电解制氢经济性分析与电-氢价格转换方法技术

本发明专利技术涉及电解制氢经济性分析与电

【技术实现步骤摘要】
电解制氢经济性分析与电
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氢价格转换方法


[0001]本专利技术涉及电解制氢经济可行性电
‑
氢价格转换计算方法，属于电解制氢经济可行性电
‑
氢价格转换计算技术。

技术介绍

[0002]随着全球气候变暖，及化石能源的不可再生性，发掘可再生的清洁能源成为目前各个国家社会的关注重点。而氢能作为燃烧后零碳排放的燃料，由具有高热值，逐渐引起人们的关注，并且逐步推出了燃料电池汽车。为了推广氢燃料电池汽车的使用，制氢站的建设迫在眉睫，目前的国内市场产品最为成熟，效率最高并且产量可以满足加氢要求的仅有碱性电解液制氢技术。碱性电解制氢工艺经历了水平式和立式石墨阳极石棉隔膜电解槽，金属阳极石棉隔膜电解槽，发展到如今的离子交换膜电解槽。目前大部分采用最佳浓度附近为20％
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30％间的NaOH或KOH溶液作为电解质，隔膜主要用于分离两级气体，电极如今多采用Raney Ni、Ni
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Mo和Ni
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Cr
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Fe，主要用于电催化分解水，其理论效率可达74％～79％，安全运行功率区间一般为20％～100％。2019年氢能首次写入政府工作报告，全国多省市出台了氢能发展规划，并且出台加氢站、氢燃料电池车等终端应用市场补贴优惠政策，这意味着国家大力发展氢能的应用，氢能将逐渐进入能源市场与石油等化石能源进行竞争。然而，建设碱性电解液制氢站是否具有经济效益，是否具有吸引企业投资的收益率，是目前推广制氢站建设的基础，然而电力、电化学分析均较为复杂且与经济性分析领域跨越较大，一般的企业较难兼具可以进行这三方面分析的人才。是以如何根据碱性电解槽的物理化学特性，对制氢站进行可行性、经济性的电价
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氢价转换，以辅助各团体进行准确便捷的经济性分析、决策，有效的进行制氢站投资决策、运行策略制定和定价，进行成为亟需解决的问题。
[0003]针对制氢站等电解制氢的经济性评估和可行性研究问题，以往大量研究是针对一定场景下的制氢系统，进行一定的经济性分析，研究如何配置系统的单位制氢成本最低，文献《新能源制氢配置及经济性研究》、《氢综合利用经济性分析》、《绿色氢能在甘肃县域的应用场景探索》、《Research on Integrated System of Non
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Grid
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Connected Wind Power and Water
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Electrolytic Hydrogen Productionn》考虑了电网约束和经济性，一定程度参考了电解槽效率，给出了很多有益结论，但均只适用于某一类特定制氢系统或配置对象。文献《风电制氢经济性及发展前景分析》考虑了通用的经济性评估模型，但是没有考虑电化学方面的制氢和各个变量的确定性关系，没有考虑具体规模
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成本关系，也没有考虑电解槽运行功率点对成本的影响，利用目前的大致价格和应用现状，对制氢系统经济性进行分析。对于电解槽效率，可根据电化学原理进行具体分析。文献《考虑制氢效率特性的风氢系统容量优化》、《Hydrogen Gas Production Using Water Electrolyzer as Hydrogen Power》、《Optimization of physico
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chemical parameters of hydrogen production by electrolysis of water》通进行了较为细致的电化学分析，分别对电解效率受运行功率点变化的影响和物理化学各个参数对效率的影响进行了理论或实验分析，有较好的参考价值；效率方面，采用热中性电压作为基准，并不能代表电解槽的实际效率，所得效率较实际
效率而言偏高，并且也没有提出运行功率点及电解槽规模与固定成本准确关系。文献《基于动态电价风光电制氢容量配置优化》考虑并了动态电价和控制策略的影响，但是并没有对电解槽进行电化学分析，也没有考虑运行功率点和规模与平均固定成本的影响，不能适用于不同场景配置下的制氢站建设的精确经济性分析。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是，克服现有分析方法中的不足，提供电解制氢经济可行性分析与电
