【专题报告】光伏制氢技术与经济性分析（二）

2.3电解水制氢成本结构及降本途径

根据中国产业发展促进会氢能分会测算，以1000Nm3H2/h 碱性电解和PEM电解项目为例，假设项目全生命周期为20年，运行寿命9万小时，固定成本涵盖电解槽设备、氢气纯化装置、材料费、安装服务费、土建费等项目，电价以0.3元/kWh计算，碱性和PEM电解项目的平准制氢成本分别为17.71元/kg和23.3元/kg，其中，电价分别占据80%和60%，绿氢制备成本大头在电力成本上。

图 碱性电水解制氢(左)、PEM电解水制氢(右)技术成本结构

来源：中国产业发展促进会氢能分会

降低电解水制氢的最佳途径是降低电费，其次是降低固定成本，降低固定成本可以通过降低设备投资费用、增加设备利用率摊薄固定成本实现。张轩在《电解水制氢成本分析》对降本途径分析：

对于碱性电解槽，随着电价的降低，电解制氢成本也随之降低，同时电力成本的占比也同步降低。电力成本每下降0.1元/kWh，氢气成本平均下降0.5元/Nm3。根据国家发改委的《中国 2050 年光伏发展展望(2019)》的预测，至2035年和2050年光伏发电成本相比当前预计约下降50%和70%，达到0.2元/kWh和0.13元/kWh。

图 碱性电解槽在不同电价下的制氢成本比例以及氢气成本的变化

来源：《电解水制氢成本分析(张轩)》

在不同电价条件下，随着电解槽每年工作时间的延长，由于单位氢气固定成本的降低，制氢成本随之下降，从2000h提升至8000h后，单位氢气成本平均降低30%以上。结合电费的降低和运行时间的延长，如果到2030年和2050年，电费分别为0.2元/kWh和0.13元/kWh，工作时间分别为4000h/a和8000h/a，则对应的制氢成本分别为1.34元/Nm3和0.83元/Nm3。另外，预计未来10年电解槽采购成本通过技术改进和规模扩张，可以降低40%届时制氢成本将下降5%-10%。

对于PEM电解槽，随着电费的下降，电力成本在总成本中的比重逐渐下降，氢气成本也逐渐降低。当电费分别为0.13元/kWh和0.2元/kWh时，氢气成本分别为2.4元/Nm3和2.71元/Nm3，成本占比分别为24%和33%。与碱性电解槽制氢成本相比，仍有一定差距，主要在于PEM电解槽价格太贵，折旧成本太高。

图 PEM电解槽在不同电价下的制氢成本比例以及氢气成本的变化

来源：《电解水制氢成本分析(张轩)》

随着电解槽成本的下降，氢气成本和折旧在成本的占比也同步下降，如果其他条件不变，至2030年和2050年，PEM电解槽设备成本为1 600万元和500万元，氢气成本分别为2.86元/Nm3和2.31元/Nm3，设备折旧在成本中的占比分别为30%和13%。虽然相比目前价格基准大幅降低，但与碱性电解槽相比仍不具有价格优势。

2030年和2050年，预计电费分别为0.2元/kWh和0. 13元/kWh，工作时间分别为4000h/a和8000h /a，对应PEM电解槽成本分别为1500万元和500万元，则对应的制氢成本分别为1.41元/Nm3和0.72元/Nm3，对比目前制氢成本大大降低。虽然中期内相比碱性电解槽 PEM 电解的氢气成本仍然偏高，但随着PEM电解槽采购成本的降低，预计会在2030年后逐渐低于碱性电解槽的制氢成本，并在2040年后低于化石燃料制氢。

图 碱性电解槽设备成本结构

来源：IRENA,德邦研究所

图 PEM电解槽设备成本结构

来源：IRENA,德邦研究所

从电解槽设备成本结构来看降本途径，对于碱性电解槽，重点在于：增加电流密度，增加工作效率;速启停、快速响应负荷。对于PEM电解槽，降低成本是其主要考虑因素，重点领域是双极板、PTL 和催化剂镀膜，三者成本比重较大，且有巨大的降低潜力。具体方向为：减少膜厚度，从而降低成本;减少贵金属催化剂的用量。

