问题

为什么浙江要用5.5万度电换1吨绿氢?

回答
浙江省计划用5.5万度电换1吨绿氢,这背后涉及到一个复杂的技术、经济和政策的考量,旨在推动能源结构的转型和实现碳中和目标。要详细理解这一点,我们需要从以下几个关键方面进行剖析:

1. 绿氢的定义与制取过程

绿氢是什么? 绿氢,又称绿色氢气,是指通过可再生能源(如太阳能、风能、水能等)电解水制取的水分解氢气。这是目前被认为最清洁、可持续的制氢方式,因为整个过程不产生温室气体排放。
电解水制氢的基本原理: 电解水是利用电流通过水(通常会加入电解质以提高导电性),将水分子(H₂O)分解成氢气(H₂)和氧气(O₂)。核心设备是电解槽。
能量消耗是关键: 电解水是一个能量密集型的过程。理论上,将1千克水分解成氢气和氧气需要约39.4千瓦时(kWh)的能量。然而,在实际生产中,由于电解槽的效率、辅助设备的能耗以及能量的损耗,实际所需的电量会显著高于理论值。

2. 5.5万度电换1吨绿氢的计算基础与实际考量

理论值 vs. 实际值: 我们先做个简单的理论计算。1吨绿氢等于1000千克绿氢。
理论电耗:1000 kg × 39.4 kWh/kg ≈ 39400 kWh。
浙江提出的5.5万度电(55000 kWh)换1吨绿氢,意味着其实际电耗大约是理论值的1.4倍(55000 / 39400 ≈ 1.4)。
为什么实际值会更高? 浙江省提出的5.5万kWh/吨是一个相对务实的数字,它考虑了以下现实因素:
电解槽效率: 当前主流的电解槽(如碱性电解槽和PEM电解槽)的效率并非100%。能量会在电解过程中转化成热能损失,或者设备本身存在电能转换的损耗。通常,现代高效电解槽的电耗可能在4050 kWh/kg之间。
系统损耗: 整个制氢系统包括电源的接入、变压变电、水处理、氢气压缩与储存等环节,都会产生额外的能耗和损耗。
可再生能源波动性: 太阳能和风能具有间歇性和波动性。为了保证氢气生产的稳定性和连续性,可能需要额外的设备和能源管理策略,这也会增加整体能耗。
规模化效应和技术成熟度: 虽然绿氢技术在不断进步,但大规模商业化应用仍然在发展中。早期或在某些特定应用场景下,设备效率可能尚未达到最佳状态。
成本考虑: 这个数字可能也包含了对成本的考量,即在保证一定效率的同时,需要考虑经济可行性。

3. 为什么浙江要大力发展绿氢?

浙江省之所以积极布局绿氢产业,并设定这样的目标,主要有以下几个战略层面的原因:

实现碳达峰、碳中和目标: 中国承诺在2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和。作为经济发达、能源消耗较大的省份,浙江面临着巨大的减排压力。绿氢被视为实现这些目标的关键性“二次能源”,可以替代传统化石燃料在工业、交通、发电等领域发挥作用,实现深度脱碳。
工业领域: 许多工业过程,如炼钢、化工、炼油等,需要大量的氢气作为原料或还原剂。目前主要使用灰氢(来自化石燃料)。用绿氢替代灰氢是工业脱碳的重要途径。
交通领域: 氢燃料电池汽车(FCV)被认为是零排放的交通工具,尤其适用于长途运输、重型卡车和公交车。
储能领域: 绿氢可以储存多余的可再生能源电力,并在需要时通过燃料电池发电,用于调峰调频,缓解可再生能源的波动性。
能源结构优化和自主可控: 浙江省能源对外依赖度较高,发展绿氢有助于优化能源结构,提高能源自给率和能源安全。绿氢的生产依赖本地的可再生能源资源,减少对进口化石燃料的依赖。
抢占产业发展先机: 绿氢被认为是21世纪的清洁能源,是未来能源体系的重要组成部分。浙江省作为经济强省,积极布局绿氢产业链,从制氢、储运、应用等环节,旨在培育新的经济增长点,掌握未来能源发展的主导权。
政策支持和引导: 国家和地方政府都出台了一系列支持绿氢发展的政策,包括财政补贴、税收优惠、标准制定等。浙江省的这个数字很可能是基于国家和省级层面的政策导向和产业规划。
技术示范和应用推广: 浙江省可能是在推动一项大型绿氢项目,该项目需要评估实际的技术可行性和经济成本,并以此为基础进行推广应用。5.5万度电/吨是一个初步测算或目标设定,用以指导项目投资、技术选择和成本核算。

