氢能新品首发！中天科技携新能源产业链解决方案亮相SNEC2023
动态2023-05-25
3)高温固态氧化物电解水制氢(SOEC)
高温使得制氢过程电化学性能提升，效率更高。高温固态氧化物电解水制氢简称为 SOEC (Solid Oxide Electrolysis Cell)，采用固体氧化物为电解质材料，工作温度 800-1000℃， 制氢过程电化学性能显著提升，效率更高。在高温下，SOEC 电解设备会减少对电能的需 求，转而提升对废热的利用率，因此热能资源丰富的地区或废热较多的额工业区是 SOEC 示范项目的理想场地，未来当可再生能源或先进核能供应充足时，SOEC 可能成为大规模 制氢的路线之一。
固态氧化物电解具有高效、环境友好、可与可再生能源结合等优点，但也面临着制备工艺、 材料稳定性等挑战。SOEC 电解槽电极采用非贵金属催化剂，阴极材料选用多孔金属陶瓷 Ni/YSZ，阳极材料选用钙钛矿氧化物，电解质采用 YSZ 氧离子导体，全陶瓷材料结构避 免了材料腐蚀问题。高温高湿的工作环境使电解槽选择稳定性高、持久性好、耐衰减的材 料受到限制，也制约 SOEC 制氢技术应用场景的选择与大规模推广。
4)固体聚合物阴离子交换膜电解水制氢(AEM)
AEM(Anion Exchange Membrane)是固体聚合物阴离子交换膜水电解的简称。AEM 电解水设备运行时，水从阴极参与还原反应生成氢气和氢氧根离子，氢氧根离子通过聚合 物阴离子交换膜到达阳极参与氧化反应生成氧气和水。AEM 综合了碱性电解水技术和 PEM 电解水技术的优势，较碱性电解水技术响应速度更快、电流密度更高，较 PEM 电解 水技术制造成本更低。
AEM 电解水技术研发示范项目较少。AEM 电解水技术是目前较为前沿的电解水技术之一， 在世界范围内仅有少数公司在尝试将其商业化，相关应用及示范项目也极少。Enapter 公 司是少数生产出商业化 AEM 制氢设备的企业，2021 年推出 AEM 电解水制氢系统，系统 由 420 个制氢模块组成，制氢规模达到 0.5 Nm3/h，同年开始 AEM 产线建设，每月可产 1 万台 AEM 水电解标准化模块。2023 年初，国内卧龙集团与 Enapter 公司在意大利签署 合作备忘录，将在中国同步开展氢电解槽及相关业务。国内在 AEM 制氢领域布局的公司 相对较少，北京未来氢能科技和稳石氢能是其中比较有代表性的企业。
2.1.5 不同技术制氢技术路线成本对比
1)煤制氢的成本测算——单位成本约 11 元/kg,考虑碳捕集 20 元/kg
煤制氢的主要影响因素为煤炭的价格，当褐煤价格为 600 元/吨时，煤制氢的成本约为 11 元/kg，此时煤炭成本约占总成本 41%。煤制氢成本测算的关键假设如下： 1. 制氢规模：假设制氢装置规模为 90000m³/h。 2. 总投资：建设投资共 13.5 亿元，折旧年限 10 年，折现率 0%，年修理费 3%，采用线 性折旧。 3. 煤炭成本：煤炭不含税价格为 600 元/吨，假设每立方米氢气所需煤炭为 0.67kg。 4. 其他原料成本：假设氧气外购价格 0.6239 元/m³，电价 0.5 元/度;假设每立方米氢气 所需氧气 0.42m³，电 0.048 度。 5. 人工费用：10 人，每人每年工资费用 12 万元。
经测算：在煤炭价格为 600 元/吨的情况下，煤制氢成本约为 10.94 元/kg，此时煤炭成本 约占总成本 41%。煤炭价格区间 450-700 元/吨时，煤制氢成本变化区间 9.81-11.69 元 /kg。CCUS 碳捕集成本为 375 元/吨，制备 1kg 氢气对应约 24kg 二氧化碳排放，增加成 本 9 元/kg。考虑 CCUS 碳捕集成本后，成本变化区间为 18.81-20.69 元/kg。
2)天然气制氢成本测算——单位成本约 15 元/kg，考虑碳捕集 19 元/kg
天然气制氢的主要影响因素为天然气的价格。当天然气价格为 2.5 元/ m³时，天然气制氢 的成本约为 15 元/kg，此时天然气成本约占总成本的 74%。天然气制氢成本测算的关键假 设如下： 1. 制氢规模：假设制氢装置规模为 3000m³/h。 2. 总投资：建设总投资共 2400 万元，折旧年限 20 年，残值率 5%，年修理费 3%，采用 线性折旧。 3. 天然气成本：假设天然气不含税价格 2.5 元/m³，假设每立方米氢气所需天然气为 0.4m³， 对应每千克氢气生产需要天然气成本 11.2 元。 4. 其他原料成本：假设去离子水价格 0.04 元/kg，电价 0.5 元/度，冷却水价格为 0.003 元 /kg;假设每立方米氢气所需去离子水 1.3kg，电 0.35 度。 5. 人工费用：10 人，每人每年工资费用 12 万元。
经测算：在天然气价格为 2.5 元/m³的情况下，天然气制氢成本约为 15.21 元/kg，此时天 然气成本约占总成本 74%。天然气价格区间为 1.5-4 元/m³时，天然气制氢成本变化区间 10.73-21.93 元/m³。CCUS 碳捕集成本为 375 元/吨，制备 1kg 氢气对应约 11.675kg 二氧 化碳排放，增加成本 4.38 元/kg;考虑 CCUS 碳捕集成本后，成本变化区间为 14.13-25.33 元/kg。
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