按照1Nm3氫氣消耗0.6Nm3天然氣，天然氣價格按1.82元/Nm3計算，制氫成本下表：

天然氣制氫成本表

以1000Nm3/h 水電解制氫為例，總投資約1400萬元，按照1Nm3氫氣消耗5kWh 電能計算，不同電價測算制氫成本分析如下表：

光伏發電制氫成本表

由此分析，光伏發電制氫電價控制在0.3元 / 千瓦時以下時，制氫成本才具有競爭力。按照目前市場價格進行測算，以100MW光伏發電直流系統造價如下表：

光伏發電直流系統造價

以一類資源區域為例，首年光伏利用小時數為1700小 時 計 算，其他參數為 ：裝機容量100MW，建設期1年，資本金投資比例20%，流動資金10元 /kW，借款期限10年，還本付息方式為等額本息，長期貸款利率4.90%，折舊年限20年，殘值率5%，維修費率0.5%，人員數量5，人工年平均工資7萬元，福利費及其他70%，保險費率0.23%，材料費3元 /kW，其他費用10元 /kW。按照全部投資內部收益率滿足8% 反算電價，并分別分析計算造價為2.3億、2億、1.8億、1.6億元時的電價。通過計算，在滿足全部投資內部收益率為 8% 時，不同造價下的電價如下表：

不同造價反算電價

光伏發電制氫在資源一類區域已具備經濟可行性，較天然氣制氫、甲醇制氫成本較低，隨著光伏發電成本的持續下降，光伏發電制氫競爭力將進一步增強。本文未考慮氫氣運輸成本，光伏發電直供電制氫應與需求方靠近，資源一類區域主要集中在西北區域，該區域氫氣用戶主要為煉化、化工企業，用氣量較大，對制氫站規模要求較大。

光伏組件價格下降較快，隨著價格進一步降低，部分二類資源區光伏發電制氫也將具有競爭力，該類區域相對靠近負荷中心，經濟發達，氫氣需求量較大。光伏發電制氫工藝簡單、運維難度低，制氫規模可根據場地和需求進行模塊化組合，隨著燃料電池技術的進步，分布式可再生能源制氫供應燃料電池也將是未來重要發展趨勢。

氫氣的運輸方式可根據氫氣狀態不同分為氣態氫氣(GH2)輸送、液態氫氣(LH2)輸送和固態氫氣(SH2)輸送。選擇何種運輸方式，需基于以下四點綜合考慮：運輸過程的能量效率、氫的運輸量、運輸過程氫的損耗和運輸里程。

在用量小、用戶分散的情況下，氣氫通常通過儲氫容器裝在車、船等運輸工具上進行輸送，用量大時一般采用管道輸送。液氫運輸多用車船等運輸工具。

雖然氫氣運輸方式眾多，但從發展趨勢來看，我國主要以氣氫拖車運輸(tube trailer)、氣氫管道運輸(pipeline)和液氫罐車運輸(liquid truck)三種運氫方式為主。

長管拖車是國內最普遍的運氫方式。這種方法在技術上已經相當成熟。但由于氫氣密度很小，而儲氫容器自重大，所運輸氫氣的重量只占總運輸重量的1~2%。因此長管拖車運氫只適用于運輸距離較近(運輸半徑200公里)和輸送量較低的場景。

其工作流程如下：將凈化后的產品氫氣經過壓縮機壓縮至20MPa，通過裝氣柱裝入長管拖車，運輸至目的地后，裝有氫氣的管束與車頭分離，經由卸氣柱和調壓站，將管束內的氫氣卸入加氫站的高壓、中壓、低壓儲氫罐中分級儲存。

該方法的運輸效率較低。國內標準規定長管拖車氣瓶公稱工作壓力為10-30MPa，運輸氫氣的氣瓶多為20MPa。

以上海南亮公司生產的TT11-2140-H2-20-I型集裝管束箱為例，其工作壓力為20MPa，每次可充裝體積為4164Nm3、質量為347kg的氫氣，裝載后總質量33168kg，運輸效率1.05%。國內生產長管拖車的主要廠商有中集安瑞科、魯西化工、上海南亮、浦江氣體、山東濱華氫能源等。

長管拖車運氫成本測算

為測算長管拖車運氫的成本，我們的基本假設如下：

（1）加氫站規模為500kg/天，距離氫源點100km；

（2）長管拖車滿載氫氣質量350kg，管束中氫氣殘余率20%，每日工作時間15h；

（3）拖車平均時速50km/h，百公里耗油量25升，柴油價格7元/升；

（4）動力車頭價格40萬元/臺，以10年進行折舊；管束價格120萬元/臺，以20年進行折舊，折舊方式均為直線法；

（5）拖車充卸氫氣時長5h；

（6）氫氣壓縮過程耗電1kwh/kg，電價0.6元/kwh；

（7）每臺拖車配備兩名司機，灌裝、卸氣各配備一名操作人員，工資10萬元/人·年；

（8）車輛保險費用1萬元/年，保養費用0.3元/km，過路費0.6元/km；根據以上假設，可測算出規模為500kg/d、距離氫源點100km的加氫站，運氫成本為8.66元/kg。

