未來(lái)氫能時(shí)代 - 可再生能源制氫經(jīng)濟(jì)性研究

　　前言

　　未來(lái)是屬于氫能的時(shí)代？

　　現(xiàn)行的技術(shù)和需求是否已經(jīng)準(zhǔn)備好迎接氫能時(shí)代的到來(lái)？

　　2019年，彭博新能源財(cái)經(jīng)作為全球能源經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域內(nèi)的領(lǐng)先智庫(kù)，首次獨(dú)家對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行了自上而下、深入的系統(tǒng)性研究與分析。

　　本篇報(bào)告為該系列的第二篇長(zhǎng)篇報(bào)告，專注于可再生能源制氫的經(jīng)濟(jì)性研究。

　　發(fā)展氫能經(jīng)濟(jì)離不開(kāi)低成本、排放量小的大規(guī)模制氫方法。隨著可再生能源電力和電解槽的成本迅速下降，氫能經(jīng)濟(jì)距成為現(xiàn)實(shí)更進(jìn)一步。BNEF預(yù)計(jì)，利用可再生能源大規(guī)模制氫的成本將從2019年的2.5-6.8美元/千克，降到2030年的1.4 - 2.9美元/ 千克；到2050年，成本進(jìn)一步降至0.8 - 1.0美元/ 千克，甚至低于目前化石燃料制取氫（不含碳捕獲）1 - 1.8美元/ 千克的成本。氫氣的未來(lái)發(fā)展大有可期！

　　水電解制氫因其成本高、規(guī)模小，目前不是制氫的主流。2018年全年電解槽出貨規(guī)模僅135MW。根據(jù)技術(shù)和地理位置的不同，制氫平準(zhǔn)化成本在2.5 - 6.8美元/ 千克之間。中國(guó)制造商生產(chǎn)的堿性電解槽成本比歐美國(guó)家低得多，后者常常收不抵支。

　　隨著生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，電解槽的成本很可能下降。中國(guó)制造商已實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)低成本的堿性電解槽，其成本可進(jìn)一步下降。如果需求增長(zhǎng)，目前不太成熟的PEM純水電解水制氫的成本也可快速降低。BNEF估計(jì)，堿性電解裝置的成本可能從目前歐洲的1200美元/ 千瓦、中國(guó)的200美元/ 千瓦降至2030年的115 - 135美元/ 千瓦。長(zhǎng)期看來(lái)，到2050年，成本可降至80 - 98 美元/ 千瓦。兆瓦級(jí)的PEM系統(tǒng)前期投入可能從現(xiàn)在的1400美元/ 千瓦降至到2030年的440 - 1008美元/ 千瓦，到2050年進(jìn)一步降至95 - 217美元/ 千瓦。

　　堿性電解槽制氫是現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)性最佳的可再生能源制氫方法。到2050年，堿性電解槽制氫或?qū)⒊蔀榭稍偕茉粗茪涞闹髁骷夹g(shù)。業(yè)內(nèi)通常認(rèn)為，PEM電解槽的靈活性能更好地適應(yīng)可再生能源發(fā)電的波動(dòng)性。然而，堿性電解槽制氫在靈活供應(yīng)方面也表現(xiàn)良好，兩者的差距并不足以作為PEM溢價(jià)的理由。PEM電解槽占地面積小，對(duì)于面積有限的項(xiàng)目更適用，但對(duì)于大型項(xiàng)目而言，就不存在空間上的相對(duì)優(yōu)勢(shì)。

　　可再生能源制氫成本降低的前提是可再生能源電力成本低廉、供應(yīng)充足，可利用小時(shí)越多越好。我們預(yù)計(jì)，電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)充分優(yōu)化之后，光伏和/或風(fēng)電機(jī)組可直接為大型電解槽供電，2030年的成本僅為24 - 28美元/ 兆瓦時(shí)，2050年降至15 - 17美元/ 兆瓦時(shí)。BNEF的成本估值顯著低于其他機(jī)構(gòu)根據(jù)電網(wǎng)供電得出的估值。電解槽利用率可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)步提升，但成本最優(yōu)對(duì)應(yīng)的利用率方案如下：通過(guò)風(fēng)光一體化自備電站供電53％；自備風(fēng)電電站供電48％；或自備光伏電站供電32％。

　　隨著電解槽生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大、新能源大規(guī)模并網(wǎng)不斷優(yōu)化，BNEF預(yù)測(cè)，在風(fēng)光資源充足的地區(qū)，2030年可再生能源制氫成本可降至1.4 - 2.9美元/ 千克，到2050年僅為0.8 - 1.0美元/ 千克?？稍偕茉粗茪浜芸赡軙?huì)是成本最低的制氫方法，甚至低于目前成本為1 - 1.8美元/ 千克的化石燃料制氫成本（不含碳捕獲）。即使在像日本可再生資源成本較高的地區(qū)，2050年制氫成本僅約1.3美元/ 千克。

　　小規(guī)模、分布式可再生能源制氫，成本也可能越來(lái)越低。從2030年的1.9 - 5.7美元/ 千克，或降至2050年的1.1 - 3.3美元/ 千克，主要取決于電力成本。分布式光伏電站供電的電解槽制氫經(jīng)濟(jì)效益最佳。即使無(wú)法實(shí)現(xiàn)小規(guī)模、分布式可再生能源電力供電，電網(wǎng)供電制氫成本仍能與小規(guī)模商用化石燃料制氫（不含碳捕獲）的2 - 4美元/ 千克媲美。

　　到2030年和2050年，用零成本電力（棄電）為電解槽供電的經(jīng)濟(jì)性非常有吸引力。到2030年，電解槽的前期投入會(huì)降至一定水平，電解槽的利用率只需達(dá)到6 - 7％，零成本電力制氫成本就能與大型制氫企業(yè)的成本媲美。如果使用零成本電力且電解槽利用率達(dá)到15％，那么2030年堿性電解槽制氫成本僅為0.6美元/ 千克，2050年僅0.4美元/ 千克。

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　　一組數(shù)據(jù)

　　1.4美元/千克

　　2030年可實(shí)現(xiàn)的可再生能源制氫成本

　　0.8美元/千克

　　2050年可實(shí)現(xiàn)的可再生能源制氫成本

　　15美元/兆瓦時(shí)

　　2050年，電解制氫裝置配套自備光伏電站的度電成本