中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：11月24-26日，由湖南省工業(yè)和信息化廳、湖南省商務(wù)廳、長(zhǎng)沙市人民政府、中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)聯(lián)合主辦，100余家機(jī)構(gòu)共同支持的湖南（長(zhǎng)沙）電池博覽會(huì)暨第二屆中國(guó)國(guó)際新型儲(chǔ)能技術(shù)及工程應(yīng)用大會(huì)在長(zhǎng)沙圣爵菲斯大酒店召開(kāi)。此次大會(huì)主題是“新能源、新機(jī)遇、新高度”。
會(huì)議期間，組委會(huì)邀請(qǐng)了國(guó)網(wǎng)山東經(jīng)研院規(guī)劃評(píng)審中心博士孫東磊分享主題報(bào)告《電制氫促進(jìn)山東新能源消納的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析》。以下是發(fā)言主要內(nèi)容：
孫東磊：大家上午好！我是國(guó)網(wǎng)山東經(jīng)研院的孫東磊，下面我來(lái)匯報(bào)由我們團(tuán)隊(duì)完成的電制氫促進(jìn)山東新能源消納的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析相關(guān)成果。
匯報(bào)主要分為以下四個(gè)部分。
首先匯報(bào)電制氫的發(fā)展背景。截至今年7月底，山東風(fēng)光總裝機(jī)容量已達(dá)5700萬(wàn)千瓦以上，預(yù)計(jì)到2025年山東風(fēng)光總裝機(jī)將達(dá)9300萬(wàn)千瓦，隨著山東新能源裝機(jī)迅猛增長(zhǎng)，消納形勢(shì)越來(lái)越嚴(yán)峻，2021年全年棄電量8.8億千瓦時(shí)，2022年截至7月底，棄電量已超過(guò)21年全年的數(shù)據(jù)。因此為進(jìn)一步促進(jìn)山東新能源消納的能力，需要探索多種新能源消納的手段，氫能是一種零碳高效的能源形式，目前在氫能政策研究方面，氫能源的利用尚處在培育期，未來(lái)氫能燃料電池汽車(chē)市場(chǎng)有望成為氫能源的主要消費(fèi)端，政府逐年加大了政策引導(dǎo)支持力度，并且政府在最新的政策中也提出，要鼓勵(lì)有條件的地區(qū)利用可再生能源來(lái)制氫，山東省也陸續(xù)出臺(tái)各項(xiàng)政策，全力支持氫能發(fā)展。
總體來(lái)看，山東省氫能產(chǎn)業(yè)政策框架初步形成，具備了較為完善的產(chǎn)業(yè)政策體系，特別是在制氫站相關(guān)政策方面，山東已逐步放寬了對(duì)制氫站的審批。從安全情況來(lái)看，目前氫能按?；穪?lái)管控，其在生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)藏、加注、使用等各個(gè)環(huán)節(jié)的要求均比較苛刻。實(shí)際上氫氣雖是易燃易爆氣體，但是爆炸條件并不容易形成，并且目前山東省也放寬了對(duì)制氫加氫站的場(chǎng)地和資金的限制，這為就地就近利用網(wǎng)電發(fā)展制加氫業(yè)務(wù)奠定了基礎(chǔ)。
綜合上述前提，氫能是實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的重要載體，氫能產(chǎn)業(yè)化發(fā)展也具備一定的政策基礎(chǔ)和技術(shù)基礎(chǔ)。電制氫技術(shù)是促進(jìn)氫能源消納的重要途徑。
第二部分，氫能技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性的研究。
從產(chǎn)業(yè)角度來(lái)看，氫能產(chǎn)業(yè)鏈條長(zhǎng)、涉及能源、化工、交通等多個(gè)行業(yè)，從應(yīng)用角度，氫能產(chǎn)業(yè)鏈包括制、儲(chǔ)、運(yùn)、加氫與氫的綜合應(yīng)用。綜合電網(wǎng)企業(yè)的實(shí)際特點(diǎn)，本研究主要聚焦于氫能的供給側(cè)，即制、儲(chǔ)氫環(huán)節(jié)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究和消費(fèi)側(cè)需求的研判。