4. 这个数字的意义和影响

成本评估的关键指标: 5.5万度电/吨是一个非常重要的成本构成要素。绿氢的生产成本主要由两部分组成:一是电力成本,二是电解槽的投资和运营成本。其中,电力成本占比通常在60%70%左右。
如果浙江省可再生能源电力成本为0.4元/kWh,那么仅电费成本就需要 55000 kWh × 0.4 元/kWh = 22000 元/吨。这还是非常粗略的计算,实际上还需要考虑电解槽的折旧、维护、运维成本等。
推动可再生能源发展: 要实现大规模绿氢生产,就需要消耗大量的可再生能源电力。这会反过来促进浙江省和周边地区可再生能源装机容量的增长,例如大规模的光伏和风电项目。
技术进步的驱动力: 这个数字也促使行业不断研发更高效的电解槽和更优化的制氢工艺,以降低单位氢气的电耗,从而降低绿氢的生产成本。
与国际先进水平的对比: 目前国际上,高效的PEM电解槽在理想条件下电耗可以达到4045 kWh/kg,折算成吨氢就是4000045000 kWh/吨。浙江的5.5万kWh/吨相比于理论最优值还有一定差距,但如果考虑了系统性和实际运行的效率,仍然在可接受的范围内,并且随着技术进步有望进一步降低。

总结来说,浙江省提出用5.5万度电换1吨绿氢,是为了:

1. 务实地计算绿氢的生产能耗: 考虑到当前电解槽效率、系统损耗以及可再生能源的特性,设定了一个实际可行的电耗标准。
2. 战略性地推动能源转型: 绿氢是实现碳中和目标、优化能源结构和提高能源安全的重要手段。
3. 抢占未来能源产业先机: 积极布局绿氢产业链,培育新的经济增长点。
4. 引导投资和技术发展: 为绿氢项目的投资决策、技术选择和成本核算提供关键依据,并激励技术进步。

理解这个数字,需要认识到它不仅仅是一个简单的电量转换,而是浙江省在实现“双碳”目标、能源结构升级和产业升级战略中的一个重要环节,背后是技术、经济、政策等多方面的综合考量。

网友意见

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谢邀。

理论上是未来方向。

但我感觉现在是因为能耗双控下的畸形资本追捧。


发展氢能,这事应该没多少人反对。这么绿色高效的能源,技术路径和方案都应该提早摸索起来。

但你现在告诉我,已经在搞大规模制氢了,我原本是不信的。

因为我虽然只是个文科僧,可也依稀记得:

氢能生产在成本上依然高昂。


前几天一家有制氢业务的上市公司(隆基股份),刚好公开回答了投资人关于制氢效率的问题。

投资人问:一度电可以制多少氢?

隆基股份回答:按照1000立方米/小时的电解水制氢设备,大约制取1立方米氢气需要5度电。

用我残留的初中化学知识来理解,电解水制氢就是给水通电,然后用电能把H2O拆成H2和O2。电老虎电解铝也是这么生产的,一吨电解铝约耗电1.4万度。

1度电啥概念?国家电网报去年说,一度电约等于310克标准煤。

那生产1立方米氢气,等于要消耗1550克煤。

可一立方米的氢气只重89.9克,即使能量无损切换,发电量也只有3.5度左右;而实际上采用最先进氢电池,一立方米氢气的发电量估计只有1.1度不到。

电解铝耗电虽大,但好歹得到了铝;

用煤发电、用电制氢、再用氢发电,是不是有点高成本脱裤子放屁?