3. 氢气储运技术及经济性概述

储氢技术目前主要有气态储氢、液态储氢和固态储氢等，气态储氢技术成熟，成本低但密度低，体积比容量小，高压气态是目前国内储运最主要的方式。相比之下液态和固态储氢前期成本较高。

图 不同储氢技术优缺点对比

来源：《一文读懂氢能产业(毕马威)》

运氢技术主要有长管拖车运输、液氢槽车运输、管道运输等，气态管束车运输是目前国内最主流的方式，若氢气大规模应用，随着规模效应有效降低成本，液氢槽车运输和管道运输有望铺开。储运技术也是制约氢能大规模发展的因素之一。

图 不同运氢技术优缺点对比

来源：《一文读懂氢能产业(毕马威)》

根据电池中国的调查结果，现阶段中国普遍采用20Mpa气态高压储氢与管束管车运输氢气。在加氢站日需求量500Kg以下的情况下，气氢拖车运输节省了液化成本与管道建设前期投资成本，在一定储运距离以内经济性较高。当用氢规模扩大、运输距离增长后，提高气氢运输压力或采用液氢槽车、输氢管道等运输方案才能满足高效经济的要求。

根据电池中国的数据，由于低温液态氢高密度的特性(液氢密度分别是20Mpa、30MPa、70MPa气氢密度的 4.9/3.4/1.8 倍)，液氢槽车运输方式相较于20MPa高压气氢拖车，可使单车储运量提高约9倍，充卸载时间减少约1倍，并且在液化过程还能提高氢气纯度，一定程度上可节省提纯成本。随着氢能产业的发展，液氢储运是大规模长距离储运氢的方向之一。现有技术条件下，液化过程的能耗和固定投资较大。根据国际能源网数据，液化过程中消耗的能量占到整个液氢储运环节的30%-40%以上。未来，由于液化设备的规模效应和技术升级，液化能耗和设备成本还有较大的下降空间。

氢能源网资料显示氢气的长距离管道输送已有60余年的历史。最早的长距离氢气输送管道1938年在德国鲁尔建成,其总长达208公里, 输氢管直径在0.15-0.30m之间, 额定压力约为2.5MPa, 连接18个生产厂和用户, 从未发生任何事故。根据 Pacific Northwest National Laboratory(PNNL)2016年的统计数据，欧洲大约有1500公里输氢管。世界最长的输氢管道建在法国和比利时之间,长约400公里。目前使用的输氢管线一般为钢管, 运行压力为1-2MPa, 直径0.25-0.30m，美国氢气管线长度约2608公里，美国氢气管道的造价为31-94万美元公里。现有的天然气管道可用于输送氢气和天然气的混合气体,也可经过改造输送纯氢气,这主要取决于钢管材质中的含碳量,低碳钢更适合输送纯氢。

4. 光伏制氢示范项目

随着我国光伏装机量的不断提升，弃光率维持在1%-4%之间，目前已有部分龙头企业正在推进或建设光伏制氢示范项目。

图 龙头企业光伏制氢业务

来源：各企业财报、公告

2022年，内蒙古自治区陆续出台了“十四五”氢能发展规划、关于促进氢能产业高质量发展的意见、风光制氢一体化示范项目实施细则等政策措施，推动风光制氢一体化加码提速，到2025年，自治区绿氢供给能力达到50万吨，氢能产业产值达到1000亿元。

图 2022内蒙风光制氢一体化项目

来源：内蒙古自治区能源局

5. 光伏制氢概念代表性企业

碱性电解槽装备行业竞争格局相对激烈，既有中船 718、天津大陆、苏州竞力等老牌公司，也有隆基、阳光这样的新能源设备巨头。我们认为，随着隆基、阳光这样的标杆企业介入电解槽赛道，国内的电解槽市场将面临快速洗牌，不适应市场需求的企业将被快速淘汰。目前市场对碱性电解槽提出的新的要求是能够快速启停、能够快速响应负荷、同时还能降低电耗。未来随着风光氢储一体化项目的推进，势必要求碱性电解槽的响应能力在现有的基础上实现较大突破，取得技术突破的企业市占率预计将大幅度提高。

图 2022电解水设备产能

来源：各企业财报、公告

抢先布局光伏制氢、光伏制氢设备的企业在项目经验、品牌渠道建立上具有先发优势。