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    探究綠氫降本之路:可再生能源制氫經濟性分析及趨勢預測

    發布日期: 2021-09-22
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    為實現碳減排和化石能源替代的目標,通過風光電力制取氫、獲得新能源載體的“可再生能源-氫能"模式,將是未來規?;l展氫能產業的必然選擇。當前,通過可再生能源發電制取“綠氫"的成本仍然較高,一方面是由于現階段制氫項目總體規模較小,另一方面是由于電解槽的能耗和初始投資成本較高。

    本文對綠氫成本進行了系統分析,對比堿性與質子交換膜(PEM)電解制氫的平準化成本(LCOH),并對風光氫儲產業模式及趨勢進行研討,結果表明:以可再生能源如風電、光伏、水電進行電解水制氫,電價控制在0.25元/kwh以下時,制氫成本開始具有相對經濟性(15.3~20.9元/kg)。在碳中和目標大背景下,隨著未來可再生能源發電成本的進一步下降,制氫項目的規?;l展,電解槽能耗和投資成本的下降以及碳稅等政策的引導,綠氫的降本之路將逐漸明晰。

    電解水制氫成本分析

    當前電解水制氫技術可分為堿性電解(ALK)、質子交換膜電解(PEM)、固體氧化物電解(SOEC)三種,其中堿性電解與PEM電解技術應用較為成熟。

    表1 ALK與PEM電解水制氫技術經濟指標對比

    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備、氫氣純化裝置、材料費、安裝服務費、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:固定成本=制氫項目建設成本/kw×規模+安裝、土建等相關費用;

    每年維護成本按總投資成本的3%計算

    綜上計算可得,假設條件下的堿性和PEM電解項目的平準制氫成本分別為17.71元/kg和23.3元/kg,其中,電費分別占據80%和60%左右。

    圖1 堿性電解制氫成本構成

    圖2 PEM電解制氫成本構成

    綠氫經濟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勢。同時由于傳統能源制氫會混雜眾多碳、硫、氯等相關雜質,疊加提純、CCUS等成本,實際制取成本或將超過20元/kg。

    圖3 綠氫與其他制氫技術成本對比

    與其他能源相比,當前綠氫成本還是相對過高。以上節假設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,加氫端價格已達到近40元/kg。即便以當前燃料電池汽車示范城市群規定的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.可再生能源發電成本將進一步下降

    未來十年我國風電、光伏每年新增裝機規模預計分別在5000萬kW和7000萬kW左右,可再生能源發電成本將進一步下降,部分地區甚至將低于平價上網,預計“十四五"期間可再生能源平均上網電價將降低到0.25元/kWh以下,對應綠氫成本可降至15元/kg以下,到2030年綠氫潛在產能預計可以超過400萬噸

    2.核心技術設備與國際水平差距將逐漸縮小,制氫項目建設成本將大幅下降

    未來通過規模效應以及關鍵核心技術的國產化突破,電解槽的生產成本也將大幅度降低。預計到2030年,國內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系統前期投入將從現在的8000元/kW降至到2030年的3000-6700元/kW,到2050年進一步降至630-1450元/kW。

    結合以上降本因素,我國“十四五"期間綠氫平均綜合成本將降至20元/kg以內;遠期我國將以可再生能源發電制氫為主,綠氫平均綜合成本有望降至10元/kg。

    利用“三北"地區可再生能源優勢,可建立風光氫儲產業集群

    作為清潔能源的重要組成,我國新能源發電在快速規?;l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,其中棄風棄光主要集中于“三北"地區的新疆、青海、甘肅、內蒙古等地區。2020年“三北"地區棄風電量總計150億千瓦時,占全國棄風總量的90%,棄風率為5.2%;2020年“三北"地區棄光電量總計45.1億千瓦時,占全國棄光總量的85.7%,棄光率為3.16%。

    當下,“三北"地區風能、光能資源富集地區應加快可再生能源與氫能技術的耦合,充分發揮氫能存儲功效,降低甚至消除地區可再生能源棄電量,將低成本、清潔的電力轉化為氫能,提高可再生能源與氫能綜合利用效率。同時,隨著儲運技術的突破,該地區的低碳氫可輸送到用氫集聚區,也可成為氫能投資示范項目的重點選擇區域。為低成本、大規模的綠氫制備打好基礎,也為在全國范圍內推廣可再生能源與氫能綜合高效應用、推進低成本產業化進程發揮重要示范作用,加快氫能在交通、化工等領域的應用及發展。

    文章來源:第一元素網--騰訊網  侵刪

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