根據(jù)美國(guó)能源部（DOE）的目標(biāo)，到2030年可再生氫生產(chǎn)成本降至1美元/kg。ALK、PEM、SOEC和AEM是電解水制氫的四大技術(shù)路線，而ALK和PEM已步入商業(yè)化應(yīng)用，這兩者的制氫成本是多少，成本構(gòu)成如何，1美元/kg的氫氣是否能夠?qū)崿F(xiàn)？這些將為綠氫的降本增效提供發(fā)力方向。

一、ALK和PEM水電解制氫系統(tǒng)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)

以裝機(jī)20MW、年有效運(yùn)行時(shí)間4000h的電解水制氫廠為基礎(chǔ)進(jìn)行測(cè)算（不含土建）。電解水設(shè)備參數(shù)取目前市場(chǎng)水平：ALK水電解系統(tǒng)150萬(wàn)元/MW、制氫能耗5kWh/Nm3、使用壽命80000h、維護(hù)費(fèi)用每年為設(shè)備成本的5%；PEM水電解系統(tǒng)700萬(wàn)元/MW、制氫能耗5kWh/Nm3、使用壽命40000h、維護(hù)費(fèi)用每年為設(shè)備成本的1%。

表1：ALK和PEM水電解制氫系統(tǒng)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)

資料來(lái)源：公開資料，香橙會(huì)研究院

二、ALK和PEM水電解制氫系統(tǒng)制氫成本

根據(jù)以上基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，計(jì)算得出ALK和PEM制氫成本分別是21.55、29.89元/kg。具體到細(xì)分環(huán)節(jié)上：主要是電解水設(shè)備導(dǎo)致差距較大，PEM成本是ALK的4.7倍，并且使用壽命相差較大；由于PEM產(chǎn)氫壓力高，使用維護(hù)方便，在儲(chǔ)氫設(shè)施和維護(hù)費(fèi)用上低于ALK；此外PEM占地面積小，考慮土建后，成本劣勢(shì)將進(jìn)一步縮小。

表2：ALK和PEM水電解制氫成本

資料來(lái)源：香橙會(huì)研究院

從兩種電解水系統(tǒng)制氫成本構(gòu)成看，電力成本分別占77.42%、55.81%，因此降低綠氫成本，現(xiàn)階段主要的方向應(yīng)是降低電力價(jià)格。具體到技術(shù)路線上，ALK設(shè)備占成本的4.84%、PEM設(shè)備占成本的32.56%，因此PEM制氫技術(shù)路線若要?jiǎng)俪鲞�需要在設(shè)備價(jià)格上進(jìn)行大幅的降低和使用壽命上的提高。其余各項(xiàng)兩者差別不大。

圖1：ALK和PEM各環(huán)節(jié)制氫成本占比

資料來(lái)源：香橙會(huì)研究院

三、單因素敏感性分析

對(duì)ALK和PEM電解水制氫成本主要影響因素進(jìn)行單因素敏感性分析，若每年生產(chǎn)時(shí)間提高10%，則ALK制氫成本降低16%、PEM減低11%，反之生產(chǎn)時(shí)間減少10%，則ALK制氫成本提高20%、PEM提高13%。在制氫成本影響因素中系統(tǒng)能耗和電價(jià)影響最大，而能耗直接影響用電量的多少、定性分析兩者相關(guān)性較大；在ALK中設(shè)備成本影響最低、在PEM中設(shè)備成本影響依然較大；系統(tǒng)年生產(chǎn)時(shí)間的敏感系數(shù)大于單因素變化率。

表3：ALK和PEM水電解制氫成本敏感因素分析

資料來(lái)源：香橙會(huì)研究院

四、ALK水電解系統(tǒng)不同因素下的制氫成本

根據(jù)香橙會(huì)研究院統(tǒng)計(jì)，2021年中國(guó)堿性電解槽出貨量占比97%，2022年占比95%，預(yù)計(jì)2023年全年占比93%，由于較大的成本優(yōu)勢(shì)和技術(shù)成熟度，ALK水電解制氫系統(tǒng)占據(jù)主要的市場(chǎng)份額。結(jié)合上述成本構(gòu)成、敏感性分析和現(xiàn)實(shí)應(yīng)用場(chǎng)景，電力價(jià)格和年生產(chǎn)時(shí)間將是影響未來(lái)制氫成本的主要因素。當(dāng)電價(jià)低于0.1元/kWh時(shí)，制氫成本均在15元/kg以內(nèi)，當(dāng)電價(jià)低于0.2元/kWh、年運(yùn)行時(shí)間4000h以上時(shí)，制氫成本在20元/kg以內(nèi)。

表4：不同電價(jià)和年生產(chǎn)時(shí)間場(chǎng)景下制氫成本（元/kg）

資料來(lái)源：香橙會(huì)研究院

五、結(jié)論與討論

1、當(dāng)前ALK制氫系統(tǒng)相較PEM成本優(yōu)勢(shì)明顯，主要在于PEM設(shè)備成本是ALK的4-5倍，并且在使用壽命上差距較大。

2、無(wú)論ALK還是PEM制氫成本中，電力成本都是主要構(gòu)成，在50-80%之間。因此，綠氫降本中綠電降本是重要因素，綠氫的發(fā)展主要依賴我國(guó)西部、北部風(fēng)光資源豐富地區(qū)以及東部海上風(fēng)電地區(qū)。

3、在因素敏感性分析中，年運(yùn)行時(shí)間、設(shè)備成本、系統(tǒng)能耗、電價(jià)等都是綠氫降本的有效途徑，其中系統(tǒng)能耗和電價(jià)的降低最有效。

4、ALK制氫系統(tǒng)中，電價(jià)低于0.1元/kWh，或電價(jià)低于0.2元/kWh、年運(yùn)營(yíng)時(shí)間4000h以上時(shí)，制氫成本在15元/kg以內(nèi)；若年運(yùn)營(yíng)時(shí)間在8000h,則制氫成本在8.52元/kg。

5、預(yù)計(jì)未來(lái)綠氫成本的降低，將是技術(shù)進(jìn)步、效率提高、規(guī)模化生產(chǎn)等多因素共同作用的結(jié)果，而且根據(jù)事物發(fā)展規(guī)律，綠氫平價(jià)的到來(lái)不是按部就班的發(fā)展，而是某些因素的突破，迎來(lái)這個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)。因此，行業(yè)內(nèi)要時(shí)刻關(guān)注這些因素的發(fā)展，隨時(shí)準(zhǔn)備迎接平價(jià)時(shí)代的到來(lái)。

       原文標(biāo)題 : 模型推演：1美元/kg的綠氫是否能夠?qū)崿F(xiàn)？