中国电力 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (7): 151-162.DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202305024
胡旭1(
), 安锐坚2(
), 杜宇晨3, 施啸寒4, 王越5
收稿日期:2023-05-06
录用日期:2023-08-04
发布日期:2024-07-23
出版日期:2024-07-28
作者简介:胡旭(1994—),男,硕士,从事氢能、新材料、能源规划等研究,E-mail:xu.hu@hotmail.com基金资助:
Xu HU1(
), Ruijian AN2(
), Yuchen DU3, Xiaohan SHI4, Yue WANG5
Received:2023-05-06
Accepted:2023-08-04
Online:2024-07-23
Published:2024-07-28
Supported by:摘要:
氢能作为一种来源丰富、绿色低碳的二次能源,将是全球能源转型发展的重要载体之一。近年来,世界主要国家和地区均出台一系列政策支持氢能发展,欧洲也制定相关政策保障区域能源安全和促进氢能发展,加强和周边国家联动发展氢能产业。北非地区可再生能源开发潜力巨大,但该区域能源结构单一,化石能源占地区能源消耗的比重超过90%,对区域经济、环境可持续发展造成严重阻碍。随着全球可再生能源发电成本的下降和清洁能源转型步伐的加快,借助欧洲成熟的政策帮助、技术支持和广阔的市场需求,利用可再生能源发展绿氢产业的构想将是北非区域突破发展瓶颈的一个重要机遇。根据测算,北非地区利用可再生能源电力制取绿氢并输出到欧洲市场,经济性上可与欧洲本地绿氢竞争,潜力巨大。然而,由于政策资金的缺失,以及对传统能源依赖程度过高,转型较为困难。北非国家需要加强政策指引、促进国际合作、优化投资环境和加快示范项目落地实施,以推动区域氢能开发和外送,带动能源转型,成为欧非区域乃至全球氢能枢纽中心。
胡旭, 安锐坚, 杜宇晨, 施啸寒, 王越. 欧洲—北非氢能协同发展研究[J]. 中国电力, 2024, 57(7): 151-162.
Xu HU, Ruijian AN, Yuchen DU, Xiaohan SHI, Yue WANG. Research on Europe-North Africa Hydrogen Coordinated Development[J]. Electric Power, 2024, 57(7): 151-162.
| 能源种类 | 总体情况 | 阿尔及利亚 | 摩洛哥 | 利比亚 | 突尼斯 | 埃及 | ||||||
| 石油 | 10.2 | 4.5 | 3.9 | 26.2 | 10.3 | |||||||
| 天然气 | 77.8 | 91.2 | 15.5 | 72.9 | 95.1 | 81.3 | ||||||
| 非水可再 生能源 | 5.6 | 2.7 | 14.8 | 0.9 | 3.3 | 3.0 | ||||||
| 水力发电 | 1.3 | 3.1 | 5.4 | |||||||||
| 煤炭 | 4.3 | 59.3 | ||||||||||
| 其他 | 0.8 | 1.6 | 3.4 | 1.6 |
表 1 2019年北非五国一次能源结构
Table 1 Primary energy consumption mix in North Africa in 2019 单位:%
| 能源种类 | 总体情况 | 阿尔及利亚 | 摩洛哥 | 利比亚 | 突尼斯 | 埃及 | ||||||
| 石油 | 10.2 | 4.5 | 3.9 | 26.2 | 10.3 | |||||||
| 天然气 | 77.8 | 91.2 | 15.5 | 72.9 | 95.1 | 81.3 | ||||||
| 非水可再 生能源 | 5.6 | 2.7 | 14.8 | 0.9 | 3.3 | 3.0 | ||||||
| 水力发电 | 1.3 | 3.1 | 5.4 | |||||||||
| 煤炭 | 4.3 | 59.3 | ||||||||||
| 其他 | 0.8 | 1.6 | 3.4 | 1.6 |
| 种类 | 总体情况 | 阿尔及利亚 | 摩洛哥 | 利比亚 | 突尼斯 | 埃及 | ||||||
| 煤电 | 7.32 | 64.59 | ||||||||||
| 油电 | 9.82 | 0.49 | 1.96 | 34.40 | 11.90 | |||||||
| 水电 | 4.01 | 0.15 | 3.97 | 0.32 | 6.65 | |||||||
| 风电 | 2.06 | 0.01 | 11.28 | 2.42 | 1.22 | |||||||
| 气电 | 75.55 | 98.49 | 11.28 | 65.57 | 95.06 | 79.95 | ||||||
| 光伏 | 0.38 | 0.85 | 0.95 | 0.02 | 0.84 | 0.28 | ||||||
| 光热 | 0.43 | 3.79 | ||||||||||
| 其他 | 0.43 | 3.13 | 1.37 |
表 2 北非五国2019年发电占比