氫能供給側(cè)的相關(guān)情況，在氫能的生產(chǎn)方面，中國(guó)是世界第一產(chǎn)氫大國(guó)，氫氣產(chǎn)能約為每年4000萬(wàn)噸，目前氫的制儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)主要有三種較為成熟的技術(shù)路線(xiàn)：一是化石能源原料制氫，二是工業(yè)副產(chǎn)物制氫，三是電解水制氫。其中電制氫技術(shù)根據(jù)電解質(zhì)不同，主要可分為堿性、質(zhì)子交換膜、固體氧化物電解三大類(lèi)，PEM電解水制氫技術(shù)可快速啟動(dòng)，無(wú)污染與雙碳背景下新能源發(fā)展形勢(shì)更為契合，而堿水制氫則存在環(huán)境污染和啟動(dòng)速度較慢的問(wèn)題。
在電制氫設(shè)備方面，我國(guó)堿水電解制氫的發(fā)展時(shí)間較早，目前已經(jīng)充分國(guó)產(chǎn)化。近年來(lái)國(guó)內(nèi)PEM電解槽材料企業(yè)開(kāi)始陸續(xù)進(jìn)場(chǎng)，開(kāi)啟國(guó)產(chǎn)化之路。在氫的儲(chǔ)存方面，目前高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫的技術(shù)比較成熟，液態(tài)儲(chǔ)氫應(yīng)用范圍較小，固態(tài)和有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫目前尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，在氫的運(yùn)輸方面，氫的運(yùn)輸方式包括道路、車(chē)輛、鐵路、輪船、管道運(yùn)輸四種，現(xiàn)階段我國(guó)普遍采用20兆帕氣態(tài)高壓儲(chǔ)氫與集束管車(chē)的運(yùn)輸方式，運(yùn)輸距離超過(guò)200公里后經(jīng)濟(jì)性大幅降低。
長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，發(fā)展多點(diǎn)供應(yīng)的氫能制加一體和建設(shè)完善的管網(wǎng)體系，是解決區(qū)位氫源供需錯(cuò)配的根本途徑。
加氫站是實(shí)現(xiàn)氫能分配不可或缺的部分，目前我國(guó)的加氫站以外供氫為主，站內(nèi)采用高壓氣氫儲(chǔ)存技術(shù)。從技術(shù)水平來(lái)看，我國(guó)加氫站相關(guān)技術(shù)正逐步國(guó)產(chǎn)化，35兆帕加氫站技術(shù)已趨于成熟，從加氫站建設(shè)參與主體來(lái)看，多元化趨勢(shì)明顯，截至今年上半年已累計(jì)建成加氫站超270座，居世界首位。根據(jù)我們調(diào)研結(jié)果，目前山東省的制氫能力約為每年438萬(wàn)噸，大部分為工業(yè)副產(chǎn)氫，運(yùn)輸方式主要采用20兆帕，高壓長(zhǎng)管拖車(chē)方式，全省的加氫站已建成25座，日加氫能力2萬(wàn)公斤。根據(jù)規(guī)劃到2025年，山東全省的車(chē)用燃料氫共總共氫能力達(dá)到5萬(wàn)噸每噸，建成低壓純氫管網(wǎng)150公里以上，累計(jì)建成加氫站100座。
綜上，從氫能供給側(cè)的研究結(jié)果來(lái)看，采用PEM電解水制氫是未來(lái)電制氫基礎(chǔ)的方向，
