中国建成加氢站191座，分布式制氢项目达174座

据测算，运输距离为100公里时，运输氢气的成本约为8.7元/公斤； 当运输距离达到200公里时，成本增加到19元/公斤。 运输效率低、运输成本高、装卸时间长等因素，使得加氢站供氢问题日益突出，极大制约了氢能运输产业的可持续发展。 分布式制氢可以在加氢站内或周边生产氢气，具有明显的储存和运输优势。 在日本、美国、欧洲等地都有成熟的应用。 国内分布式制氢发展相对缓慢，主要是由于缺乏相应法规、审批困难等因素。 不过，目前安徽省、广东佛山、四川成都、辽宁大连、山东淄博、内蒙古鄂尔多斯等省市明确支持分布式制氢或出台相应政策，预计一批分布式制氢项目将在近两年内实施。 中国石化销售有限公司和中国石化石油化工研究院有限公司（简称SIRI）对制氢、储存、运输、加注等氢能产业链主流技术进行了系统研究，发现：目前的技术适合分布式制氢。 技术主要包括甲醇制氢、天然气制氢、碱性水电解制氢、质子交换膜水电解制氢、氨分解制氢等。 下面主要介绍分布式制氢方法及其成本。

分布式甲醇制氢

甲醇作为二次能源，是氢含量较高的氢载体。 以分子式CH3OH计算，氢气质量分数为12.5%，远高于DOE（美国能源部）对氢载体要求的7.5%储氢质量密度。 在甲醇蒸汽裂解制氢的真实反应条件下，甲醇的储氢能力高于理论值。 考虑到化学反应，甲醇的理论产氢质量为自身质量的18.75%。 在实际生产中，需要考虑燃烧部分甲醇为反应提供热量，产生高纯度氢气和低浓度氢气解吸副产物的实际情况。 甲醇产氢量与理论产氢量存在一定差异。 甲醇制氢技术相对成熟。 甲醇蒸汽裂解生产1m3工业氢气约消耗甲醇0.55kg。 如果考虑需要燃烧部分甲醇为反应提供热量并生产高纯氢气，则生产1m3高纯氢气的甲醇消耗约为0.67kg。 采用甲醇制氢虽然在原料利用和能源利用方面不太合理，但在价格上具有一定的优势，而且其生产工艺简单，自动化程度高。 与天然气制氢相比，甲醇制氢不需要重整器。 它只需要导热油来提供反应所需的热量。 反应温度低于300℃。 此外，甲醇转化制氢易于打滑、模块化和小型化。 液体甲醇也方便罐车运输。 因此，在一些特定情况下，如没有廉价天然气资源、没有煤炭配额、当地电价较高、制氢规模较小等，可以建设分布式甲醇制氢装置。

甲醇是现有的大宗商品。 近三年，甲醇价格低至1510元/吨，高至3370元/吨。 均价约为2200元/吨。 以此均价为基础，对1t/d分布式甲醇蒸汽裂解制氢进行分析。 技术经济结果如表1所示。在现行供销价格体系下，分布式甲醇裂解生产燃料电池级氢气的成本价格为20.4元/kg。

显然，甲醇的价格是氢气成本中最重要的组成部分。 甲醇原料成本约占制氢成本的75%。 甲醇价格对成本的影响如表2所示。

按近三年甲醇最低价格1510元/吨计算，甲醇站制氢成本可降至15.2元/公斤（燃料电池级氢气）； 按近三年甲醇最高价格3370元/吨计算，甲醇生产成本可降低至15.2元/公斤（燃料电池级氢气）。 该站制氢成本为29.2元/公斤（燃料电池级氢气）。 因此，分布式甲醇制氢作为一种初期的低成本制氢方法具有一定的现实意义。

用甲醇生产氢气会排放大量CO2，大约产生1kg H2。 虽然已有利用“液态阳光”生产甲醇的技术，但由于其成本相对较高，现阶段甲醇作为绿色储氢载体尚不成熟，因此甲醇的碳排放仍需考虑。 碳排放交易对分布式甲醇制氢经济性的影响如表3所示。当甲醇价格为2200元/吨，加上碳税时，甲醇裂解制氢成本价格为21.6元/公斤（燃料电池级氢）。

随着甲醇制氢技术的进步和装置制造成本的降低，甲醇制氢的生产成本将会有一定程度的下降，但下降幅度有限。 到2025年，假设甲醇原料价格为2200元/吨，制氢成本为20.2元/公斤（燃料电池级氢气），预计设备投资将减少至600万元。 考虑到碳税的增加，预计制氢成本为23.2元/公斤（燃料电池级氢气）。

