Technical and Economic Feasibility of Inter-Provincial Supply of Renewable Energy Hydrogen Production

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.22016

Abstract

Abstract:

China is vigorously developing hydrogen energy and actively realizing the “3060” carbon emission target. It is estimated that China will become one of the largest producers and consumers of hydrogen energy. The resource endowment and economic development of Chinese provinces are different, so the inter-provincial energy cooperation is particularly important. In order to study the feasibility of inter-provincial supply of green hydrogen energy, including the technical feasibility of hydrogen energy transportation, the total cost of ownership (TCO) model of inter-provincial transportation of hydrogen energy was established by using the TCO theory. On this basis, the case study of hydrogen production in Jiangxi province for Guangdong province was analyzed. After model calculation, the cost of hydrogen energy from Jiangxi to Guangdong was found to be 31.9 yuan/kg, which is equal to the local price of hydrogen energy. Meanwhile, the main factors affecting the price of hydrogen energy from other provinces were summarized. It is found that the electricity cost of hydrogen production accounts for 42.38% of the cost of hydrogen production. This research results provide a solution for the supply of green hydrogen energy in China, and also provide a new idea for constructing a new energy transportation channel.

Key words: hydrogen storage, renewable energy, technical feasibility, economic feasibility

CLC Number:

TK 91

Yu LAN, Yan LONG, Zhehao ZHANG, Jingang RUAN. Technical and Economic Feasibility of Inter-Provincial Supply of Renewable Energy Hydrogen Production[J]. Power Generation Technology, 2023, 44(4): 473-483.

Figures/Tables 19

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技术特征	高压气态氢运输	低温液态氢运输	管道运输(专属)	管道运输(天然气掺氢)	固态储氢运输
运输设备	长管拖车	液氢罐车	氢气管道	天然气管道	金属氢化物等
运输条件	高压常温	常压低温	高压常温	高压常温	常温常压
优点	①运输方便；②技术成熟；③压缩氢气能耗低；④充放速度快	①单车运输量大；②储运氢效率高；③广泛应用于航空航天领域	①连续运输，运输量大；②运输过程能耗低	①可利用现有西气东输管道，减少前期投资成本；②连续运输，运输量大	①体积储氢密度大；②中间体储运安全方便
缺点	①单车运输量少；②车身笨重，储运氢效率低；③气态运输安全较差	①液化氢气能耗高；②液态氢运输需保证低温，解决气化问题；③缺乏民用标准	①前期投资高，审批困难；②需保证上游氢源充足	①国内技术尚不成熟，相关操作参数(如掺氢比等)不确定；②氢气掺入使管道安全性下降	①质量储氢密度低；②固态储氢装置的充装和释放速率较慢
技术进展	35 MPa Ⅲ型瓶已实现国产化，沈阳斯林达等企业已掌握70 MPa Ⅲ型瓶核心技术	①欧、美、日等液氢技术发展已相对成熟；②中国数十年航天军事领域液氢发展已具备经验与能力	①全球范围内氢气输送管道总里程已超过4 600 km；②我国已建成氢气管道400 km(金陵—扬子，巴陵—长岭，济源—洛阳)	①国外已有VG2、NaturalHy等掺氢天然气输送项目；②国内朝阳市掺氢天然气管道安全关键技术验证项目正在进行	实验室研究阶段

技术特征	高压气态氢运输	低温液态氢运输	管道运输(专属)	管道运输(天然气掺氢)	固态储氢运输
运输设备	长管拖车	液氢罐车	氢气管道	天然气管道	金属氢化物等
运输条件	高压常温	常压低温	高压常温	高压常温	常温常压
优点	①运输方便；②技术成熟；③压缩氢气能耗低；④充放速度快	①单车运输量大；②储运氢效率高；③广泛应用于航空航天领域	①连续运输，运输量大；②运输过程能耗低	①可利用现有西气东输管道，减少前期投资成本；②连续运输，运输量大	①体积储氢密度大；②中间体储运安全方便
缺点	①单车运输量少；②车身笨重，储运氢效率低；③气态运输安全较差	①液化氢气能耗高；②液态氢运输需保证低温，解决气化问题；③缺乏民用标准	①前期投资高，审批困难；②需保证上游氢源充足	①国内技术尚不成熟，相关操作参数(如掺氢比等)不确定；②氢气掺入使管道安全性下降	①质量储氢密度低；②固态储氢装置的充装和释放速率较慢
技术进展	35 MPa Ⅲ型瓶已实现国产化，沈阳斯林达等企业已掌握70 MPa Ⅲ型瓶核心技术	①欧、美、日等液氢技术发展已相对成熟；②中国数十年航天军事领域液氢发展已具备经验与能力	①全球范围内氢气输送管道总里程已超过4 600 km；②我国已建成氢气管道400 km(金陵—扬子，巴陵—长岭，济源—洛阳)	①国外已有VG2、NaturalHy等掺氢天然气输送项目；②国内朝阳市掺氢天然气管道安全关键技术验证项目正在进行	实验室研究阶段

参数	国内	国际
氢源地	内蒙古乌海	澳大利亚黑斯廷斯
目的地	广东广州	日本神户
距离	2 500 km	8 000 km
氢能物态	液态	液态
运输工具	液氢罐车	液氢运输船
运量	1车	2.6 t(设计容量88 t)

参数	国内	国际
氢源地	内蒙古乌海	澳大利亚黑斯廷斯
目的地	广东广州	日本神户
距离	2 500 km	8 000 km
氢能物态	液态	液态
运输工具	液氢罐车	液氢运输船
运量	1车	2.6 t(设计容量88 t)

成本项	构成
设备	锂电池
	制氢设备
	氢气压缩机
土地与建设	土地
土地与建设	建设
运行与维护	制氢用电
	原料水
	冷却水
	氢氧化钾
	人工
	维护