電-氫-甲烷 與 電-氫經(jīng)濟(jì)性對(duì)比-以氫重卡和LNG重卡為例 原創(chuàng) 電氫燃料化學(xué)品 電氫燃料化學(xué)品 2022-08-31 13:30 發(fā)表于北京 Power to X的三個(gè)主要路線：甲醇、甲烷和氨，各有優(yōu)缺點(diǎn)。從“能源”屬性看，甲烷是最強(qiáng)的。本篇探討并對(duì)比電-氫-FCEV重卡路線和電-氫-甲烷-LNG重卡路線的全鏈條經(jīng)濟(jì)性。 圖片 本文我們僅考慮氫能的“能”字，即交通、發(fā)電和供暖三大領(lǐng)域；化工和鋼鐵用氫，算是原料，物質(zhì)屬性遠(yuǎn)大于能源屬性。 交通是唯一可承受高能源價(jià)格的領(lǐng)域 從能源的角度，我們衡量一下哪一個(gè)領(lǐng)域是可能突破的。 圖片 交通： 比如，0號(hào)柴油價(jià)格近幾年超過(guò)7元/升的時(shí)候比較少，目前是8元/升，折合低位熱 值10kWh/升，即0.8元/kWh。按百公里柴油油耗35升（偏高），氫耗10公斤算（理論），氫熱值價(jià)格可以達(dá)到0.84元/kWh（28元/kg）。 發(fā)電： 燃煤發(fā)電基準(zhǔn)價(jià)大約是0.4元/kWh左右（基于標(biāo)煤價(jià)格535/噸），以上浮25%作為承受上限是0.5元/kWh。我們僅算原料成本，按照氫燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電效率60%算，達(dá)到這個(gè)度電成本，氫熱值價(jià)格需要低至0.3元/kWh（10元/kg）。盡管2021年電煤價(jià)格一度突破2000元/噸，但2022年2月24日國(guó)家發(fā)改委印發(fā)通知，明確電煤中長(zhǎng)期合同價(jià)格合理區(qū)間570-770元/噸。 供暖：北京居民天然氣價(jià)三檔分別約為2.6，2.8和4.2元/立方米，即0.26，0.28和0.42元/kWh。即超過(guò)0.3元/kWh就算昂貴了。 圖片 結(jié)論很顯然，交通領(lǐng)域是最能承受、也是唯一能夠承受高能源成本的領(lǐng)域。 180萬(wàn)噸綠氫/年——全部用于重卡 1-投資對(duì)比 電解槽 GW 19.2 4500小時(shí)FLH 燃料電池重卡路線 氫氣產(chǎn)量 H2 180 萬(wàn)噸/年 天然氣重卡路線 甲烷產(chǎn)量 CH4 360 萬(wàn)噸/年 1381 萬(wàn)方/天 消耗CO2 CO2 972 萬(wàn)噸/年 注：為方便計(jì)算，按CO2甲烷化轉(zhuǎn)化率100%計(jì)算；實(shí)際可以達(dá)到90%。 FCEV重卡（49噸）按10萬(wàn)公里每年，10kg/100公里，年耗氫10噸，需要18萬(wàn)輛FCEV重卡，7000座加氫站（1000公斤/天，70%負(fù)荷）。 對(duì)應(yīng)的，消納360萬(wàn)噸LNG（50.4億立方米），則容易得多。以LNG重卡（49噸）百車公里的平均氣耗50立方米，每車平均年行駛里程為10萬(wàn)公里計(jì)算，每輛LNG重卡年天然氣消費(fèi)量則為5萬(wàn)立方米，需要10萬(wàn)輛LNG重卡，700座2萬(wàn)方/天的加氣站。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年，LNG汽車保有量62.37萬(wàn)輛，年內(nèi)新增5.97萬(wàn)輛，LNG加氣站3748座，年內(nèi)新增368座。國(guó)內(nèi)LNG重卡銷量集中分布在西北及華北地區(qū)，特別集中在煤礦或鋼鐵等物流需求地，2021年LNG重卡銷量超過(guò)1/4的量都分布在山西地區(qū)，新疆、陜西、河北、寧夏等地區(qū)LNG重卡銷量亦位居前列。四川規(guī)劃至2025年新建LNG加氣站401座，說(shuō)明700座對(duì)于大省不算多。 總投資算下來(lái)，綠色LNG重卡路線是FCEV重卡路線的三分之一；在所需新增車輛規(guī)模和加氣站規(guī)模上，都遠(yuǎn)低于氫重卡。 電轉(zhuǎn)甲烷-LNG重卡 電轉(zhuǎn)氫-氫燃料電池重卡 制氫到加氣站-全鏈條投資成本 1025.0 3,537.4（新建氫管道） 所需加氣站 vs 全國(guó)加氣站數(shù)量 690 vs 3748現(xiàn)有 7000座 vs 香橙會(huì)2025預(yù)計(jì)1000 所需重卡輛數(shù) vs 全國(guó)重卡輛數(shù) 10萬(wàn)輛 vs 62萬(wàn)輛 18萬(wàn)輛 vs 5萬(wàn)輛（規(guī)劃，2025） 注：所需重卡數(shù)為49噸半掛耗氣量折算；現(xiàn)有（規(guī)劃）為各種載重總量 投資方面的測(cè)算我們采用頻繁被引用的德國(guó)H2 Mobility項(xiàng)目的報(bào)告，德國(guó)人評(píng)估了全德國(guó)2050年普及氫燃料電池車（乘用車）所需制氫規(guī)模和投資以及成本，H2 Mobility項(xiàng)目，請(qǐng)注意該項(xiàng)目是“支持”氫車發(fā)展的，所以數(shù)據(jù)應(yīng)該不會(huì)人為偏高；再加上考慮的是180萬(wàn)噸/年的大規(guī)模，各個(gè)組成部分的成本都是規(guī)模化后的成本。