氢能观察：绿氢成本分析

何为绿氢？

绿氢，是通过光伏、世纪新能源网等可再生能源发电电解水制取的氢气，在生产制备过程中没有二氧化碳排放，是真正意义上的“零碳氢气”。

当前，绿氢制取技术主要有碱性电解水制氢（ALK）、质子交换膜电解水制氢（PEM）、阴离子交换膜电解制氢（AEM）和高温固体氧化物电解制氢（SOEC）四种。目前，碱性电解水制氢技术成本最低，是国内市场主流制氢技术，众多制氢项目均采用碱性电解水制氢路线；同时，质子交换膜电解水制氢技术也在大力发展之中，但成本是碱性电解水制氢技术的3-4倍，未来，随着技术的革新和关键零部件的国产化，质子交换膜电解水制氢技术成本有望大幅下降。

根据权威机构预测，绿氢将满足未来全球15%的能源需求。目前全球每年产氢约7000万吨，其中98%是化石燃料制备的灰氢，因为全球有丰富又廉价煤炭和天然气制备原料来支撑。同时氢能消费市场又相对小众，90%的氢气用于炼油和化工行业。

在碳排放急需减少的当下，全球能源界达成共识：未来氢气主流将会选择绿氢。

绿氢的成本构成

目前，电解水制氢成本大概在4-8美元/公斤，而蓝氢与灰氢的成本价格只有2美元/公斤和1.5美元/公斤左右。较高的成本使得单纯的绿氢生产项目竞争力较低，国内目前还处于示范阶段，国外更多的则将绿氢进一步与化工产业结合。

据市场预测，到2030年，伴随产能增加、技术进步以及可再生能源电力成本的持续下降，绿氢的平均成本有望降至1.5~3美元之间。

目前国内最成熟的电解水制氢技术为碱性电解，整个制氢成本主要在于电费和设备折旧，其中电费占比70%-90%，折旧占比10%-30%。按照年生产时间2000小时，电耗5kwh/标方，电价0.3元/kwh，1000标方的电解槽制氢成本为25元/kg；理想情况下，按照电耗4kwh/标方，电价0.15元/kwh，对应成本为15元/kg，则基本可与天然气制氢平价；若绿氢与风光、世纪新能源网耦合，年利用小时提高至4000小时以上，则成本有望进一步下降至11元/kg以内，则基本可以实现与煤制氢平价。远期看，若电价达到0.1元/kwh，电耗下降至3.5kwh/标方，则绿氢成本可降至8元/kg，低于煤制氢。

由于电费占整个电解水制氢技术的一大部分，因此电解水制氢成本的关键在于耗能问题。电解水制氢成本可以从两方面入手：

一是从电解槽设计与单电池材料入手，使用较少的关键材料，尤其是Pt、Ir等成本较高的贵金属材料，或用非贵金属材料（Ni、Fe等）取代。重新设计电解槽以实现更高的效率（更低的电力成本）、更高的耐久性（更长的寿命）以及更高的电流密度，可通过优化膜厚度来降低欧姆电阻（同时还需兼顾气体渗透问题），以提升电解效率，对多孔层传输层（PTL）、双极板流道等关键部件的结构优化，如优化孔隙率、孔径、厚度等PTL结构参数，采用三维网格结构流场等，以提升电解槽性能与寿命。

二是从增加单槽和工厂生产的规模来提升应用经济性，通过执行高通量、自动化的制造工艺，降低每个组件的成本。提升单槽规模可以带来规模经济效益，尽管由于泄漏、大型组件制造限制、大型组件机械不稳定、电池最大面积限制等问题，单槽规模的提升范围有限，但仍旧可产生强大的经济效应。

绿氢规模化应用有望推动降本

除了从电解水制氢过程本身降低成本之外，绿氢整体成本仍需政策支持、技术进步以及规模应用。绿氢目前已经进入市场化初期阶段，但仍然需要注意其各方投入。

2023年被称为“绿氢元年”。今年上半年，共有16款制氢电解槽下线，其中只有一款为AEM制氢电解槽，其余均为碱性电解水制氢电解槽。在降低成本的关键阶段，众多制氢厂商均选择ALK制氢路线，同时在制氢产量上“开卷”。

随着市场的加速转化，上半年落地开工的制氢项目也是一大亮点。今年上半年，共有40余项规模较大或投资较大的制氢项目，集中在我国中西部地区。

未来氢能有望打通可再生能源电力在交通、工业和建筑领域终端应用的渗透路径，逐步降低化石能源在这些终端领域的消费比重。随着材料和部件制备、系统集成等技术的突破，氢能绿色制取技术将朝着延长运行寿命、提升单体功率、降低安全风险和成本等方向发展，关键部件材料实现国产化，制氢单体功率将提升至10MW级，系统单位能耗不高于4kWh/m3。