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探究綠氫降本之路

能源發(fā)展網(wǎng)發(fā)布時間:2021-09-18 00:00:00

為實現(xiàn)碳減排和化石能源替代的目標(biāo),通過風(fēng)光電力制取氫、獲得新能源載體的“可再生能源-氫能”模式,將是未來規(guī)?;l(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)的必然選擇。當(dāng)前,通過可再生能源發(fā)電制取“綠氫”的成本仍然較高,一方面是由于現(xiàn)階段制氫項目總體規(guī)模較小,另一方面是由于電解槽的能耗和初始投資成本較高。

 

本文對綠氫成本進(jìn)行了系統(tǒng)分析,對比堿性與質(zhì)子交換膜(PEM)電解制氫的平準(zhǔn)化成本(LCOH),并對風(fēng)光氫儲產(chǎn)業(yè)模式及趨勢進(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,電價控制在0.25元/kwh以下時,制氫成本開始具有相對經(jīng)濟(jì)性(15.3~20.9元/kg)。在碳中和目標(biāo)大背景下,隨著未來可再生能源發(fā)電成本的進(jìn)一步下降,制氫項目的規(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)對比

 

電解制氫成本計算方法如下:

 

 

以1000Nm³H?/h堿性電解和PEM電解項目為例,假設(shè)項目全生命周期為20年,運行壽命9萬小時,固定成本涵蓋電解槽設(shè)備、氫氣純化裝置、材料費、安裝服務(wù)費、土建費等項目,電價以0.3元/kWh計算,成本對比如下。

 

表2 ALK與PEM電解水制氫成本對比

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

②每年維護(hù)成本按總投資成本的3%計算

 

綜上計算可得,假設(shè)條件下的堿性和PEM電解項目的平準(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)性對比及未來降本趨勢

 

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

 

圖3 綠氫與其他制氫技術(shù)成本對比

 

與其他能源相比,當(dāng)前綠氫成本還是相對過高。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(電價為0.3元/kWh),疊加儲運成本10元/kg,加氫站壓縮、加注、運營等成本12元/kg,加氫端價格已達(dá)到近40元/kg。即便以當(dāng)前燃料電池汽車示范城市群規(guī)定的35元/kg的加氫價,燃料電池汽車燃料成本約為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??梢娋G氫降本還有很長的路要走:

1.可再生能源發(fā)電成本將進(jìn)一步下降

未來十年我國風(fēng)電、光伏每年新增裝機(jī)規(guī)模預(yù)計分別在5000萬kW和7000萬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)甚至將低于平價上網(wǎng),預(yù)計“十四五”期間可再生能源平均上網(wǎng)電價將降低到0.25元/kWh以下,對應(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)計可以超過400萬噸

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

未來通過規(guī)模效應(yīng)以及關(guān)鍵核心技術(shù)的國產(chǎn)化突破,電解槽的生產(chǎn)成本也將大幅度降低。預(yù)計到2030年,國內(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“十四五”期間綠氫平均綜合成本將降至20元/kg以內(nèi);遠(yuǎn)期我國將以可再生能源發(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,可建立風(fēng)光氫儲產(chǎn)業(yè)集群

 

作為清潔能源的重要組成,我國新能源發(fā)電在快速規(guī)?;l(fā)展的同時,也面臨著消納利用不充分等問題,新能源消納問題較為突出,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150億千瓦時,占全國棄風(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45.1億千瓦時,占全國棄光總量的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,隨著儲運技術(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目的重點選擇區(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。

 

來源:中國產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進(jìn)會氫能分會

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