中國儲能網(wǎng)訊：化石原料制氫成本較低，為當(dāng)前制氫的主要手段。
目前制氫路線主要分為三種：灰氫、副產(chǎn)氫及綠氫，在當(dāng)下各具備一定的優(yōu)劣勢。從最終產(chǎn)物純度來看，電解水制氫（綠氫）純度最高，但受限于當(dāng)前電解水制氫成本較另外兩種明顯更高，因此產(chǎn)量占比較低。化石能源制氫（灰氫）及副產(chǎn)氫目前技術(shù)成熟，制氫成本較低，但生產(chǎn)受到地理限制，一般在靠近礦產(chǎn)的工業(yè)區(qū)，且生產(chǎn)過程碳排放量較大。因此，與早期風(fēng)力、光伏發(fā)電類似，技術(shù)不完善、上游成本高使得來源轉(zhuǎn)向了碳排放量較大的化石能源。
“貧油少氣”的資源稟賦決定了我國煤制氫為化石燃料制氫的主要方式。
受限于我國“貧油少氣”的資源稟賦，盡管均以化石能源制氫為主要手段，但我國煤制氫占比高達 43%，天然氣及、石油制氫僅占 29%，而全球制氫方式中，煤制氫占比僅為 18%，天然氣占比達到 48%。電解水制氫方面我國 2020 年未產(chǎn)生大規(guī)模電解水制氫產(chǎn)量，產(chǎn)量微小，預(yù)計隨制取設(shè)備成本以及綠電價格下降，未來電解水制氫占比將不斷上升。
考慮碳排放成本情況下，煤制氫成本略高于天然氣制氫。
根據(jù)測算，在煤價及天然氣價格均屬正常區(qū)間（煤價：800 元/噸，天然氣：2.5 元/Nm3）時，天然氣制氫成本略高于煤制氫。由于天然氣占制氫總成本比例達 73%，煤炭占比約為 54%，天然氣制氫對于原料價格更為敏感。若考慮碳排放成本，假設(shè)征收 175 元/噸 CO2 情況下，單位天然氣制氫成本將增加 0.84 元/公斤，單位煤制氫成本則會增加 3.85 元。未來更多產(chǎn)業(yè)將被納入碳交易市場情況下，天然氣制氫成本將可能低于煤制氫。
資源豐富，但氫能產(chǎn)業(yè)長期發(fā)展無法完全依賴副產(chǎn)氫。
我國工業(yè)副產(chǎn)氫資源非常豐富，可作為我國氫能行業(yè)起步階段的過渡性氫源，根據(jù)測算，副產(chǎn)氫出廠價格僅略高于化石能源制氫。然而，副產(chǎn)氫資源分布不均，主要位于我國焦炭行業(yè)以及煤炭產(chǎn)地，即西北地區(qū)，難以覆蓋至東部、南部及中部地區(qū)，在考慮儲運成本后經(jīng)濟性大打折扣。此外，我國企業(yè)在環(huán)保、節(jié)能要求提高后加裝了副產(chǎn)氫回收裝置，從而使得大部分副產(chǎn)氫內(nèi)部消化。因此，從長期來看，副產(chǎn)氫不適合作為主要氫源。
綠氫，未來主流制氫技術(shù)。
電解水制氫主要有堿性電解（AWE）、質(zhì)子交換膜（PEM）電解、固體氧化物（SOEC）電解這三種技術(shù)路線。堿性電解水制氫技術(shù)路線成熟，設(shè)備造價低，更具經(jīng)濟性。PEM 電解水由于具有良好的對可再生能源發(fā)電波動的適應(yīng)性以及更高的能量轉(zhuǎn)化效率，目前已成為主流的電解水技術(shù)。根據(jù)國際能源署（IEA）數(shù)據(jù)顯示，2015-2019 年間，全球新增電解槽裝機中，PEM 電解槽裝機容量占比超過 80%。
綠氫制造過程中碳排放量極低，可充分助力“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)。根據(jù)測算，化石能源制氫由于利于含碳元素作為原料，不可避免地會產(chǎn)生碳排放，而綠氫利用水電、風(fēng)電以及光伏等可再生能源及水作為原料，可實現(xiàn)超低碳排的制氫效果。其中水電電解水制氫的單位碳排放<1 kg CO2/kg H2，光伏發(fā)電則<3 kg CO2/kg H2。在面臨“碳達峰”“碳中和”需求下，綠氫是最具可持續(xù)性且接近于無碳排放的選擇。
可再生能源資源豐富，我國綠氫開發(fā)具備資源稟賦優(yōu)勢。受益于我國“東高西低”的優(yōu)勢地理條件，我國水電資源得天獨厚，長江流域的大型水電享譽全球。新能源方面，根據(jù)中國氣象局風(fēng)能太陽能資源中心估計，我國陸地 70 米高度上風(fēng)功率密度達到 200W/㎡（瓦/平方米）以上的風(fēng)能資源技術(shù)可開發(fā)量為 50億千瓦，全國陸地太陽能資源理論儲量 1.86 萬億千瓦。綠氫所需可再生電力來源豐富，隨新能源裝機的高速推進，將有越來越多的可再生電力可用于制氫。
成本為當(dāng)前可再生能源制氫最大掣肘。電費是電解水制氫成本的主要組成部分，根據(jù)測算在電價成本為 0.3 元/kWh 的情況下，堿性與 PEM 電解水的制氫成本分別約為 21.6 元/kg、31.7 元/kg。在其他條件不變的情況下，若電解水制氫需要獲得與化石能源制氫相同的價格競爭力，則電價需降到 0.05 元/kWh。
還原碳成本，可再生電力及電解技術(shù)降本，綠氫降本空間極大。目前我國加速推進碳市場建立，充分還原碳排放的外部成本，隨碳價被納入各個領(lǐng)域，化石能源制氫較綠氫需考慮額外的碳排放成本，增加綠氫成本競爭力。此外，風(fēng)電、光伏目前各自通過風(fēng)機大型化、提升組件效率、規(guī)模化建設(shè)降低 EPC 成本情況下，可再生能源電價仍將繼續(xù)下降。目前能充分適應(yīng)風(fēng)電、光伏間歇發(fā)電特性的 PEM 電解水方式的關(guān)鍵材料與技術(shù)國產(chǎn)化率低，且未形成規(guī)模化，在裝置方面具備較大降本空間。
當(dāng)前電解水制氫可實現(xiàn)電能年際間轉(zhuǎn)移，助力消納新能源“棄風(fēng)棄光”。如前文所述，電力作為“過程性能源”在不轉(zhuǎn)換為其他能量的形式下無法實現(xiàn)能量在時間維度上的儲存。隨“雙碳”目標(biāo)的提出，新能源發(fā)電將成為電力系統(tǒng)的主要組成部分，由于我國優(yōu)秀風(fēng)光資源主要位于三北地區(qū)，距離電力核心消納區(qū)域存在距離。在此情況下，利用“棄風(fēng)棄光”制氫可以實現(xiàn)幫助消納風(fēng)光資源，在長期，隨電解水制氫以及儲運的成本下降，可建設(shè)大型風(fēng)電、光伏制氫基地，成為我國氫能的主要來源。
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