氫能消費(fèi)側(cè)研究總體上來(lái)看，氫能應(yīng)用場(chǎng)景豐富，可廣泛應(yīng)用于化工、交通運(yùn)輸、能源、工業(yè)等領(lǐng)域。從調(diào)研結(jié)果來(lái)看，化工工業(yè)領(lǐng)域的運(yùn)行純度較低，對(duì)價(jià)格比較敏感，現(xiàn)階段市場(chǎng)已經(jīng)基本飽和。對(duì)于采用氫能作為電網(wǎng)儲(chǔ)能的路線(xiàn)，電氫電的效率低于30%，與電化學(xué)儲(chǔ)能競(jìng)爭(zhēng)不具備優(yōu)勢(shì)。從全國(guó)氫氣需求來(lái)看，目前氫氣主要還是作為工業(yè)原材料使用，預(yù)計(jì)未來(lái)隨著交通領(lǐng)域的氫能汽車(chē)的發(fā)展，交通領(lǐng)域?qū)⒊蔀闅淠艿闹饕M(fèi)市場(chǎng)。
就山東而言，在交通領(lǐng)域目前已累計(jì)推廣應(yīng)用燃料電池汽車(chē)超過(guò)1000余輛，預(yù)計(jì)到2025年達(dá)到1萬(wàn)輛，2030年達(dá)到5萬(wàn)輛，建成加氫站200座。目前青島、濰坊等市在交通領(lǐng)域存在用氫的需求，且數(shù)量較高，目前政府對(duì)于氫燃料汽車(chē)的支持力度較大。臨沂市將建設(shè)氫能城市配送車(chē)輛應(yīng)用示范項(xiàng)目，需配套建設(shè)小型化的制氫加氫站，其他領(lǐng)域方面，化工領(lǐng)域用氫需求不高，用量大，對(duì)價(jià)格敏感。目前全省化工領(lǐng)域氫氣價(jià)格在每千克20元以下，電子領(lǐng)域?qū)淦焚|(zhì)要求高，但用量小。
根據(jù)我們對(duì)于氫能消費(fèi)側(cè)的研究情況，我們認(rèn)為交通領(lǐng)域是用氫的潛在空間，并且青島濰坊存在較大規(guī)模的用氫需求，也存在小型化的示范需求。電子氫經(jīng)濟(jì)性研究氫能供應(yīng)鏈由氫制儲(chǔ)、氫儲(chǔ)運(yùn)氫加注三個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成。
首先匯報(bào)電制氫環(huán)節(jié)的成本，2021年12月山東開(kāi)啟了電力現(xiàn)貨結(jié)算試運(yùn)行，我們統(tǒng)計(jì)了去年12月至今年7月現(xiàn)貨市場(chǎng)5832個(gè)小時(shí)的電價(jià)情況，一次從這8個(gè)月421個(gè)小時(shí)的棄電段來(lái)看，平均交易電價(jià)為每度電兩分錢(qián)，折合到用戶(hù)側(cè)約為每度電3.3毛。二是我們利用5832小時(shí)的數(shù)據(jù)作為樣本應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析，預(yù)測(cè)了2022年全年的電價(jià)分布情況，從預(yù)測(cè)結(jié)果來(lái)看，電價(jià)較低的1000到4000小時(shí)，平均電價(jià)約為每千瓦時(shí)2毛6到4毛9，隨著利用小時(shí)的增加，電價(jià)也逐步上升。
因此在山東電力現(xiàn)貨市場(chǎng)電價(jià)出氫價(jià)格與年利用小時(shí)數(shù)分析的基礎(chǔ)上，我們結(jié)合兩種電制氫設(shè)備投資情況，進(jìn)行了電制氫生產(chǎn)成本的測(cè)算。經(jīng)測(cè)算得出，對(duì)于堿性水電解質(zhì)性來(lái)說(shuō)，每年利用小時(shí)數(shù)2000小時(shí)，此時(shí)電解制氫成本最優(yōu)，對(duì)于PEM電解純水制氫來(lái)說(shuō)，每年利用小時(shí)數(shù)4000小時(shí)，實(shí)施電解制氫成本最優(yōu)。
在運(yùn)氫成本方面，當(dāng)運(yùn)輸距離為100公里是20兆帕，長(zhǎng)管拖車(chē)運(yùn)輸氫氣的成本為9.6元每千克。隨著運(yùn)輸距離的增加，20兆帕和50兆帕運(yùn)輸條件下的成本逐漸分化，50兆帕下的成本優(yōu)勢(shì)也越來(lái)越明顯。
在加氫成本方面加氫站成本較高，單位氫氣成本約16元每千克，一方面由于氫氣性質(zhì)導(dǎo)致加氫站比傳統(tǒng)加油站工藝更加復(fù)雜，加氫站成本是等規(guī)模下傳統(tǒng)站投資成本的三倍。另一方面由于每日加氫量有限，造成折舊成本較高。
