可再生能源制氫需著力解決成本瓶頸
來源：能源發展與政策 2019-10-08
“2019氫能產業發展創新峰會”日前在山東濟南舉行。峰會以“探索氫能產業應用,發展綠色低碳經濟”為主題，交流探討了產業在政策、技術、模式等方面的成功經驗及創新探索。并且，會上還透露出山東即將發布全省的氫能規劃，這將是全國首個省級氫能規劃。
國發能研院、綠能智庫認為，制氫是氫能產業發展的基礎；綜合考慮制氫成本、環保和能源安全等因素，未來我國制氫的關鍵在于發展可再生能源發電制氫；可再生能源發電的挑戰在于解決發電成本和運輸成本的問題；其中太陽能發電制氫可能成為最有前景的制氫方法之一。
制氫布局是氫能發展的基礎
9月23日，國際能源署（IEA）聯合中國石油經濟技術研究院在北京發布《氫的未來，抓住今天的機遇》。報告稱，氫可以幫助解決各種關鍵的能源挑戰，包括幫助儲存太陽能光伏和風能等可再生能源的可變產出，以更好地滿足需求。現在正是氫能產業擴大技術規模、降低成本，并使氫能得到廣泛推廣的重要時期。報告同時也指出，制氫成本過高、氫產業基礎設施發展緩慢、化石能源制氫產生的碳排放以及相關法律法規的欠缺，仍是目前氫能產業發展的挑戰。
氫能產業鏈包含上游制氫、中游儲運和下游加氫及終端應用。氫氣也是燃料電池的最主要原料之一。隨著氫能應用的發展和推廣，未來氫氣的需求將快速增長。因此，氫氣制備環節是氫能發展產業的基礎。
從2010年到2017年，我國氫氣產量翻了一倍，其中超過一半的產量來自于煤制氫。2019年6月，中國氫能聯盟編制的《中國氫能源及燃料電池產業白皮書》稱，氫能將成為中國未來能源體系的重要組成部分，預計到2050年，氫能在中國能源體系中的占比約為10%，氫氣需求量接近6000萬噸，年經濟產值超過10萬億元。
資料: 智研咨詢整理
國發能研院、綠能智庫認為，隨著下游應用的發展，上游氫氣生產量的提升會導致制氫成本的下降。在規劃未來制氫布局的過程中，如何兼顧制氫成本、環保和能源安全等因素，是我國氫能產業是否能在未來實現長期健康發展的重要前提。
化石能源制氫成本優勢仍然明顯
目前中國主要的制氫方法有三種，一是是以煤炭、天然氣為主的化石能源制氫；二是電解水制氫；三是以焦慮煤氣、氯堿尾氣、丙烷脫氫為代表的工業副產氣制氫。
目前，化石能源制氫技術最成熟、成本最低。其中，煤制氫不僅成本最低，產量占比也最大，我國近年來超過百分之60的氫氣來源于煤制氫。然而，煤制氫最低成本依然超過10.5元/公斤，最高成本超過17元/公斤，再加上提純、壓縮、儲運等費用，進入加氫站約為40元/公斤，最終的銷售價格普遍達到60元/公斤以上。以一輛常規的氫燃料電池物流車來說，每跑百公里所需費用至少180元，遠高于柴油車的110元。
天然氣制氫的成本比煤制氫高一倍左右。但是在未進行脫碳處理的情況下，天然氣制氫的碳排放強度比煤制氫低一倍。我國目前天然氣的進口依存度高，過度依賴天然氣制氫不利于我國的能源安全。
來源：國際能源署
電解水制氫的成本較高，如果采用一般工業用電制氫，按照工業用電目前每度電1元的價格來計算，電解水制氫成本是煤制氫成本的8倍左右。再加上提純、壓縮費、儲運以及相應利潤，進入加氫站的價格估計將高達110元/公斤。因此，工業用電制氫不具有經濟可行性。
可再生能源發電制氫不會產生碳排放，成本也低于火電電網制氫。目前，我國可再生能源制氫的量還非常微小。國發能研院、綠能智庫認為，雖然我國制氫方法在很長一段時間都將以化石能源為主，但是隨著太陽能、風能等能源的發展，可再生能源制氫的占比將在未來逐漸增加。
可再生能源發電制氫的前景和挑戰
