绿氢降本路径

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分类：行业动态
作者：深圳瑞麟科技有限公司
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发布时间：2021-11-01

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发布时间：2021-11-01
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一、影响绿氢成本的因素：

1.、度电成本

目前制氢成本虽有下降趋势，这在很大程度上得益于可再生能源发电成本的降低，但绿氢仍比蓝氢（使用化石燃料+碳捕集和封存技术生产）贵 2-3 倍多，需要进一步降低制氢成本。

2.、电解槽成本

仅有较低的发电成本还不足以制取具有竞争力的绿氢，还需要降低电解槽设施的成本。电解槽设施是绿氢制取的第二大成本要素，具体包括：

■电解槽设计与构造：提高模组容量以及通过增加电堆生产促进创新对电解槽成本具有显著影响。电解厂从 1MW（目前典型容量）扩增至 20MW 能够使成本减少三分之一以上。然而，成本并非是影响电解厂规模的唯一因素，因为不同技术采用的电堆设计不同，并且不同生产厂家之间也会有差异。最佳系统设计也因应用领域各不相同，以提高效率和灵活性等系统性能。

■规模经济：电堆生产升级为大型吉瓦级生产设施的自动化生产能够推动成本阶跃式下降。生产率较低时，电堆生产成本约占总成本的 45%，而生产率较高时，电堆生产成本占总成本的比例能够下降至 30%。对于质子交换膜（PEM）电解槽，规模临界点约为 1000 个单位（1MW 电堆）/年，这一规模化水平可使电堆生产成本减少约 50%。此外，周围配套的成本与电解槽电堆同样重要，通过系统组件和厂站设计的标准化也可节约成本。

■材料采购：稀有材料也是电解槽成本降低和规模化发展的一大障碍。PEM 电解槽预计到 2030 年要实现约 100 GW/年的产能，但目前其组分铱和铂的产量预计仅能支持 3 GW-7.5 GW/年的产能。但全球领先的碱性电解槽生产商已经开始实施其它方案来避免使用这些材料，并且已经研发出显著降低 PEM 电解槽生产对这些材料使用需求的技术。阴离子交换膜（AEM）电解槽技术从技术研究初期就避免使用稀有材料。

■运行效率与灵活性：从经济性角度来看，负荷率低时电源供电效率损失会很大，限制了系统的灵活性。电解厂采用多个电堆和电源设备单元的模块化设计可以解决效率损失问题。压缩机可能无法像电堆一样快速改变生产速度，所以也可能成为限制系统灵活性的一大瓶颈。一种解决方法是对电解厂进行整体性设计，通过优化和整合电力和氢气存储，以具备足够的容量来应对生产的波动性。如果相关灵活性服务的价值得到认可，价格适当，则绿氢生产可以为电力系统提供巨大的灵活性。考虑到没有其它有效的可竞争替代方案，氢将在提供可再生能源的跨季节储备方面发挥关键作用。虽然这会造成显著的效率损失，但却是电力系统实现 100%可再生发能源电的重要基础，因为届时电力系统将接入极高比例的太阳能和风能等波动性能源。

■工业应用：电解槽系统设计与运行可针对具体的应用场景进行优化设计。包括：需要稳定供应和低物流成本的大型工业用户场景；具备低成本可再生能源接入条件的大型离网型发电厂，但将氢输送至最终用户会产生高昂的运输成本；以及利用小型机组提高灵活性的分散式生产设施，以更低的运输成本（或就地消耗使运输成本接近于零）弥补更高的每单位电解槽容量投入。

■学习速率：若干研究表明，燃料电池和电解槽的潜在学习速率与太阳能光伏类似，可以达到 16%~21%。这明显低于过去十年太阳能光伏获得的 36%学习速率（IRENA，2020a）。按照这种学习速率和实现 1.5℃气候目标制定的部署路径，到 2030 年电解槽成本有望减少 40%以上。

3、电解槽效率：

在3MPa工作压力下：碱性槽效率在50%~78%之间。

在7MPa工作压力下：PEM效率在50%~83%。

4、设备稼动率（全负荷时数）

取决于再生能源的工作时数。比如我国太阳能每天5小时左右；陆上风电年平均1500~2500多小时；海上风电3000多小时以上。

5、电解槽寿命

碱性电解槽实际工程目前能做到15年以上；PEM的还未知（理论寿命也不差）。

6、WACC（加权平均资本成本）

指企业以各种资本在企业全部资本中所占的比重为权数，对各种长期资金的资本成本加权平均计算出来的资本总成本。加权平均资本成本可用来确定具有平均风险投资项目所要求收益率。