綜合以上分析，我們測(cè)算了電制氫的生產(chǎn)運(yùn)輸加注全產(chǎn)業(yè)鏈的氫氣成本，在加氫站外供氫供應(yīng)模式下，電解氫綜合成本遠(yuǎn)高于化石能源制氫及工業(yè)副產(chǎn)物氫，若能實(shí)現(xiàn)電解水制氫的就地應(yīng)用。堿水制氫綜合成本可降至48.6千克，與運(yùn)輸距離為200公里的化石能源制氫相當(dāng)，與運(yùn)輸距離為300公里的工業(yè)副產(chǎn)氫相當(dāng)，純水制氫綜合成本可降至64元每千克，但仍高于運(yùn)輸距離500公里以?xún)?nèi)的化石能源制氫及工業(yè)副產(chǎn)氫。
現(xiàn)階段山東電制氫經(jīng)濟(jì)性最高的應(yīng)用場(chǎng)景為制加氫一體帶，避免中間運(yùn)輸成本主要用于解決目前交通領(lǐng)域供需錯(cuò)配矛盾，實(shí)現(xiàn)電制氫就地就近供應(yīng)氫燃料汽車(chē)。
第三部分，山東電網(wǎng)促進(jìn)新能源消納電制氫示范應(yīng)用方案的研究。
綜合前述分析，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)和未來(lái)發(fā)展方向等方面綜合考慮，現(xiàn)階段山東電制氫比較可行的應(yīng)用路徑為，選擇環(huán)境電網(wǎng)友好型的PEM純水制氫技術(shù)，利用新能源低價(jià)電或電網(wǎng)低價(jià)電實(shí)現(xiàn)制加氫一體，避免中間運(yùn)輸成本，主要用于解決目前交通領(lǐng)域供需錯(cuò)配矛盾，實(shí)現(xiàn)電制氫就地就近供應(yīng)氫燃料汽車(chē)。我們選取了規(guī)?；茪渑c分布式制充換一體兩種應(yīng)用場(chǎng)景，并且按照市場(chǎng)分析基本方案、敏感性分析技術(shù)路線(xiàn)，對(duì)兩個(gè)場(chǎng)景進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性的分析，先分析地區(qū)的市場(chǎng)空間，然后確立基本的邊界條件，并開(kāi)展投資收益的估算。最后在此基礎(chǔ)上開(kāi)展相關(guān)的敏感性的分析。
首先匯報(bào)場(chǎng)景一的相關(guān)情況，從市場(chǎng)分析看，濰坊和青島地區(qū)的用氫需求均存在缺口，但是目前濰坊有多項(xiàng)在建或規(guī)劃的車(chē)用氫氫生產(chǎn)項(xiàng)目，項(xiàng)目2023年全部按期投產(chǎn)，近期濰坊地區(qū)市場(chǎng)飽和，2025年尚存在需求缺口。青島市目前內(nèi)部的車(chē)用氫生產(chǎn)項(xiàng)目較少，現(xiàn)階段至少存在0.5噸以上的需求缺口?？紤]到一般車(chē)用氫的加氫量為每次三四千克，建議可在兩地建設(shè)規(guī)?；萍託漤?xiàng)目。
下面匯報(bào)方案一的技術(shù)方案，從前期調(diào)研結(jié)果來(lái)看，青島和濰坊的氫價(jià)水平高，短期需求缺口都在500千克以上，因此我們建議規(guī)?；闹萍託湟惑w戰(zhàn)，設(shè)備配置按照兩套250標(biāo)方制氫設(shè)備，加氫站按照500千噸每天的能力來(lái)設(shè)計(jì)，運(yùn)行方式參照獨(dú)立電化學(xué)儲(chǔ)能電站運(yùn)行模式，優(yōu)先利用消納緊張時(shí)段的電力運(yùn)行，只在棄電概率最高時(shí)段來(lái)運(yùn)行，每日運(yùn)行8小時(shí)，年運(yùn)行約3000小時(shí)來(lái)測(cè)算，可消納新能源675萬(wàn)千瓦時(shí)，此時(shí)現(xiàn)貨預(yù)估價(jià)格為每度電4毛4，制加氫綜合成本為每千克71元，項(xiàng)目總投資4850萬(wàn)元。按照濰坊市60元每千個(gè)售氫價(jià)格來(lái)考慮，項(xiàng)目投資總收益率為百分之負(fù)3.07，處于微虧狀態(tài)。如果按照青島市每千克75元售氫價(jià)格來(lái)考慮，項(xiàng)目投資收益率為1.1%。
