愚公移山！影响绿氢经济性的核心要素分析
发布日期：2024/7/28
绿氢的规模化应用推广，除了要求技术成熟，还需要在经济性上得到市场认可。随着绿氢项目陆续开始招标开建，制氢设备不断推陈出新并进入示范应用，绿氢的经济性问题开始凸显。
那么，绿氢的经济性主要体现在哪些方面？又该如何提升绿氢的经济性呢？
影响绿氢经济性的核心要素分析
目前绿氢生产技术包括电解水制氢、热解水制氢、光催化水制氢、生物质气化制氢以及核能制氢等多种类型，当下最主流的还是电解水制氢，以下讨论的绿氢是以电解水制氢技术路线为主体。
绿氢的经济性主要体现在三个方面，其一是绿氢的制造环节，即电解槽及其材料成本；其二是制造绿氢的能源，即电力及其相关配套的成本；其三是储运环节，涉及到储氢的材料和运输装置。
在绿氢产业化的初期尚未开始大规模应用的时候，绿氢在制造环节的经济性，尤其是制氢设备的成本是影响下游使用意愿的主要因素。
当前，绿氢的制备主要是通过电解水制氢来实现，在目前的主要电解水制氢技术中，主要有碱性电解水制氢技术(ALK) 、质子交换膜电解水制氢技术 (PEM)、阴离子交换膜电解水制氢技术 (AEM)和高温固体氧化物电解水制氢技术（SOEC）等四大主要技术路线。现阶段，碱性电解水制氢技术(ALK) 在四大技术路线中的经济性具备明显优势，也是当前大型绿氢制备项目应用的主体。
电解槽是制氢设备中最为核心的部件，也是影响绿氢经济性的重要因素。从整个制氢系统的成本分析来看，电解槽部分的成本占整个制氢系统的50%以上，也是降本的核心环节。随着越来越多的电解槽企业的加入，当前国内电解槽价格已经有了大幅的下降，1000标方的碱性电解槽价格已经下探至500万元以下，但这或许还不太够。
在影响绿氢经济性的主要因素中，能源价格，电力及其配套的价格在后期的影响更加明显。在整个绿氢项目的运营周期中，电力运行成本占比达到70%以上，能否利用更低成本的电价是绿氢项目取得持续发展的关键。
再看储运环节，绿氢项目所产出的氢气，最理想的状态是实现原地消纳，若不能做到原地消纳，则需要把产出的氢气运输出去，这就涉及到氢气的储存和运输成本。
氢作为分子量最轻的元素，非常难以运输，当前氢气的储运有气态、液态和固态三种不同的形式，气态储运是目前的主流，而距离对氢气的储运影响比较敏感。相关研究数据显示，当运输距离为50km时，氢气的运输成本为4.9元/kg；随着运输距离的增加，长管拖车运输成本逐渐上升，当距离500km时运输成本近22元/kg。因此，考虑到经济性问题，长管拖车运氢一般适用于200km内的短距离和运量较少的运输场景。
由于目前各个环节的经济性并未得到很好地解决，现阶段实际投运的大型绿氢项目基本是处在亏损状态。
以中石化投建的大型绿氢项目为例，据公开信息，该项目光伏制氢用电量为 5.74 亿度电，外购 3.82 亿度电，假设光伏度电成本为0.22 元/kwh，外购电价格0.31 元/kwh，则平均电价为0.22*64.6%+0.31*35.4%=0.251 元/kwh，成本计算上还需再综合税费成本、制氢设备及折旧成本和制氢运维成本等。按设计运行时间，以LCOH 成本作为氢气销售价格，该项目当前处于亏损状态。
绿氢降本的途径和方法
要想提升绿氢的经济性，就必须考虑在绿氢从生产到应用的各个环节降本，需要从全产业链的角度推动生产侧和应用侧的共同发力。从生产端来看，要持续推动电解水制氢技术创新，提高绿氢制取的规模、效率和稳定性；应用端则需要持续探索创新的商业模式。
从电解水制氢设备方面来看，重点放在电解槽上，提升电解槽整个生命周期的经济性需要从初次购置成本、电解效率、寿命、运维费用等多个层面着手。
电解槽降本是整个制氢设备降本的核心。降低电解槽的初次采购成本方面，可以通过增加生产规模来提升电解槽设备的经济性；以改进产线提升自动化制造水平来提高生产效率来实现；通过优化材料，探索新的材料体系，以减少对铱和铂等稀有或相对贵重金属材料的依赖来降本。
电解槽的电解效率影响绿氢项目实际运行过程中的经济性，提升电解效率对于绿氢降本也是尤为关键。现阶段，市场上主流的碱性电解槽的综合效率基本都在65%以内（非理论数据），能提升到80%以上会对电力使用成本有明显贡献。当然在不同电密条件下效率会存在一定的区别，也不能一味追求电解效率而降低工作电密从而导致需要配置的电解槽数量的增加。
电解槽寿命也是影响全生命周期绿氢经济性的重要因素，电解槽的稳定性和耐久性越好，工作的时间越长，所生产的氢气也就越多，其经济性也就越发凸显。可以从设备设计和材料入手，提高绿氢生产设备的效率和耐久性，从而降低绿氢全生命周期生产成本。
如优化电解水制氢的的电解槽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结构参数等提升电解槽性能和寿命。
现阶段国内大型绿氢项目整体运行的时间不长，电解槽的耐久性和寿命还不能得到有效的验证，但从长远来看，提升寿命是所有电解槽企业努力的方向。
电解槽的后期维护方面，由于当前大型电解槽尚未经过全生命周运营的验证，除了日常的维护之外，部分电解槽存在一些需要大修的部分，例如当电解槽效率下降到不可接受或者长期使用导致泄漏等问题时，就需要电解槽解体重新加工，这部分维护的成本就比较高了，当然，如果在质保期内，该部分大修的成本将会有电解槽企业承担。
生产绿氢的电力主要来源于再生能源电力，电力成本在整个绿氢生产成本中占主要因素，贡献最大，成为绿氢降本的重中之重。现阶段，离网绿氢项目的电力成本受到光伏和风电等可再生能源的装机成本以及项目所在地自然资源禀赋影响，存在较大差异。如果考虑到最大限度的利用绿电，还需要配置一定的储能系统，这也会格外增加成本，需要综合考虑。
在储运环节，对于规模化的绿氢项目来说，管道输氢是最佳的氢能运输方式。现阶段，国内的管道输氢领域主要围绕管材及焊缝与氢相容性、工艺控制、设备适应性、安全防护等四方面难题进行深入研究。近年来，我国输氢管道在项目招中标、签约合作、项目批复以及标准出台等方面进展较快，多个管道输氢项目已经开工建设，管道输氢未来将与绿氢的储运和消纳形成很好的配合。
来源：嘉兴市长三角氢能产业促进会