有个领域这么高成本脱裤子放屁,可以理解,那就是太阳能和风能。

晚上和没风的时候,这二位就双双歇菜了。为了保证电力供应稳定,很多地方电网干脆就不用这些绿色能源,行内叫“弃风弃光”:

你的光伏板和风叶把电发出来了,我也不用;因为一用你的电,我就得随时准备在你歇菜的时候找其他煤电给顶上。

绿色能源没人用,那就拿去做电解水制氢。虽然损耗大,但好歹储备下来了,能稳定用下去。

这是我觉得电解水制氢的一个合适发展方向,风能太阳能丰富的大西北可以搞起来,只是要考虑耗水这个新问题。


但现在很多电解水制氢项目,是在江苏、浙江、山东、河南、上海、北京、广东。

这就怪起来了。


电解水制氢在去年的绿色能源大盘子里,占比还不到1%,全国也只投产了7个项目,基本都是服务于风能太阳能。

今年,京津冀规划在25年投入1000亿,河南25年1000亿,上海23年1000亿,江苏今年500亿,浙江明年100亿。

河北山东两个经济转型压力较大的省份,一个规划在30年投入2000亿,一个投入3000亿。

按照各省的氢能源产业发展目标,明年山东就会有100家氢能源相关企业,浙江会交付10000台氢燃料电池发动机。

还记得这几年锂电新能源汽车的那些破事么?


这么热,说白了,就是因为政策认定水电解的氢能是绿色。

煤不是绿色,所以严管,直到电不够用了才稍稍放开生产限制;

氢能源是绿色,所以随便搞,哪怕要增加额外成本、在气候不适宜的地区建设光伏和风能发电站、在锂电汽车的坑还没填完时又增加一套氢能建设。

照样搞。

电解铝一吨耗电1.4万度,被划入高耗能产业名单,又是限制生产又是取消各种电价补贴;

电解水制氢一吨耗电5.5万度,随意。


我其实骨子里真相信氢能是未来,因为读过的科幻小说里,氢能在能源角色上仅次于核聚变。

但因为政策而导致的地方重复建设和低效投资,已经在锂电和半导体上出现过了。

怕的不是技术路线的论证,怕的是为了交作业而强行上马。

环保当然很重要,但发展也很重要,甚至更重要。

眼下全球大放水,美帝增发5万亿美刀,其他国家加总也有5万亿美刀,带动几乎所有原材料和能源的价格上涨。

我国是世界第三大煤炭储备国,年开采量占全球51%,我们有能力在这个通胀阶段给本国提供相对廉价的能源。如果再加大对减污固化的投入,这些能源还能变得更加清洁。

在这个节骨眼上,因为政策导向,大量投资被引入成本尚不可行、关联建设极多的电解水制氢领域,恐怕未必是好事。

1550克煤是拿去发5度电,还是拿去发1.1度电,这是这个寒冬里需要认真思考的问题。

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其实这个问题,在我们风电,太阳能行业也一样,新闻里总是说发电设备装机容量多少吉瓦(1GW=100万kW,也就是1小时发电100万度),而不说发电利用小时数(实际发电小时),因为我们发电量=装机容量×发电小时数,利用小时数太小了,新闻也只能谈装机容量。

德国搞这些新能源,背后是因为他把火电供电交给了欧盟其他国家,比如二傻乌克兰,到时候德国等欧洲强国再用碳排权把二傻国家限制在低端能源供,让其在法律、道义上永远都不能打破霸权国家制定的“自由民主的国际秩序”。

这个碳排放与新能源逻辑就好比:

一个“G富人”平时吃饭都是由自己的“W厨师”准备10道菜,每天“G富人”看身体指标从中挑选2到最健康的菜吃,而剩下8道菜都扔掉。突然有一天,“G富人”嫌厨房油烟大家里垃圾多,开始责怪“W厨师”:“你每天浪费太大,花费太高,管理太差,污染太大,这点事儿也做不好,你就活该在厨房干一辈子”。

浙江拿6万度搞1吨氢,然后再拿1吨氢搞1万度电去用,确实有点豪横。

可能这是看见隔壁邻居“G富人”每天吃10个菜心动了吧,自己也得跟着每天做10道菜。

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这是个科研为基础的项目,没想过盈利赚钱,主要是研究电解槽了。氢气的管理了一类的,科研为目的的项目,最好还是不要和市场化项目比,

