全球熱捧“綠氫” 我國(guó)光伏制氫發(fā)展如何？

6月30日，華電濰坊發(fā)電有限公司與深圳市凱豪達(dá)集團(tuán)舉行氫能戰(zhàn)略合作簽約儀式，雙方將共同投資建設(shè)濰坊濱海光伏100MW光伏制氫項(xiàng)目。

就在前一天 ，6月29日，石投集團(tuán)專精特新公司召開(kāi)全球首套千噸級(jí)規(guī)模太陽(yáng)燃料合成示范項(xiàng)目甲醇裝置開(kāi)車動(dòng)員大會(huì)，該項(xiàng)目總占地面積286畝，主要建設(shè)太陽(yáng)能光伏發(fā)電、電解水制氫及二氧化碳加氫合成甲醇三大系統(tǒng)。

隨著氫能在全球的火爆，光伏制氫產(chǎn)業(yè)也迅速被點(diǎn)燃。如今，光伏制氫被視為未來(lái)新能源最具潛力的發(fā)展方向之一，在國(guó)際市場(chǎng)上，光伏制氫產(chǎn)業(yè)的藍(lán)海已經(jīng)開(kāi)啟，日本、德國(guó)、荷蘭、澳大利亞、加拿大等國(guó)家均已開(kāi)展大型光伏制氫項(xiàng)目的研究或投入。

光伏發(fā)電作為國(guó)家鼓勵(lì)發(fā)展的綠色清潔能源，近年裝機(jī)規(guī)模不斷增大，但光伏發(fā)電具有隨機(jī)性、波動(dòng)性、階段性供電等問(wèn)題，增加了電網(wǎng)調(diào)度難度。隨著光伏裝機(jī)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，光伏發(fā)電將面臨增加儲(chǔ)能問(wèn)題，這就為光伏發(fā)電持續(xù)發(fā)展帶來(lái)了一定挑戰(zhàn)。光伏發(fā)電制氫用于天然氣摻燒、燃料電池，可豐富終端用戶用能多樣性，保障能源安全，也是解決光伏發(fā)電所面臨問(wèn)題的一種途徑。

光伏制氫技術(shù)路線

光伏發(fā)電制氫主要利用光伏發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)直流電直接供應(yīng)制氫站制氫用電。光伏直流發(fā)電系統(tǒng)相比傳統(tǒng)電站減少了逆變和升壓的過(guò)程，主要設(shè)備設(shè)施包括光伏組件、匯流箱、支架、基礎(chǔ)、接地裝置等，光伏組件可根據(jù)制氫站輸入電壓和電流要求進(jìn)行串、并連配置，從而提高系統(tǒng)效率。電解水制氫目前技術(shù)成熟、設(shè)備簡(jiǎn)單，運(yùn)行和管理較為方便，制取氫氣純度較高，無(wú)污染，主要有3種技術(shù)路線。

堿性電解槽制氫。該種電解槽的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適合大規(guī)模制氫，價(jià)格較便宜，效率偏低約70%~80%，主要設(shè)備包括電源、陰陽(yáng)極、橫膈膜、電解液和電解槽箱體組成，電解液通常為氫氧化鈉溶液，電解槽主要包括單極式和雙極式。

聚合物薄膜電解槽(PEM Electrolyzer)制氫。效率較堿性電解槽效率更高，主要使用了離子交換技術(shù)。電解槽主要由聚合物薄膜、陰陽(yáng)兩電極組成，由于較高的質(zhì)子傳導(dǎo)性，聚合物薄膜電解槽工作電流可大大提高，從而提升電解效率。隨著質(zhì)子交換膜、電極貴金屬技術(shù)進(jìn)步，聚合物薄膜電解槽制氫成本將會(huì)大大降低。

固體氧化物電解槽(Solid Oxide Electrolyzer)制氫?？稍诟邷叵鹿ぷ鳎糠蛛娔芸捎蔁崮芴娲?，效率高、成本低，固體氧化物電解槽是三種電解槽中效率最高的設(shè)備，反應(yīng)后的廢熱可與汽輪機(jī)、制冷系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合循環(huán)利用，提升效率，可達(dá)到90%。

光伏發(fā)電制氫經(jīng)濟(jì)性分析

傳統(tǒng)方式制氫成本分析

目前市場(chǎng)成熟制氫方式主要包括煤氣化制氫、甲醇制氫、天然氣制氫以及工業(yè)副產(chǎn)品制氫。煤氣化制氫投資成本較高，隨著規(guī)模增大，單位投資大幅下降，同時(shí)原料便宜，按照5800大卡煙煤計(jì)算，價(jià)格為500元/噸時(shí)制氫成本僅為0.7元/Nm3(表1);甲醇制氫投資較低，適合2500Nm3以下制氫規(guī)模，按照1Nm3氫氣消耗0.72千克甲醇，甲醇價(jià)格按2319元/噸計(jì)算，制氫成本如表2;天然氣制氫單位投資成本低，在1000Nm3以上經(jīng)濟(jì)性較好，按照1Nm3氫氣消耗0.6Nm3天然氣，天然氣價(jià)格按1.82元/Nm3計(jì)算，制氫成本如表3。

