近期，廣州能源所能源戰(zhàn)略與碳資產(chǎn)研究中心博士畢業(yè)生鄭勵(lì)行（現(xiàn)為研究所聯(lián)合培養(yǎng)博士后，合作導(dǎo)師汪鵬研究員）作為第一作者在《工程熱物理學(xué)報(bào)》上發(fā)表的《基于全生命周期評(píng)價(jià)的中國(guó)制氫路線能效、碳排放及經(jīng)濟(jì)性研究》原創(chuàng)性研究成果獲評(píng)2024年優(yōu)秀論文。論文深入探討了中國(guó)當(dāng)下煤氣化制氫、天然氣重整制氫、丙烷脫氫、風(fēng)電制氫及光伏制氫等重要的制氫路線的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，通過(guò)對(duì)“原料→制氫→氫氣”過(guò)程中大量的技術(shù)參數(shù)的搜集與對(duì)比，建立了中國(guó)關(guān)鍵制氫路線的全生命周期數(shù)據(jù)清單，使不同制氫路線能效分析具有可比性，增加了丙烷脫氫的制氫路線評(píng)估，豐富了制氫路線全生命周期評(píng)估方法。
本研究以全生命周期評(píng)價(jià)（LCA）方法，深入分析了五種制氫技術(shù)路線：煤氣化制氫、天然氣重整制氫、丙烷脫氫制氫、風(fēng)電制氫和光伏制氫。研究從能效、能量轉(zhuǎn)換效率、碳排放、成本等多維度進(jìn)行了評(píng)估，旨在為我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)的未來(lái)發(fā)展提供數(shù)據(jù)支持和理論指導(dǎo)。通過(guò)全面對(duì)比，研究揭示了不同制氫技術(shù)在各個(gè)指標(biāo)上的表現(xiàn)差異，尤其是在節(jié)能減排和經(jīng)濟(jì)性方面，為中國(guó)氫能技術(shù)選擇和政策制定提供了新的視角。
圖 1 本研究所包含制氫技術(shù)路線及系統(tǒng)評(píng)價(jià)邊界
研究結(jié)果表明，不同制氫路線在能源消耗和碳排放方面存在顯著差異。若不將可再生能源視作能源投入，風(fēng)電和光伏制氫的能耗和碳排放最低，尤其是風(fēng)電制氫，其能耗僅為天然氣重整制氫的1.6%，碳排放為煤氣化制氫的1.7%。這意味著，可再生能源制氫不僅在減少碳排放方面具有重要優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也具有顯著的節(jié)能潛力。盡管風(fēng)電和光伏制氫在節(jié)能減排方面具備競(jìng)爭(zhēng)力，然而當(dāng)前它們的制氫成本較高，主要受到電力價(jià)格的影響。
圖2 不同制氫路線綜合比較
從經(jīng)濟(jì)性角度來(lái)看，煤氣化制氫是目前成本最低的技術(shù)路線，其制氫成本約為7-12 CNY/kg (H2)，主要受煤炭?jī)r(jià)格和電價(jià)的影響。相比之下，天然氣重整制氫的成本在14-19CNY/kg (H2)之間，且受到天然氣價(jià)格和電價(jià)波動(dòng)的影響較大。而丙烷脫氫的成本范圍為8-15CNY/kg (H2)，其成本主要由LPG價(jià)格和電價(jià)決定。盡管可再生能源制氫成本較高，但隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和規(guī)?；瘧?yīng)用，風(fēng)電和光伏制氫的成本有望逐步下降，從而使其成為未來(lái)我國(guó)大規(guī)模制氫的主要技術(shù)路線。
研究通過(guò)對(duì)不同制氫技術(shù)的全生命周期評(píng)估，揭示了各技術(shù)路線的優(yōu)劣勢(shì)，尤其是在能源效率、碳排放和成本控制方面的差異，為政策制定者提供了科學(xué)的數(shù)據(jù)支持。其次，研究強(qiáng)調(diào)了可再生能源制氫的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展?jié)摿Γm然目前其成本較高，但隨著技術(shù)突破和風(fēng)電、光伏等資源的進(jìn)一步開發(fā)，可再生能源制氫將在未來(lái)成為大規(guī)模制氫的重要方式，助力我國(guó)實(shí)現(xiàn)低碳轉(zhuǎn)型和碳中和目標(biāo)。
此外，本研究還明確了不同地區(qū)能源資源的差異對(duì)制氫成本的影響。研究表明，煤氣化制氫在資源豐富的地區(qū)（如內(nèi)蒙古、山東等）具有較高的經(jīng)濟(jì)性，而在能源消費(fèi)型地區(qū)（如廣東）則缺乏經(jīng)濟(jì)性，反映出區(qū)域能源結(jié)構(gòu)差異對(duì)制氫技術(shù)選擇的重要性。風(fēng)電和光伏制氫的成本受電力價(jià)格的影響較大，在資源較豐富的地區(qū)，隨著可再生能源技術(shù)的成熟和規(guī)模化應(yīng)用，風(fēng)電和光伏制氫有望實(shí)現(xiàn)成本下降，從而促進(jìn)其在大規(guī)模制氫中的應(yīng)用。
附件下載：