等技术研究明白了,放大西北,用风电了。光电了,电解水,就很香了。

担心电解水没水的,说明对中国真的还不是很了解,黄河两岸,几十万平方公里的沙漠戈壁滩,电解一亿吨氢气,也就十亿吨水,黄河虽然缺水,但是这么点水,还是压力很小的。

我看了回答,一水的聊燃料电池,其实说实话,燃料电池没太大前景,乘用车,小汽车,方面肯定是比不过电池。但是有一个应用方向是,是卡车。这个全世界搞燃料电池的心里都很清楚,当然日本人不太清楚,一直弄个MARI。可能就是宣传用。

这里说的,主要是重卡,跑物流的,烧油,大概100公里,30多升油,用电,大概一百公里,120到150度电,卡车有个问题是,要挣钱,一次开炮。比如物流,从北京到上海,总之就是跨省跑。假设加油,一次都是几百升。加LNG 天然气的,一次就带500公斤到一吨。用今天的电池,比如三元电池这种能量密度最高的。比能量200的,一吨电池,就200度电。要带1000度电,光是电池就5到7吨,四十吨的重卡,几乎要拉七八吨的电池,没拉货,不挣钱,电池小了。没跑几百公里,又要用几个小时充电,也不挣钱。

这也就是特斯拉为啥好几年前,就发布了他那电动卡车,但是量产几乎要推到23年去了。另一个大问题是,堆电池的本质是堆钱,能存一度电的三元电池,大概今天是七八百,一千多度电,光是电池钱,就是七八十万。现在一辆重卡,就三四十万,卡车司机首次买车,投入成本太大。

用上燃料电池。那腰堆里程,就是堆氢气瓶。这样财务成本虽然也会比今天的的高一点,但是至少比堆电池好一些。 会思考的人,基本已经明白这个问题的本质了。

到这里基本讨论了大部分人讨论的问题。

但是长远看,氢气也不是用来烧的,因为我们不光耀碳达峰,还要碳中和。

比如今天中国一年烧40多亿吨煤。这里发电其实只用了一半左右,剩下的,建筑,化工,钢铁,也是大头,比如一年22亿吨的水泥,烧这些水泥就要用好几亿吨煤。还有炼钢,10亿吨钢,也要用几亿吨的煤。其次,化肥,大量消耗的液氨,一年几千万吨的氢气,然后才是化工,最典型的,比如乙烯,丙烯,这两个占了石化基础产量百分之70.

量的问题,直接写一下,运输主要是重卡,现在一年柴油消费在运输上大概1亿吨,换氢气,大概一年需要3000到4000万吨,化工按照乙烯算,大概2000万到5000万吨,炼铁,就是用氢气代替焦炭,远景估计要上亿吨,如果还代替天然气取暖,那需求也很大,总之,运输,燃料电池,长期看只是氢气需求的一部分。

如果你想碳中和,那这些碳都不能排的,必定动不动几亿吨的排放,光靠种树,还是不太好中和,如果有兴趣,可以查一下,一年新增的木材蓄积量,

大概氢气在这些部分替代煤炭,石油等化石原料,会按照合成步骤难度,和经济性,不断尝试,比如首先导入燃料电池,用在卡车上,然后,用来制造合成氨,导入化肥行业,然后合成乙烯,导入石化行业,最后,用来炼钢,用来冬天取暖,或者用来烧水泥,总之,随着氢气越来越便宜,就能在越来越多的行业,替代碳的作用。

最后,最新的风电,在西北风能丰富的地方,比如哈密,光伏在这些地方,成本都已经接近一毛钱了。随着技术进步,五年,十年后,一度电几分钱,还是有很大希望的。这给电解制氢提供了一个很良好的前景。

=====

看到好多人争论不休,手绘一个

不稳定曲线,就是风光发电的波动。把最大的波动,用来制氢气,就地利用。氢气大概2成用来搞燃料电池卡车的燃料一类,大部分用来作为炼钢原料,代替焦炭,化工原料。甚至冬天当天然气取暖烧。

还有一小部分,用电池储能,或者抽水蓄能电站调节。这样也节省了大量的储能建设费用。整体电网就出力就是哪条比较平直的直线了。电网仍然是比较稳定的。


所以不要盯着眼前的事情,一个持续几十年的战略,路线图本来就比较复杂的。

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