中国科学院上海高等研究院唐志永研究员和陈倩倩副研究员所带领的工程科学团队，在绿色甲醇供应链的系统优化和技术-经济性评估研究中取得重要进展，研究成果以“Techno-economic analysis of green methanol plant with optimal design of renewable hydrogen production: A case study in China”为题近日发表在能源领域期刊《International Journal of Hydrogen Energy》（IF =5.816）。论文第一作者为我院职工顾宇和汪丹峰。
在我国提出碳达峰和碳中和目标的大背景下，利用可再生能源将二氧化碳转化为甲醇已引起广泛关注。该路线利用可再生能源电解水制取氢气，再利用二氧化碳加氢技术生产绿色甲醇。然而，在将可再生能源系统与化工生产过程耦合时，化工系统持续稳定的氢气需求与可再生能源系统的间歇性和波动性之间存在矛盾。因此，考虑上游可再生能源制氢系统的设计与优化，以更好地匹配下游需求，对于整个绿色甲醇系统的实现至关重要。基于此，研究团队以位于青海的10kt/a的绿色甲醇厂为基准，设计并优化了三种不同的可再生能源供氢-供电系统为整个绿色甲醇厂提供稳定的氢气和电力，分别为：风-储、光伏-储、风-光-储微电网供能供氢系统。
对于上游制氢-供电系统，结果表明风-光-储系统相比其他系统，上游电力输出更稳定，从而使得电解槽和储罐等组件所需容量更小，因此风-光-储系统的总净现成本（NPC）和平准化能源成本（LCOE）均表现出最佳的经济竞争力，单位制氢成本为22.2元/kg。在该系统中，风电和光伏分别提供78%和21%的电力。
就整个系统而言，由风光互补供能的绿色甲醇系统经济性最优，考虑副产氧气的经济效益（售价1000元/吨），其甲醇的平准化成本（LCOH）为3498 元/吨。敏感性结果表明，1）风机成本是影响该系统投资成本最大的经济因素；2）副产品氧气是否销售和二氧化碳捕集来源对甲醇运行成本有显著影响；3）如果考虑碳税，风光互补供能供氢的绿色甲醇系统将有潜力与传统甲醇装置竞争。
该工作获得了壳牌前瞻科学项目的资助。
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Fig.1 Overview of the green Methanol plant via CO2 hydrogenation
Fig.2 Cost summary of upstream hybrid energy system for different configurations
Fig.3 Effect of carbon tax on LCOM of the PV-Wind-H2-methanol system