与化石能源制氢相比,PEM和AWE制氢技术在生产运行成本与设备投资成本上仍然是相对昂贵的。但考虑到技术快速进步、相应零部件供应增加、巨大氢能市场需求和能源战略部署等因素,这两项电解制氢技术在降低成本方面极具发展潜力。
而对于固体氧化物以及阴离子交换膜电解技术而言,成本降低相对困难,因为只有少数几家公司在其商业化方面努力。此外,其许多组件仍停留于实验室规模的水平,没有原始制造商开展生产和商业化。与AWE或PEM电解制氢相比,固体氧化物以及阴离子交换膜电解技术发展任重道远。
成本组成
电解水制氢成本一般包括:①设备成本;②能源成本(电力);③其他运营费用;④原料费用(水)。其 中,能源成本即电力成本占比最大,一般为40%~60%(AWE/PEM),甚至可达80%,该部分主要由能源转化效率(即电解制氢效率)因素驱动,设备成本占比次之。如图5所示,依据国际可再生能源署IRENA(2020)的测算结果,相比于电价65美元/MWh(0.42元/kWh)时,当电价为20美元/MWh(0.13元/kWh)时制氢成本大幅下降,且下降幅度明显高于由于电解槽设备成本降低(由1000美元/kW降至650美元/kW)带来的成本下降幅度,即设备成本的降低不能弥补高电价带来的影响。
图 1 1MW碱性电解槽的成本组成
图 2 1MW PEM电解槽的成本组成
对于中国市场而言,当制氢成本降至20元/kg以下时,相比于化石能源制氢,电解制氢才具有一定的竞争优势,此时可再生能源电价需降低至0.3元/kWh以下。据IRENA与Hydrogen Council预测,到2050年可再生能源制氢成本将降至1美元/kg(6.5元/kg),如图3和图4所示。
计算假设:2020年产氢能耗51.2 kWh/kg,2050年产氢能耗43.8 kWh/ kg,折旧率8%,电解槽寿命80 000 h,2020年电解槽设备成本为650~1000美 元/kW,2050年成本为130~307美元/kW,且部署容量为1~5 TW。
图 3 2020—2050年期间绿氢成本变化趋势
计算假设:天然气价格2.5~6.4美元/GJ,平准化电力成本25~73美元/ MWh(2020年)、13~37美元/MWh(2030年)、7~25美元/MWh(2050年)
图 4 不同生产路径氢气成本变化趋势
▲电解水示意图
▲电解水示意图-可再生能源图
▲变弃为宝
▲绿氢应用
▲绿氢优势
▲成本下降曲线
▲氢能支撑直流微网技术验证及工程示范平台
▲氢能产业建链延链强链示意图
报告节选
摘要
一、绿氢成本现状
二、绿氢成本预测
三、绿氢成本竞争力