Table 2 Electricity generation of North Africa in 2019 单位:%
| 种类 | 总体情况 | 阿尔及利亚 | 摩洛哥 | 利比亚 | 突尼斯 | 埃及 | ||||||
| 煤电 | 7.32 | 64.59 | ||||||||||
| 油电 | 9.82 | 0.49 | 1.96 | 34.40 | 11.90 | |||||||
| 水电 | 4.01 | 0.15 | 3.97 | 0.32 | 6.65 | |||||||
| 风电 | 2.06 | 0.01 | 11.28 | 2.42 | 1.22 | |||||||
| 气电 | 75.55 | 98.49 | 11.28 | 65.57 | 95.06 | 79.95 | ||||||
| 光伏 | 0.38 | 0.85 | 0.95 | 0.02 | 0.84 | 0.28 | ||||||
| 光热 | 0.43 | 3.79 | ||||||||||
| 其他 | 0.43 | 3.13 | 1.37 |
| 国家 | 可再生能源装机 容量/GW | 可再生能源装机占 本国总装机容量比重/% | ||
| 埃及 | 62.0 | 30 | ||
| 摩洛哥 | 24.8 | 52 | ||
| 阿尔及利亚 | 22.0 | 27 | ||
| 突尼斯 | 4.3 | 30 | ||
| 利比亚 | 4.0 | 22 |
表 3 2030年北非地区可再生能源装机容量预测
Table 3 Forecast of renewable energy installed capacity in North Africa in 2030
| 国家 | 可再生能源装机 容量/GW | 可再生能源装机占 本国总装机容量比重/% | ||
| 埃及 | 62.0 | 30 | ||
| 摩洛哥 | 24.8 | 52 | ||
| 阿尔及利亚 | 22.0 | 27 | ||
| 突尼斯 | 4.3 | 30 | ||
| 利比亚 | 4.0 | 22 |
| 参数 | 2020年 | 2050年 | ||
| 清洁能源发电成本/(美元·(kW·h)–1) | 0.02 | 0.014 | ||
| 电解效率/((kW·h)·kg–1) | 55 | 45 | ||
| 水价/(美元·kg–1) | 0.01 | 0.01 | ||
| 绿氢生产成本/(美元·kg–1) | 1.11 | 0.64 | ||
| 电解槽支出/(美元·kW–1) | 400 | 100 | ||
| 电解槽寿命/a | 10 | 20 | ||
| 满载小时数/h | 3200 | 4200 | ||
| 加权平均资金成本WACC/% | 10 | 6 | ||
| 投资成本/(美元·kg–1) | 1.21 | 0.10 | ||
| 运维成本/(美元·kg–1) | 0.14 | 0.02 | ||
| 绿氢全生命周期成本/(美元·kg–1) | 2.45 | 0.77 |
表 4 北非地区绿氢成本预测
Table 4 Forecast of green hydrogen cost in North Africa
| 参数 | 2020年 | 2050年 | ||
| 清洁能源发电成本/(美元·(kW·h)–1) | 0.02 | 0.014 | ||
| 电解效率/((kW·h)·kg–1) | 55 | 45 | ||
| 水价/(美元·kg–1) | 0.01 | 0.01 | ||
| 绿氢生产成本/(美元·kg–1) | 1.11 | 0.64 | ||
| 电解槽支出/(美元·kW–1) | 400 | 100 | ||
| 电解槽寿命/a | 10 | 20 | ||
| 满载小时数/h | 3200 | 4200 | ||
| 加权平均资金成本WACC/% | 10 | 6 | ||
| 投资成本/(美元·kg–1) | 1.21 | 0.10 | ||
| 运维成本/(美元·kg–1) | 0.14 | 0.02 | ||
| 绿氢全生命周期成本/(美元·kg–1) | 2.45 | 0.77 |
| 管道公 称直径/ mm | 100%运载 | 75%运载 | 25%运载 | |||||||||
| 运载能力/ GW | 年运量/ 亿m3 | 运载能力/ GW | 年运量/ 亿m3 | 运载能力/ GW | 年运量/ 亿m3 | |||||||
| 1200 | 16.9 | 52.80 | 12.7 | 39.60 | 4.2 | 13.20 | ||||||
| 900 | 4.7 | 14.98 | 3.6 | 11.42 | 1.2 | 3.57 | ||||||
| 500 | 1.2 | 3.57 | 0.9 | 2.85 | 0.6 | 1.07 | ||||||
表 5 不同尺寸输氢管道理论运载能力对比
Table 5 Maximum theoretical throughput of pipelines at different capacities
| 管道公 称直径/ mm | 100%运载 | 75%运载 | 25%运载 | |||||||||
| 运载能力/ GW | 年运量/ 亿m3 | 运载能力/ GW | 年运量/ 亿m3 | 运载能力/ GW | 年运量/ 亿m3 | |||||||