測算過程如下表：

運輸成本隨距離增加大幅上升。當運輸距離為50km時，氫氣的運輸成本5.43元/kg，隨著運輸距離的增加，長管拖車運輸成本逐漸上升。

距離500km時運輸成本達到20.18元/kg。

考慮到經濟性問題，長管拖車運氫一般適用于200km內的短距離運輸。

提高管束工作壓力可降低運氫成本

由于國內標準約束，長管拖車的最高工作壓力限制在20MPa，而國際上已經推出50MPa的氫氣長管拖車。

當運輸距離為100km時，工作壓力分別為20MPa、50MPa的長管拖車運輸成本為8.66元/kg、5.60元/kg，后者約為前者的64.67%。

具有發展潛力的低成本運氫方式，但我國氫氣管網發展不足，建設需提速。

低壓管道運氫適合大規模、長距離的運氫方式。由于氫氣需在低壓狀態（工作壓力1~4MPa）下運輸，因此相比高壓運氫能耗更低，但管道建設的初始投資較大。

我國布局氫氣管網布局有較大提升空間。美國和歐洲是世界上最早發展氫氣管網的地區，已有70年 歷史 。

根據PNNL在2016年的統計數據，全球共有4542公里的氫氣管道，其中美國有2608公里的輸氫管道，歐洲有1598公里的輸氫管道，而中國僅有100公里。

隨著氫能產業的快速發展，日益增加的氫氣需求量將推動我國氫氣管網建設。

氫氣管道造價高、投資大，天然氣管道運氫可降低成本

天然氣管道是世界上規模最大的管道，占世界管道總長度的一半以上，相比之下氫氣管道數量很少。據IEA報告，目前世界上有300萬公里的天然氣管道，氫氣管道僅有5000公里，現有的氫氣管道均由制氫企業運營，用于向化工和煉油設備運送成品氫氣。

由于管材易發生氫脆現象（即金屬與氫氣反應而引起韌性下降），從而造成氫氣逃逸，因此需選用含炭量低的材料作為運氫管道。美國氫氣管道的造價為31~94萬美元/km，而天然氣管道的造價僅為12.5~50萬美元/km，氫氣管道的造價是天然氣管道造價的兩倍以上。

雖然氫氣在管道中的流速是天然氣的2.8倍，但由于氫氣的體積能量密度小，同體積氫氣的能量密度僅為天然氣的三分之一，因此用同一管道輸送相同能量的氫氣和天然氣，用于押送氫氣的泵站壓縮機功率高于壓送天然氣的壓縮機功率，導致氫氣的輸送成本偏高。

氫氣輸運網絡基礎設施建設需要巨大的資本投入和較長的建設周期，管道的建設還涉及占地拆建問題，這些因素都阻礙了氫氣管道的建設。

研究表明，含20%體積比氫氣的天然氣-氫氣混合燃料可以直接使用目前的天然氣輸運管道，無需任何改造。

在天然氣管網中摻混不超過20%的氫氣，運輸結束后對混合氣體進行氫氣提純，這樣既可以充分利用現有管道設施，出于經濟性考慮，也能降低氫氣的運送成本。

目前國外已有部分國家采用了這種方法。

為測算管道運氫的成本，我們參考濟源-洛陽氫氣管道的基本參數，做出如下假設：

（1）管道長度25km，總投資額1.46億元，則單位長度投資額584萬元/km；（10）年輸氫能力為10.04萬噸，運輸過程中氫氣損耗率8%；

（2）管線配氣站的直接與間接維護費用以投資額的15%計算；

（3）氫氣壓縮過程耗電1kwh/kg，電價0.6元/kwh；

（4）管道壽命20年，以直線法進行折舊。

根據以上假設，可測算出長度25m、年輸送能力10.04萬噸的氫氣管道，運氫價格為0.86元/kg。

當輸送距離為100km時，運氫成本為1.20元/kg，僅為同等距離下氣氫拖車成本的1/5，通過管道運輸氫氣是一種降低成本的可靠方法。

適合長距離運輸，國內外應用差距明顯，但液氫運輸相比氣氫效率更高，國內應用程度有限。

液氫罐車運輸系統由動力車頭、整車拖盤和液氫儲罐3部分組成。

由于液氫的運輸溫度需保持在-253 以下，與外部環境溫差較大，為保證液氫儲存的密封和隔熱性能，對液氫儲罐的材料和工藝有很高的要求，使其初始投資成本較高。

液氫罐車運輸是將將氫氣深度冷凍至21K液化，再將液氫裝在壓力通常為0.6兆帕的圓筒形專用低溫絕熱槽罐內進行運輸的方法。

由于液氫的體積能量密度達到8.5MJ/L，液氫槽罐車的容量大約為65m3,每次可凈運輸約4000kg氫氣，是氣氫拖車單車運量的10倍多，大大提高了運輸效率，適合大批量、遠距離運輸。

但缺點是制取液氫的能耗較大（液化相同熱值的氫氣耗電量是壓縮氫氣的11倍以上），并且液氫儲存、輸送過程均有一定的蒸發損耗。

在國外尤其

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