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氢价格转换计算方法，提供功率运行点及电解槽规模与平均成本间的确定性关系，用于碱性电解液制氢站在实际应用中的电
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氢价格的经济性转换的精确计算。
[0005]为解决技术问题，本专利技术的解决方案是：
[0006]电解制氢经济性分析与电
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氢价格转换方法，包括下述步骤：
[0007](1)根据需求确定可行性氢价
‑
电价转换或预期收益的氢价
‑
电价转换，可行性氢价
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电价转换取当前的银行基准利率为γ，预期收益的氢价
‑
电价转换则需输入预期内部收益率γ。
[0008](2)选择氢价转电价，并输入氢价Preice
mH
,单位为元/kg；或者电价转氢价，并输入电价Preice
elec
，单位为元/kWh。
[0009](3)确定平均固定成本AFC
[0010][0011]其中
[0012][0013]其中，C
F
为碱性电解液电解槽期初的单位产量固定投资单位为万元/(Nm3/h)：
[0014]C
F
＝27.36Q
‑
0.5095
‑
0.5409
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0015]式(3)由统计了国内多家厂家，规模在0
‑
1500Nm3/h的各个规模序列的全套设备工程报价，求取均值，并求取单位产量的价格，然后进行规模
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单位成本的曲线拟合而来，式中Q为电解槽规模。
[0016]其中，R为电解槽的运行功率点
[0017][0018]n为期望的投资回收年限；t为年利用时间按8760h计；γ为期望的内部收益率或者当前的基准收益率，由用户确定或由当时的银行基准利率确定，Q为电解槽规模，P为电解槽当前运行功率，P
n
为电解槽满载状况下的额定运行功率。
[0019](4)根据经济性公式(5)，推出式(6)、(7)进行氢价
‑
电价转换：
[0020][0021][0022][0023]其中，s1为电价从元/kWh至元/Nm3的转换系数
[0024][0025]其中，s2为制取单位Nm3氢气的用水价格与立方米水价的转换系数
[0026][0027]其中，s3为氢价元/kg至元/Nm3的转换系数
[0028][0029]式(8)中η
e
为电解槽效率：
[0030][0031]式中，F为法拉第常数96485.338C/mol，Z为单位反应电子转移数为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.电解制氢经济性分析与电
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氢价格转换方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)根据需求确定可行性氢价
‑
电价转换或预期收益的氢价
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电价转换，可行性氢价
‑
电价转换取当前的银行基准利率为γ，预期收益的氢价
‑
电价转换则需输入预期内部收益率γ；(2)选择氢价转电价，并输入氢价Price
mH
,单位为元/kg；或者电价转氢价，并输入电价Price
elec
，单位为元/kWh；(3)计算平均固定成本AFC：其中其中，C
F
为碱性电解液电解槽期初的单位产量固定投资单位为万元/(Nm3/h)：C
F
＝27.36Q
‑
0.5095
‑
0.5409
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)其中，R为电解槽的运行功率点n为期望的投资回收年限；t为年利用时间按8760h计；γ为期望的内部收益率或者当前的基准收益率，由用户确定或由当时的银行基准利率确定，Q为电解槽规模，P为电解槽当前运行功率，P
n
为电解槽满载状况下的额定运行功率；(4)根据经济性成本公式(5)，推出式(6)、(7)进行氢价
‑
电价转换：电价转换：电价转换：其中，s1为电价从元/kWh至元/Nm3的转换系数其中，s2为制取单位Nm3氢气的用水价格与每m3水价的转换系数其中，s3为氢价元/kg至元/Nm3的转换系数式(8)中η
e
为电解槽效率：式中，F为法拉第常数96485.338C/mol，Z为单位反应电子转移数为2，HHV为氢气高热值为285.8kJ，η
I
为电解槽的电流效率，T为热力学温度，W
elec_theory
为分解获得1Nm3氢气所需要
的理论电能，Price
water
为每立方米水价，M
water
为水的摩尔质量，ρ
water<...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢迪，赵岩，陈晓锋，朱梦颖，彭勇刚，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：