光伏發(fā)電制氫成本及經(jīng)濟(jì)性分析

以1000Nm3/h水電解制氫為例，總投資約1400萬(wàn)元，按照1Nm3氫氣消耗5kWh電能計(jì)算，不同電價(jià)測(cè)算制氫成本分析如表4。由此分析，光伏發(fā)電制氫電價(jià)控制在0.3元/千瓦時(shí)以下時(shí)，制氫成本才具有競(jìng)爭(zhēng)力。按照目前市場(chǎng)價(jià)格進(jìn)行測(cè)算，以100MW光伏發(fā)電直流系統(tǒng)造價(jià)如表5。

以一類資源區(qū)域?yàn)槔啄旯夥眯r(shí)數(shù)為1700小時(shí)計(jì)算，其他參數(shù)為：裝機(jī)容量100MW，建設(shè)期1年，資本金投資比例20%，流動(dòng)資金10元/kW，借款期限10年，還本付息方式為等額本息，長(zhǎng)期貸款利率4.90%，折舊年限20年，殘值率5%，維修費(fèi)率0.5%，人員數(shù)量5，人工年平均工資7萬(wàn)元，福利費(fèi)及其他70%，保險(xiǎn)費(fèi)率0.23%，材料費(fèi)3元/kW，其他費(fèi)用10元/kW。按照全部投資內(nèi)部收益率滿足8%反算電價(jià)，并分別分析計(jì)算造價(jià)為2.3億、2億、1.8億、1.6億元時(shí)的電價(jià)。通過(guò)計(jì)算，在滿足全部投資內(nèi)部收益率為8%時(shí)，不同造價(jià)下的電價(jià)如表6。

“綠色氫氣”作為實(shí)現(xiàn)氣候目標(biāo)的新興領(lǐng)域，正成為行業(yè)焦點(diǎn)。國(guó)際能源署(IEA)署長(zhǎng)法提赫·比羅爾表示，當(dāng)前全球原油經(jīng)濟(jì)大幅震蕩，“綠色氫氣”正在迎來(lái)“屬于它的時(shí)代”。作為新興產(chǎn)業(yè)，理應(yīng)獲得各國(guó)政府更多支持。

什么是綠色氫氣

世界能源理事會(huì)的報(bào)告將氫氣按照生產(chǎn)來(lái)源分為“灰色”、“藍(lán)色”和“綠色”三類。

灰色氫氣：目前，96%的氫氣來(lái)自化石燃料，通過(guò)蒸汽甲烷重整(SMR)或煤氣化技術(shù)制取氫氣。該過(guò)程制造的氫氣成本較低，但是碳強(qiáng)度最高，因而社會(huì)接受度最低。藍(lán)色氫氣：蒸汽甲烷重整技術(shù)或煤氣化加上碳捕捉和貯存(CCS)制氫，碳強(qiáng)度較低，成本昂貴，社會(huì)接受度較高綠色氫氣：使用可再生能源進(jìn)行電解，二氧化碳零排放，成本昂貴，社會(huì)接受度最高

綠色氫氣優(yōu)點(diǎn)

和傳統(tǒng)的制氫方式相比，“綠色氫氣”有幾個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)。首先，生產(chǎn)的原材料是”綠色的“，不論水還是用來(lái)發(fā)電的可再生能源，對(duì)環(huán)境友好電解水制氫只會(huì)生成氫氣和氧氣，不會(huì)產(chǎn)生碳氧化合物對(duì)環(huán)境造成污染;其次，可以解決可能生能源發(fā)電過(guò)剩、發(fā)電間歇性的困境。最后，制氫用的原料水可以說(shuō)是”無(wú)窮無(wú)盡“的，業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為，氫氣作為重要的工業(yè)原料以及清潔燃料，在未來(lái)幾十年里將形成競(jìng)爭(zhēng)的格局。

中國(guó)工程院院士、中國(guó)工程院原副院長(zhǎng)杜祥琬近期在接受專訪時(shí)表示發(fā)展氫能，就是要發(fā)展綠氫，也就是可再生能源制氫。作為二次能源，氫的產(chǎn)生離不開(kāi)一次能源，要發(fā)展好氫能就要利用可再生能源。離開(kāi)一次能源，氫能是無(wú)源之水。要發(fā)展氫能，產(chǎn)業(yè)鏈要從可再生能源制氫著眼，搞清楚源頭。

我國(guó)對(duì)綠色氫氣的探索

事實(shí)上，國(guó)際上不少國(guó)家已開(kāi)始對(duì)綠色氫氣的探索。截止目前，日本、英國(guó)、澳大利亞等國(guó)家陸續(xù)公布了氫能戰(zhàn)略。而歐盟今年擬定的“綠色協(xié)議”中已將“清潔氫氣”制定為“優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域”，這一定義則包括了天然氣制氫以及可再生能源制氫。有消息人士透露稱，荷蘭政府也在積極推動(dòng)歐盟對(duì)于“綠色氫能”的支持。最新消息也顯示，德國(guó)預(yù)計(jì)將在本月底前公布該國(guó)氫能戰(zhàn)略。

那么，目前為止，我國(guó)對(duì)“綠色氫氣”進(jìn)行了哪些探索呢?當(dāng)前，國(guó)內(nèi)對(duì)“綠色氫氣”的探索主要在風(fēng)電/光伏制氫方面，據(jù)北極星統(tǒng)計(jì)，我國(guó)穩(wěn)步推進(jìn)的光伏/風(fēng)電制氫項(xiàng)目共有20余項(xiàng)。