| 1200 | 16.9 | 52.80 | 12.7 | 39.60 | 4.2 | 13.20 | ||||||
| 900 | 4.7 | 14.98 | 3.6 | 11.42 | 1.2 | 3.57 | ||||||
| 500 | 1.2 | 3.57 | 0.9 | 2.85 | 0.6 | 1.07 | ||||||
| 管道 | 运载 负荷/% | 管道 ECAPEX | 压缩机 ECAPEX | 管道 EOPEX | 压缩机 EOPEX | 总 成本 | ||||||||
| 1200 mm | 新建 | 100 | 0.08 | 0.05 | 0.01 | 0.08 | 0.22 | |||||||
| 75 | 0.11 | 0.02 | 0.01 | 0.05 | 0.19 | |||||||||
| 25 | 0.34 | 0 | 0.02 | 0 | 0.36 | |||||||||
| 翻新 | 100 | 0.01 | 0.05 | 0.01 | 0.08 | 0.15 | ||||||||
| 75 | 0.02 | 0.02 | 0.01 | 0.05 | 0.10 | |||||||||
| 25 | 0.06 | 0 | 0.02 | 0 | 0.08 | |||||||||
| 900 mm | 新建 | 100 | 0.25 | 0.02 | 0.01 | 0.06 | 0.34 | |||||||
| 75 | 0.32 | 0.01 | 0.01 | 0.02 | 0.36 | |||||||||
| 25 | 0.98 | 0 | 0.07 | 0 | 1.05 | |||||||||
| 翻新 | 100 | 0.02 | 0.01 | 0.01 | 0.06 | 0.10 | ||||||||
| 75 | 0.07 | 0.01 | 0.01 | 0.02 | 0.11 | |||||||||
| 25 | 0.2 | 0 | 0.08 | 0 | 0.28 | |||||||||
| 500 mm | 新建 | 100 | 0.14 | 0.01 | 0.01 | 0.01 | 0.17 | |||||||
| 75 | 0.18 | 0.01 | 0.01 | 0.03 | 0.23 | |||||||||
| 25 | 0.54 | 0 | 0.03 | 0 | 0.57 | |||||||||
| 翻新 | 100 | 0.02 | 0.01 | 0.01 | 0.01 | 0.05 | ||||||||
| 75 | 0.03 | 0.01 | 0.01 | 0.03 | 0.08 | |||||||||
| 25 | 0.09 | 0 | 0.03 | 0 | 0.12 | |||||||||
表 6 新建和翻新不同尺寸和运载能力管道成本对比
Table 6 Breakdown of levelized cost of new and repurposed pipelines operating at different capacities 单位:美元/(kg·1000 km)
| 管道 | 运载 负荷/% | 管道 ECAPEX | 压缩机 ECAPEX | 管道 EOPEX | 压缩机 EOPEX | 总 成本 | ||||||||
| 1200 mm | 新建 | 100 | 0.08 | 0.05 | 0.01 | 0.08 | 0.22 | |||||||
| 75 | 0.11 | 0.02 | 0.01 | 0.05 | 0.19 | |||||||||
| 25 | 0.34 | 0 | 0.02 | 0 | 0.36 | |||||||||
| 翻新 | 100 | 0.01 | 0.05 | 0.01 | 0.08 | 0.15 | ||||||||
| 75 | 0.02 | 0.02 | 0.01 | 0.05 | 0.10 | |||||||||
| 25 | 0.06 | 0 | 0.02 | 0 | 0.08 | |||||||||
| 900 mm | 新建 | 100 | 0.25 | 0.02 | 0.01 | 0.06 | 0.34 | |||||||
| 75 | 0.32 | 0.01 | 0.01 | 0.02 | 0.36 | |||||||||
| 25 | 0.98 | 0 | 0.07 | 0 | 1.05 | |||||||||
| 翻新 | 100 | 0.02 | 0.01 | 0.01 | 0.06 | 0.10 | ||||||||
| 75 | 0.07 | 0.01 | 0.01 | 0.02 | 0.11 | |||||||||
| 25 | 0.2 | 0 | 0.08 | 0 | 0.28 | |||||||||
| 500 mm | 新建 | 100 | 0.14 | 0.01 | 0.01 | 0.01 | 0.17 | |||||||
| 75 | 0.18 | 0.01 | 0.01 | 0.03 | 0.23 | |||||||||
| 25 | 0.54 | 0 | 0.03 | 0 | 0.57 | |||||||||