分布式天然气制氢天然气除了广泛应用于集中式制氢外，还适合分布式制氢。 分布式天然气制氢一个比较明显的优势是原料容易获取，只需接入城市天然气管网即可。 分布式天然气制氢与集中式天然气制氢的工艺流程没有明显区别。 考虑到能源效率，小型天然气制氢装置生产1立方米氢气的甲烷消耗为0.5～0.6立方米。 日本三菱公司开发了系列50-/h天然气制氢系统，已推广60多套，部分用于加氢站现场制氢。 美国和德国林德公司开发了分布式天然气制氢装置，其中一些装置配备了碳捕获设施。 国内从事分布式天然气制氢的企业较多，如亚联高科、石化研究院、汉星能源、四川天一、上海一维、四川舒泰等。表4计算了1t的制氢成本/d天然气制氢装置。

从表4可以看出，分布式天然气制氢的主要成本构成是燃料（天然气）消耗。 天然气价格对成本的影响如表5所示。天然气价格为1.88元/m3时，制氢成本为16.0元/kg（燃料电池级氢气）； 当天然气价格为2.63元/m3时，制氢成本价格为20.5元/kg（燃料电池级氢气）； 当天然气价格为3.73元/立方米时，制氢成本为27.1元/公斤（燃料电池级氢气）。 需要看到的是，由于国际形势的诸多变化，天然气作为商品的价格波动较大，站内制氢成本也发生较大变化。

分布式天然气制氢的天然气单耗高于集中式制氢。 这里，每生产1公斤氢气，就会排放12公斤二氧化碳。 碳排放权交易对天然气制氢经济性的影响如表6所示。从表6可以看出：当天然气价格为1.88元/m3时，加入碳税后的制氢成本为16.5元/kg（燃料电池级氢气）； 当天然气价格为2.63元/m3时，加入碳税后最终制氢成本为21.0元/kg（燃料电池级氢气）； 当天然气价格为3.73元/立方米时，制氢成本为27.6元/公斤（燃料电池级氢气）。

与分布式甲醇制氢类似，未来天然气制氢的生产成本将受到限制。 到2025年，预计设备投资将减少至6至800万元。 假设天然气原料价格为2.63元/立方米，制氢成本约为19.6元/公斤（燃料电池级氢气）。 考虑到碳税的增加，预计天然气制氢价格约为20.8元/公斤（燃料电池级氢气）。

分布式电解水制氢

目前商业化的水电解制氢技术主要包括碱性水电解制氢和质子交换膜（PEM）水电解制氢两种。 技术分析在文献中已有介绍，这里不再重复。 2.5MW级分布式碱水电解制氢装置经济分析如表7所示。这里不考虑土地、土建、设备安装费等成本。

从表7可以看出，电价是影响制氢成本的关键因素，占比超过80%。 当电价为0.3元/(kW·h)时，碱性电解水制氢成本为20.84元/kg。 碱性电解水制氢技术发展历史悠久，技术相对成熟，市场占有率绝对领先。 而且与国外竞争对手相比，我国的技术水平在某些指标上相当甚至领先。 综上所述，碱性电解水制氢设备成本降低空间有限。 预计到2025年，随着生产规模的扩大和机械加工水平的提高（目前碱性电解槽主要依靠手工组装，发展趋势必然是机械组装），制氢设备的制造成本预计将下降约20%。

目前及2025年不同综合电价下的制氢成本如表8所示。由于制氢设备成本与运行成本相比占比较小，因此2025年同等电价下的制氢成本会比现在减少的少。

PEM水电解制氢的经济分析如表9所示。设备利用率是影响成本的一个因素。 为了便于与碱水制氢量比较，按年运行时间8000小时计算。 从表9可以看出，2.5MW PEM水电解制氢设备的初始投资较高，是碱性水电解制氢设备的5倍。 因此，电价为0.3元/(kW·h)时，PEM水电解制氢设备制氢成本为23.91元/kg，比碱性电解制氢成本高3.07元/kg。水。 目前，PEM水电解制氢设备的一些关键材料和部件需要从国外进口，如催化剂、质子交换膜等。

PEM水电解制氢设备60%~70%的成本集中在电解槽，而催化剂在电解槽制造成本中占比最高。 因此，PEM制氢设备成本的降低主要依靠提高各部件国产化率和减少贵金属。 的承载能力。 预计到2025年，随着PEM电解设备国产化和技术进步，制造成本有望下降30%以上。 目前及2025年不同综合电价下制氢成本如表10所示。

