探究綠氫降本之路

本文對(duì)綠氫成本進(jìn)行了系統(tǒng)分析，對(duì)比堿性與質(zhì)子交換膜（PEM）電解制氫的平準(zhǔn)化成本（LCOH），并對(duì)風(fēng)光氫儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)模式及趨勢(shì)進(jìn)行研討，結(jié)果表明：以可再生能源如風(fēng)電、光伏、水電進(jìn)行電解水制氫，電價(jià)控制在0.25元/kwh以下時(shí)，制氫成本開(kāi)始具有相對(duì)經(jīng)濟(jì)性（15.3～20.9元/kg）。在碳中和目標(biāo)大背景下，隨著未來(lái)可再生能源發(fā)電成本的進(jìn)一步下降，制氫項(xiàng)目的規(guī)?；l(fā)展，電解槽能耗和投資成本的下降以及碳稅等政策的引導(dǎo)，綠氫的降本之路將逐漸明晰。

電解水制氫成本分析

當(dāng)前電解水制氫技術(shù)可分為堿性電解（ALK）、質(zhì)子交換膜電解（PEM）、固體氧化物電解（SOEC）三種，其中堿性電解與PEM電解技術(shù)應(yīng)用較為成熟。

表1 ALK與PEM電解水制氫技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比

電解制氫成本計(jì)算方法如下：

以1000Nm³H?/h堿性電解和PEM電解項(xiàng)目為例，假設(shè)項(xiàng)目全生命周期為20年，運(yùn)行壽命9萬(wàn)小時(shí)，固定成本涵蓋電解槽設(shè)備、氫氣純化裝置、材料費(fèi)、安裝服務(wù)費(fèi)、土建費(fèi)等項(xiàng)目，電價(jià)以0.3元/kWh計(jì)算，成本對(duì)比如下。

表2 ALK與PEM電解水制氫成本對(duì)比

注：①固定成本=制氫項(xiàng)目建設(shè)成本/kw×規(guī)模+安裝、土建等相關(guān)費(fèi)用；

②每年維護(hù)成本按總投資成本的3%計(jì)算

綜上計(jì)算可得，假設(shè)條件下的堿性和PEM電解項(xiàng)目的平準(zhǔn)制氫成本分別為17.71元/kg和23.3元/kg，其中，電費(fèi)分別占據(jù)80%和60%左右。

圖1 堿性電解制氫成本構(gòu)成

圖2 PEM電解制氫成本構(gòu)成

綠氫經(jīng)濟(jì)性對(duì)比及未來(lái)降本趨勢(shì)

與其他制氫方式相比，若可再生能源電價(jià)低于0.25元/kWh，綠氫成本可降至15元/kg左右，將開(kāi)始具有具有成本優(yōu)勢(shì)。同時(shí)由于傳統(tǒng)能源制氫會(huì)混雜眾多碳、硫、氯等相關(guān)雜質(zhì)，疊加提純、CCUS等成本，實(shí)際制取成本或?qū)⒊^(guò)20元/kg。

圖3 綠氫與其他制氫技術(shù)成本對(duì)比

與其他能源相比，當(dāng)前綠氫成本還是相對(duì)過(guò)高。以上節(jié)假設(shè)條件下可再生能源制氫的成本約為17.7元/kg（電價(jià)為0.3元/kWh），疊加儲(chǔ)運(yùn)成本10元/kg，加氫站壓縮、加注、運(yùn)營(yíng)等成本12元/kg，加氫端價(jià)格已達(dá)到近40元/kg。即便以當(dāng)前燃料電池汽車(chē)示范城市群規(guī)定的35元/kg的加氫價(jià)，燃料電池汽車(chē)燃料成本約為2.1-2.8元/km；柴油成本約為0.8-1.4元/km，汽油成本約為1元/km。可見(jiàn)綠氫降本還有很長(zhǎng)的路要走：

1.可再生能源發(fā)電成本將進(jìn)一步下降

未來(lái)十年我國(guó)風(fēng)電、光伏每年新增裝機(jī)規(guī)模預(yù)計(jì)分別在5000萬(wàn)kW和7000萬(wàn)kW左右，可再生能源發(fā)電成本將進(jìn)一步下降，部分地區(qū)甚至將低于平價(jià)上網(wǎng)，預(yù)計(jì)“十四五”期間可再生能源平均上網(wǎng)電價(jià)將降低到0.25元/kWh以下，對(duì)應(yīng)綠氫成本可降至15元/kg以下，到2030年綠氫潛在產(chǎn)能預(yù)計(jì)可以超過(guò)400萬(wàn)噸

2.核心技術(shù)設(shè)備與國(guó)際水平差距將逐漸縮小，制氫項(xiàng)目建設(shè)成本將大幅下降

未來(lái)通過(guò)規(guī)模效應(yīng)以及關(guān)鍵核心技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化突破，電解槽的生產(chǎn)成本也將大幅度降低。預(yù)計(jì)到2030年，國(guó)內(nèi)堿性電解槽的成本將從目前的2000元/kW降至700-900元/kW，到2050年，可降至530-650元/kW；兆瓦級(jí)的PEM系統(tǒng)前期投入將從現(xiàn)在的8000元/kW降至到2030年的3000-6700元/kW，到2050年進(jìn)一步降至630-1450元/kW。

結(jié)合以上降本因素，我國(guó)“十四五”期間綠氫平均綜合成本將降至20元/kg以?xún)?nèi)；遠(yuǎn)期我國(guó)將以可再生能源發(fā)電制氫為主，綠氫平均綜合成本有望降至10元/kg。

利用“三北”地區(qū)可再生能源優(yōu)勢(shì)，可建立風(fēng)光氫儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)集群

作為清潔能源的重要組成，我國(guó)新能源發(fā)電在快速規(guī)?；l(fā)展的同時(shí)，也面臨著消納利用不充分等問(wèn)題，新能源消納問(wèn)題較為突出，其中棄風(fēng)棄光主要集中于“三北”地區(qū)的新疆、青海、甘肅、內(nèi)蒙古等地區(qū)。2020年“三北”地區(qū)棄風(fēng)電量總計(jì)150億千瓦時(shí)，占全國(guó)棄風(fēng)總量的90%，棄風(fēng)率為5.2%；2020年“三北”地區(qū)棄光電量總計(jì)45.1億千瓦時(shí)，占全國(guó)棄光總量的85.7%，棄光率為3.16%。

當(dāng)下，“三北”地區(qū)風(fēng)能、光能資源富集地區(qū)應(yīng)加快可再生能源與氫能技術(shù)的耦合，充分發(fā)揮氫能存儲(chǔ)功效，降低甚至消除地區(qū)可再生能源棄電量，將低成本、清潔的電力轉(zhuǎn)化為氫能，提高可再生能源與氫能綜合利用效率。同時(shí)，隨著儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)的突破，該地區(qū)的低碳?xì)淇奢斔偷接脷浼蹍^(qū)，也可成為氫能投資示范項(xiàng)目的重點(diǎn)選擇區(qū)域。為低成本、大規(guī)模的綠氫制備打好基礎(chǔ)，也為在全國(guó)范圍內(nèi)推廣可再生能源與氫能綜合高效應(yīng)用、推進(jìn)低成本產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程發(fā)揮重要示范作用，加快氫能在交通、化工等領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展。

來(lái)源：中國(guó)產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進(jìn)會(huì)氫能分會(huì)