| 翻新 | 100 | 0.02 | 0.01 | 0.01 | 0.01 | 0.05 | ||||||||
| 75 | 0.03 | 0.01 | 0.01 | 0.03 | 0.08 | |||||||||
| 25 | 0.09 | 0 | 0.03 | 0 | 0.12 | |||||||||
| 运输模式 | 优点 | 缺点 | ||
| 管道运输 | 可翻新现有管道用于运输,满足大规模持续运输,中长距离运输成本较低 | 新建管道初始投资较高,技术成熟度不高,输送端固定,长距离运输成本过高,受地缘政治影响较大 | ||
| 液氢海运 | 可直接使用,纯度高,体积储氢量较高(70.8 kg·m–3) | 运输损耗较大,需要低温运输(–253 ℃,液化耗能占初始氢能的25%~ 40%),运输存储成本较高 | ||
| 液氨海运 | 易液化(–33 ℃),体积储氢量高(121.4 kg·m–3),氨也可直接使用,已有国际贸易情景,运输成本较低 | 氢氨转化能量消耗较大(耗能占初始氢能的25%~40%),氨有毒,易造成空气污染 | ||
| LOHC 海运 | 常温常压运输,运输成本较低 | 载氢密度较低(体积储氢量56.6 kg·m–3),加氢脱氢转化能量消耗大(耗能占初始氢能的35%~40%) |
表 7 氢能运输模式对比
Table 7 Comparison of hydrogen transport modes
| 运输模式 | 优点 | 缺点 | ||
| 管道运输 | 可翻新现有管道用于运输,满足大规模持续运输,中长距离运输成本较低 | 新建管道初始投资较高,技术成熟度不高,输送端固定,长距离运输成本过高,受地缘政治影响较大 | ||
| 液氢海运 | 可直接使用,纯度高,体积储氢量较高(70.8 kg·m–3) | 运输损耗较大,需要低温运输(–253 ℃,液化耗能占初始氢能的25%~ 40%),运输存储成本较高 | ||
| 液氨海运 | 易液化(–33 ℃),体积储氢量高(121.4 kg·m–3),氨也可直接使用,已有国际贸易情景,运输成本较低 | 氢氨转化能量消耗较大(耗能占初始氢能的25%~40%),氨有毒,易造成空气污染 | ||
| LOHC 海运 | 常温常压运输,运输成本较低 | 载氢密度较低(体积储氢量56.6 kg·m–3),加氢脱氢转化能量消耗大(耗能占初始氢能的35%~40%) |
| 环节 | 管道 | 液化 | 存储 | 海运 | 气化 | 总成本 | ||||||
| 液氢 | 0.01 | 1.11 | 0.02 | 0.26 | 0.12 | 1.52 | ||||||
| LOHC | 0.01 | 0.12 | 0.01 | 0.23 | 0.53 | 0.90 | ||||||
| 液氨 | 0.01 | 0.51 | 0.01 | 0.18 | 0.26 | 0.97 |
表 8 运输距离10000 km时不同方式运输成本对比
Table 8 Levelized shipping cost breakdown over 10000 km 单位:美元/kg
| 环节 | 管道 | 液化 | 存储 | 海运 | 气化 | 总成本 | ||||||
| 液氢 | 0.01 | 1.11 | 0.02 | 0.26 | 0.12 | 1.52 | ||||||
| LOHC | 0.01 | 0.12 | 0.01 | 0.23 | 0.53 | 0.90 | ||||||
| 液氨 | 0.01 | 0.51 | 0.01 | 0.18 | 0.26 | 0.97 |
| 项目 | 管道+ 压缩机 | 液化 | 存储 | 海运 | 气化 | 总成本 | ||||||
| 液氢 | 0.05 | 0.94 | 0.06 | 0.02 | 0.14 | 1.21 | ||||||
| LOHC | 0.05 | 0.09 | 0.08 | 0.01 | 0.53 | 0.76 | ||||||
| 液氨 | 0.05 | 0.49 | 0.05 | 0.01 | 0.26 | 0.85 | ||||||
| 1200 mm 新建管道 | 0.29 | 0.29 | ||||||||||
| 1200 mm 翻新管道 | 0.15 | 0.15 |
表 9 北非—西北欧运输成本对比
Table 9 Transport cost comparison between North Africa and Northwest Europe 单位:美元/kg
| 项目 | 管道+ 压缩机 | 液化 | 存储 | 海运 | 气化 | 总成本 | ||||||
| 液氢 | 0.05 | 0.94 | 0.06 | 0.02 | 0.14 | 1.21 | ||||||
| LOHC | 0.05 | 0.09 | 0.08 | 0.01 | 0.53 | 0.76 | ||||||
| 液氨 | 0.05 | 0.49 | 0.05 | 0.01 | 0.26 | 0.85 | ||||||
| 1200 mm 新建管道 | 0.29 | 0.29 | ||||||||||
| 1200 mm 翻新管道 | 0.15 | 0.15 |
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