作为新一代水电解制氢技术，与碱性水电解制氢相比，PEM水电解制氢初期投资较高，但设备结构紧凑，占地面积低于碱性水电解制氢。设备。 在用地面积方面，加氢站等紧缺的特殊场景更有优势。 另外，PEM水电解制氢设备的制氢压力可以达到3.0MPa，而碱性水电解制氢设备的制氢压力一般为0.8～1.0MPa； PEM水电解制氢设备可以在数秒内非常快速地响应功率变化。 对此，它非常适合不稳定的可再生能源。 设备冷启动仅需20至30分钟。 碱性电解水制氢设备运行时需要稳定的电源输入，设备冷启动需要2~3小时； PEM制氢装置电解效率高，工人数量少。 因此，预计质子交换膜电解水制氢在小规模分布式制氢领域具有较好的应用前景。

分布式氨分解制氢

与甲醇一样，氨也可以用作液氢载体。 氨作为储氢载体的优点如下：①氨在标准大气压下的液化温度为-33℃，易于运输； ②液氨储氢能力为17.6%，高于甲醇； ③有成熟的合成氨产业； ④高温氨分解制氢技术成熟。 美国、日本、澳大利亚等国积极布局“氨经济”。 在“碳中和”愿景下，通过“氢-氨-氢”过程完成“绿色氢”运输。 例如，由日本多家研究单位和企业组成的氨加氢站团队联合开发了可生产FCV氢燃料的氨分解/高纯供氢系统； 国内科研院所正在开展绿色氨合成和低温氨分解制氢示范项目。 氨分解制氢过程比较简单。 该装置主要包括液氨储罐、汽化器、氨分解反应器、产品冷却和PSA分离装置。

目前一般采用Ni基或Fe基催化剂，操作温度750-800℃，反应压力0.5MPa左右，转化率可达99.9%以上。 福州大学与石油科学院正在研发低温稀有贵金属催化剂，并已实现500℃以下运行。 作为生产硝酸、化肥、炸药的重要原料，目前液氨价格在4000元/吨以上。 近三年价格波动较大，均价约3200元/吨。 以此平均价格估算，1t/d分布式氨分解制氢技术经济结果见表11。当液氨价格为3200元/t时，分布式氨分解成本价为生产氢气27.1元/公斤（燃料电池级氢气）。 氨分解制氢成本与氨价格线性相关，液氨成本占总成本75%以上。

分布式氨分解制氢具有氢气纯度高、无碳排放、制氢设备结构简单、操作方便、制氢设备投资低等优点。 但现阶段仍存在以下挑战：①受原料液氨价格制约，制氢成本高于甲醇制氢； ②主流商业技术氨分解温度较高（采用电炉加热至800℃左右）； ③液氨储存和分解制氢行政审批程序相对复杂； ④ 整体占地面积大【液氢储罐、液氨储罐超过10t是主要危险源，需要专门设计安全仪表系统（SIS）系统并保持较大的安全距离】。

综上所述

分布式甲醇制氢生产工艺简单，反应温度低，易于撬装和小型化。 虽然它的碳排放量最高，很难满足低碳氢的排放要求，但它是氢能起步阶段的一种低成本生产方法。 氢法更具有实际意义； 天然气制氢技术也比较成熟，原料易得，满足低碳氢排放的要求。 但其工艺流程比甲醇制氢复杂，反应温度较高，且制氢成本受天然气价格影响。 大的; 分布式碱性水电解制氢技术发展历史悠久，可靠稳定，市场占有率最高。 电价是影响制氢成本的关键因素； 而PEM电解水制氢设备投资较高，是碱性电解水制取的最佳选择。 是制氢设备价格的5倍左右，导致同等电价下制氢成本高出2至3元/公斤（燃料电池级氢）。 但由于质子交换膜电解水制氢具有启停方便、占地面积小、能耗低等优点。 它具有快速响应变化等优点。 随着技术的进步和设备制造成本的降低，未来将有更好的应用前景； 分布式氨分解制氢高温分解制氢技术比较成熟，设备投资低，氢气产量高。 是一种纯度高、无碳排放的清洁制氢技术。 但由于液氨价格较高，制氢成本高于甲醇制氢。 未来需要致力于低温高效催化剂的开发和工艺体系的完善。