國發院能研院、綠能智庫認為，從成本、環保減排、能源安全等綜合角度考慮，未來我國制氫的關鍵在于發展可再生能源發電制氫。到2050年，我國可再生能源制氫占比有望達到70%，而化石能源制氫可能下降到20%左右。
來源：前瞻產業研究院、國金證券、中國氫能聯盟
發展可再生能源制氫不僅有利于減少污染排放，還可以幫助消納光伏、風電等可再生能源發電，減少棄風棄光率。我國邊遠地區風電資源豐富，但是由于風電的季節性及波動大，發電不穩定等特點導致了可再生電力資源的大量浪費。2018年中國棄風、棄光電量分別達到277億千瓦時和55億千瓦時，按制取1公斤氫氣耗費39.7kWh電能的折算比例，2018年總棄電量可制氫約84萬噸，相當于國內煤氣制氫總量的十二分之一、天然氣制氫總量的三分之一。2018年12月，國家發改委等部委印發的《清潔能源消納行動計劃(2018-2020年)》要求，“探索可再生能源富余電力轉化為熱能、冷能、氫能，實現可再生能源多途徑就近高效利用”。
國內一些地方已經開始布局可再生能源電解水制氫產業。比如，吉林省2019年發布的《白城市新能源與氫能產業發展規劃》稱，力爭到2035年，風電裝機2000萬千瓦、光伏裝機1500萬千瓦，年生產氫氣能力達到百萬噸級，產值近2000億元。這是目前國內首個由地方政府主導的可再生能源制氫發展規劃，致力于打造“中國北方氫谷”。
目前新能源發電制氫的關鍵仍在于進一步降低發電成本。比如，白城的可再生能源風電的成本為每度電0.22元，制氫成本平均超過20元/公斤，還是遠高于煤制氫的最低成本10.5元/公斤。中國科學院院士歐陽明高也認為，目前，可再生能源電解水制氫的效率不高。
然而在未來，可再生能源發電的成本有望實現持續下降，其中太陽能發電制氫可能成為最有前景的制氫方法之一。8月12日，英國《自然?能源》雜志12日在線發表的一項最新研究稱，中國城市的工商業太陽能系統供電已經比電網供電便宜，這可能刺激中國工商業在未來增加使用太陽能系統。目前，我國光伏制氫還沒有開始推廣，但我國擁有強大的光伏產業基礎和光伏發電裝機量。截至6月底，我國光伏裝機規模達到了185.59GW，在太陽能資源豐富的西北地區分布廣泛。
去年531光伏新政以來，光伏市場在短時期內收到了沖擊。隨著補貼的退坡，大批落后產能逐漸被淘汰，而多家行業龍頭企業則沒有停下擴產的步伐。以后光伏的發展將越來越不需要依靠補貼，因為補貼擾動而導致的周期性波動也會越來越弱。組件價格持續下滑和度電成本持續降低將更多的來源于行業的長期性成長。
來源：國家統計局
陽光電源股份有限公司董事長曹仁賢認為，使用全離網光伏制氫方案，不僅能夠將太陽能電站的投資盤活，同時由于不受電網限制，可以規模自定，獨立發展。據曹仁賢估計，在相關問題得以解決的前提，以白城為參考標準，在25乘以25平方公里的面積上可以年產100萬噸氫氣，而電費僅一毛多，效率電的利用效率可達96%左右。光伏部件與系統技術的創新迭代將使得光伏發電成本低于煤電、核電、氣電等。并且，光伏應用將呈現多元化趨勢，各種地面和建筑屋面、立面應用將長期共同發展。預計，光伏深度儲能、光伏制氫將在2025年推廣普及。
除了發電成本之外，運輸成本也是可再生能源面臨的挑戰之一。我國大規模的風電、光電往往建設在遠離氫能應用終端的偏遠地區。未來如果利用這些可再生能源制氫將產生較高昂的儲運成本。為了降低運輸成本，偏遠地區的可再生能源制氫應更多考慮管道運輸，雖然管道運輸前期固定投資非常高昂，但管道運輸的效率、成本都具優勢，隨著氫能產業規模的擴大。在未來長距離、大規模的氫氣運輸中，管道輸氫有望成為最優的運輸方式。
