氢燃料电池车加氢成本及其经济性初探

2018-05-29 09:43:45 gaspuadmin 0

本分析是以水电解(500立方米/小时)现场制氢、加氢(500公斤/天)来统计测算氢燃料电池车的用氢成本及其经济性,供大家参考。

一、制氢

目前有许多可以商业化的方法,包括煤制氢、天然气重整制氢、工业副产氢、水电解制氢等。毋庸置疑,以水电解制氢是目前最贵的方法,工业副产氢是最易得、最便宜的方法。今天本意不在制氢方法及其优劣和经济性比较,仅以水电解现场制氢为例来研究探讨燃料电池汽车用氢成本及其水平。

目前,氢能与燃料电池产业处在发展初期,氢需量还很小,用水电解制氢反而是一种可行易得的方法,尤其适用于项目示范,尽管其经济性不如其它制氢方法来得更好。水制氢技术无论是在国内或是国际层面都是成熟的,在许多行业如化工、冶炼、光伏制造、制药、研究机构、实验室等已经有广泛应用。在氢能与燃料电池汽车行业,还没有像目前这样即将大规模用于燃料电池汽车产业化应用,还没有引入太多市场与竞争机制,其技术和成本尚未体现出竞争的充分性,而呈现出阶段性发展特征。

二、现场水电解制氢、加氢系统示意图

如下图所示,现场以水电解制氢,来源是水,目前的技术可以是碱性制氢,也可以是纯水制氢,制氢后随即经过二级压缩,一级压缩到12.5MPa,二级压缩到43~45Mpa,以满足氢气的加注。有关制氢、加氢系统方案请参考下图。

氢燃料电池车加氢成本及其经济性初探

图1:现场水电解制氢、加氢技术方案

三、水电解制氢综合成本分析

1、制氢单位(电费+折旧)成本

本研究以水电解500立方米/小时的制氢产能为例,现行可采购的设备造价水平在700万元左右,制氢综合电耗≤5千瓦时/立方米,按大工业电价平均0.8元/千瓦时测算,一年按照300个工作天,24小时作业,由此可计算每年制氢3,600,000标准立方米,相当于323,640公斤氢。年电耗费用为14,400,000元。本案设备按10年平均折旧,残值暂不考虑,由此可计算水电解制氢所得每公斤氢气的折旧加上电费成本为44.49元,每年的折旧加上电费总成本为14,398,743.6元。

2、制氢单位运营成本

为简单测算,制氢运营费用(包括人员薪资、管理运营费用等)按照折旧加上电费的总成本的30%计算,可测算水电解制氢所得每公斤氢气的运营费用成本为44.49*30%=13.35元。

3、制氢单位总成本

本案以乘用车为例,目前以丰田Mirai(未来) 氢燃料电池汽车的百公里氢耗平均水平为1公斤左右(其标称650公里续航,耗氢5公斤),据上可测得制氢每公斤综合成本(电费+折旧+运营管理)为57.84元,每公里耗氢综合成本(电费+折旧+运营费)为0.57元。

四、加氢站综合成本分析

本案以建设一个日加氢能力为500公斤的加氢站为例进行综合成本分析,加氢站主要由集装箱增压装置(包含压缩机与加氢机)、流量阀组、冷水机组、固定储氢瓶等组成。现时可采购的设备造价(含安装EPC总承包)水平在800万元左右,加氢站占地在4000平方米左右,加氢站土地、土建、审批手续按300万元包干(各地土地价格有所不同),加氢站总计造价在1100万元上下。

压缩机平均日加氢能力为500kg/12h@12.5MPa氢源压力,运行12小时可加20~40辆大巴车(8*140L,单车单次加氢量:12.5~25kg)或 50~100辆物流车(3*140L单车单次加氢量5~10kg) 50~100辆物流车(3*140L,单车单次加氢量5-10kg); 或乘用车85~100辆(单车单次加氢量:5~6kg);氢气压缩:43~45MPa; 氢气加注:32~35MPa。

1、加氢站单位折旧成本

加氢站现行按300天、80%的使用率来计算成本。设备折旧同样按10年,土地房屋按30年(不考虑土地及房屋的残值及未来的增值或减值影响),由此可计算每公斤加氢折旧成本为7.50元,首年折旧额为90万元。

2、加氢站单位人工成本

本加氢站运营暂设5人(12小时工作制),薪资标准含社保人平均按8万元一年,可计算每公斤加氢人员成本为3.33元。

3、加氢站单位运营成本

为简单计算,本加氢站的运营管理成本按等同于加氢站单位人工成本测算,也即每公斤加氢运营成本为3.33元。

4、加氢站综合单位成本

仍以丰田Mirai 氢燃料电池汽车的百公里氢耗平均水平为1公斤为例,据上可测得每公斤加氢综合成本(折旧+人工+运营费)为7.50+3.33+3.33=14.16元。每公里加氢综合成本为0.14元。

五、燃料电池汽车用氢总成本分析

燃料汽车用氢总成本,要包括制氢和加氢成本,总体数据分析测算,可参考下表。

氢燃料电池车加氢成本及其经济性初探

表一:现场制氢加氢成本测算表

从上述测算,依据上表统计数据可知。每公斤制氢加氢总成本为制氢成本(电费+折旧+管理运营)57.84元+加氢成本(折旧+人工+管理运营)14.16元=72元。以乘用车为例,相当于每公里制氢加氢成本就是0.72元。

作为氢能消费者,还要加上这两项的运营方的合理利润,如果我们假设运营方的合理毛利润为30%,那么在上述基础上,成本要进一步增加,每公斤(制氢加氢)取得成本提升为72*130%=93.6元,仍以乘用车为例,相当于每公里制氢加氢取得成本提升为0.72*130%=0.94元。这是静态测算如果按动态测算(这里就不计算了)每公里用氢取得成本要在1元以上,显然这比起燃油车加油成本肯定是有些小贵的。通常燃油型普通经济性乘用车平均油耗成本在0.6~1元/公里左右,相比燃油车成熟市场,使用氢能有巨大的成本下降优势。

六、经济性分析及成本下降途径

氢能与燃料电池汽车,在发展产业初期,国家将给与一定扶持政策,财政部等四部委在2014年颁布了《关于新能源汽车充电设施建设奖励的通知》(财建[2014]692号):“对符合国家技术标准且日加氢能力不少于200公斤的新建燃料电池汽车加氢站每个站奖励400万元”的奖励,奇葩的是,行业还没有怎么开始,这个政策就已经在2015年过期了,空欢喜一场。上述测算实际是没有考虑补贴,相当于1元/公里的用氢成本,在产业发展初期是不算贵的。考虑国内的实际发展情况,后续无论是中央政府还是地方政府,都会陆续出台加氢站的补贴,以逐步将氢能燃料电池汽车从示范到推广的普及。2018年4月12日,《佛山市南海区促进加氢站建设运营及氢能源车辆运行扶持办法(暂行)》正式出台,这是广东省内首个包含对加氢站运营环节进行补贴的扶持办法。其中,新建固定式加氢站建设最高补贴800万元,补贴力度为目前全国各地区公开实施的加氢站扶持政策中最大。

可想而知,如果规模化建设,大规模应用,用氢成本会大幅下降。一是不使用现场制氢办法,直接使用外来氢源如工业副产氢、煤制氢等会更加低廉;二是规模化使用,加氢能力更大、单位成本更低;三是可以结合光伏、风电制氢,则更加便宜,在此也不展开了。

毫无疑问,批量用氢成本比燃油成本低是指日可待的。氢能正在以比我们想象更快的速度扑面而来!