發(fā)表于：Comparative Analysis of Infrastructures: Hydrogen Fueling and Electric Charging of Vehicles, Energie & Umwelt /Energy & Environment Band/Volume 408, ISBN 978-3-95806-295-5。 所采用的模式是集中式：德國(guó)北部（陸上風(fēng)電潛力大+地下儲(chǔ)氫潛力大）電解水（離網(wǎng)）制氫，配規(guī)?；瘍?chǔ)氫（30%產(chǎn)量）來(lái)平抑下游用氫波動(dòng)，通過(guò)管道集輸至門站，再?gòu)拈T站分配至加氫站。詳細(xì)測(cè)算見文末。 180萬(wàn)噸綠氫/年——全部用于重卡 2-加氣成本對(duì)比 假設(shè)綠氫成本2030年達(dá)到14元/公斤（離網(wǎng)、2毛電價(jià)、4000-5000小時(shí)FLH）。假設(shè)發(fā)展遠(yuǎn)期（2050）氫管網(wǎng)完善，2030-2040這個(gè)中期目標(biāo)上，最廉價(jià)且大規(guī)?？尚械姆绞绞且簹鋬?chǔ)+液氫運(yùn)（鹽穴儲(chǔ)受限地質(zhì)條件），儲(chǔ)運(yùn)加注全鏈條成本約27元/公斤；則加注口用戶成本為41元/kg，相當(dāng)于12元/升柴油。 圖片 注：?jiǎn)挝粴W元；含制氫成本3.7歐/kg；沒(méi)有鹽穴和氫管網(wǎng)條件下，液氫成本最優(yōu)。全鏈條至加注口成本，包含制-儲(chǔ)-運(yùn)-加注每一步之間的轉(zhuǎn)化（假如有）的成本，比如液化、壓縮、損失等等。數(shù)值會(huì)高于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的運(yùn)輸成本（目前大家探討運(yùn)輸?shù)幕A(chǔ)基本都是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，這是不符合規(guī)?；枨蟮模? 而14元/kg的氫，耦合直接空氣捕捉做甲烷CH4，成本約9元/kg。LNG和柴油車經(jīng)濟(jì)性分水嶺在每方天然氣<0.75L柴油價(jià)格，即相當(dāng)于8.5元/L的柴油。 當(dāng)然，這個(gè)必須是“正?！眱r(jià)格，不能比“小油”。 很明顯，電-氫-甲烷-重卡路線的用氣成本也不算高。 綠氫補(bǔ)貼2元/kg，綠色LNG價(jià)格能降到8元/kg；補(bǔ)貼5元/kg，能降到6.5元/kg。目前加氫站用氫補(bǔ)貼高昂。退坡補(bǔ)貼方式一般為15-20元/公斤，逐年退坡，每年降低2-3元/公斤。顯然，綠色LNG重卡路線，遠(yuǎn)不需要那么多補(bǔ)貼。 推廣綠色甲烷的限制因素 1-甲烷泄露問(wèn)題。75%的甲烷排放可以用現(xiàn)有的技術(shù)進(jìn)行有效控制，其中50%的減排沒(méi)有額外成本。電轉(zhuǎn)甲烷，并不是開采天然氣，而開采環(huán)節(jié)占泄露總量的一半以上。 （甲烷到底泄漏了多少？SCIENCE告訴我們?cè)瓌?chuàng) EDF 美國(guó)環(huán)保協(xié)會(huì)2019-04-16） 排放強(qiáng)度以美國(guó)2015年為例是2.6%，是美國(guó)環(huán)保局自己數(shù)據(jù)的1.5倍?；烊粴獗让旱臏厥倚?yīng)更高的基準(zhǔn)是：100年內(nèi)溫室效應(yīng)，天然氣泄露需要達(dá)到7%以上；20年內(nèi)溫室效應(yīng)，天然氣泄露也要達(dá)到4%以上。綜上，天然氣泄漏對(duì)綠色合成甲烷來(lái)說(shuō)微不足道。 2-CO2捕集制約。必須來(lái)自空氣捕捉或生物基碳，工業(yè)碳對(duì)碳減排貢獻(xiàn)有限（這目前是世界上對(duì)CCU合成碳?xì)淙剂系墓沧R(shí)）。 3-畢竟還是有碳燃料，事實(shí)上，假如氫的基礎(chǔ)設(shè)施完善了，其它都是浮云了。只是，它是最后一棒，前面需要有個(gè)接力的過(guò)渡。面對(duì)高昂的氫應(yīng)用全鏈條的投資，包括管網(wǎng)，不能“望而卻步”。相比于油氣領(lǐng)域咱們國(guó)家每年2000億以上的投資來(lái)看，這都不是事兒。 圖片