在幾種方案基礎(chǔ)上，我們考慮其他因素變化對(duì)收益的影響，相關(guān)敏感性測(cè)算結(jié)果如表所示（圖），可以看出對(duì)項(xiàng)目投資收益率影響較大的因素，有利用小時(shí)數(shù)售氫價(jià)格以及獲得額外的收入。
根據(jù)敏感性分析結(jié)論，考慮儲(chǔ)能的租賃收益、需求響應(yīng)收益，相對(duì)容易爭(zhēng)取相關(guān)的政策。則在疊加上述兩種額外收入的情形下，項(xiàng)目投資收益率為負(fù)的0.69%，基本處于盈虧平衡的狀態(tài)。進(jìn)一步爭(zhēng)取政府政策、免電價(jià)附加費(fèi)用，最理想狀態(tài)下，制加氫綜合成本為64.71元每千克，項(xiàng)目投資收益率為1.07%，處于微利狀態(tài)。
同時(shí)考慮到濰坊市近期出臺(tái)了對(duì)輸氫管道的支持政策，我們也研究了建設(shè)制氫站，不建設(shè)加氫站，電解水制氫后已注入輸氫管道方式銷(xiāo)售的備選方案，按照30元每千克售氫價(jià)格來(lái)考慮，項(xiàng)目投資收益率為負(fù)的8.61%，處于虧損狀態(tài)。按相同的計(jì)算原則，將各敏感性因素與基本方案的投資收益率進(jìn)行綜合對(duì)比分析，無(wú)論何種情況，投資收益率均為負(fù)值。
應(yīng)用場(chǎng)景二是依托臨沂市450輛換電和50輛氫能城市配送車(chē)輛應(yīng)用示范項(xiàng)目，利用換電站場(chǎng)地規(guī)劃建設(shè)氯電制加氫一體站一座，該項(xiàng)目制產(chǎn)氫36千克，可滿(mǎn)足示范項(xiàng)目的50輛氫能物流車(chē)用氫需求。項(xiàng)目的主要特點(diǎn)是充換電與制加氫一體化設(shè)計(jì)，利用棄風(fēng)、棄光電量和低谷電量為電池充電和制氫，同時(shí)在其他時(shí)段使用電池放電提供制氫電源，提高制氫設(shè)備的利用小時(shí)數(shù)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)新能源發(fā)電消納能力提升和用戶(hù)換電與用氫成本降低的協(xié)同效益。該項(xiàng)目的制氫系統(tǒng)按照日產(chǎn)氫36千克的小型化制氫系統(tǒng)來(lái)設(shè)計(jì)，按照制氫設(shè)備日運(yùn)行20小時(shí)，考慮在白天棄電概率最高時(shí)段和夜間其他棄電時(shí)段，制氫設(shè)備運(yùn)行，直接消納電網(wǎng)棄風(fēng)棄光電量，其余時(shí)段利用動(dòng)力電池存儲(chǔ)的棄風(fēng)棄光電量，為制氫設(shè)備提供電量，可同時(shí)滿(mǎn)足日均50輛電車(chē)的換電需求和氫能車(chē)用氫需求。項(xiàng)目投產(chǎn)后，在配置電池的情況下，每年將促進(jìn)新能源消納36萬(wàn)千瓦時(shí)，按照60元每千克售氫價(jià)格來(lái)考慮，項(xiàng)目處于未虧狀態(tài)，投資收益率為-2.04%，如果配置電池投資收益率為-6.05%。疊加儲(chǔ)能租賃收益及具有響應(yīng)收益的最可能條件下，項(xiàng)目投資收益率為-1.06%，仍處于微虧狀態(tài)，若可進(jìn)一步爭(zhēng)取政策免電價(jià)附加費(fèi)用，則最理想條件下自加氫綜合成本為60.6元，每千克項(xiàng)目投資稅率為0.83%，處于微利狀態(tài)。
最后總結(jié)一下，為促進(jìn)新能源消納采用PEM電制氫技術(shù)建設(shè)制加氫一體站，利用新能源消納緊張時(shí)段富于電力制氫，滿(mǎn)足當(dāng)?shù)貧洳牧掀?chē)供應(yīng)是經(jīng)過(guò)技術(shù)鑒定比較后的最優(yōu)方案，但是從投入產(chǎn)出來(lái)看，受制氫設(shè)備的成本，電價(jià)等因素影響，電制氫項(xiàng)目尚不具備大規(guī)模的推廣條件，可從技術(shù)和政策研究角度，探索開(kāi)展小型的示范項(xiàng)目。
