根據(jù)美國能源部（DOE）的目標，到2030年可再生氫生產成本降至1美元/kg。ALK、PEM、SOEC和AEM是電解水制氫的四大技術路線，而ALK和PEM已步入商業(yè)化應用，這兩者的制氫成本是多少，成本構成如何，1美元/kg的氫氣是否能夠實現(xiàn)？這些將為綠氫的降本增效提供發(fā)力方向。

一、ALK和PEM水電解制氫系統(tǒng)基準數(shù)據(jù)

以裝機20MW、年有效運行時間4000h的電解水制氫廠為基礎進行測算（不含土建）。電解水設備參數(shù)取目前市場水平：ALK水電解系統(tǒng)150萬元/MW、制氫能耗5kWh/Nm3、使用壽命80000h、維護費用每年為設備成本的5%；PEM水電解系統(tǒng)700萬元/MW、制氫能耗5kWh/Nm3、使用壽命40000h、維護費用每年為設備成本的1%。

表1：ALK和PEM水電解制氫系統(tǒng)基準數(shù)據(jù)

資料來源：公開資料，香橙會研究院

二、ALK和PEM水電解制氫系統(tǒng)制氫成本

根據(jù)以上基準數(shù)據(jù)，計算得出ALK和PEM制氫成本分別是21.55、29.89元/kg。具體到細分環(huán)節(jié)上：主要是電解水設備導致差距較大，PEM成本是ALK的4.7倍，并且使用壽命相差較大；由于PEM產氫壓力高，使用維護方便，在儲氫設施和維護費用上低于ALK；此外PEM占地面積小，考慮土建后，成本劣勢將進一步縮小。

表2：ALK和PEM水電解制氫成本

資料來源：香橙會研究院

從兩種電解水系統(tǒng)制氫成本構成看，電力成本分別占77.42%、55.81%，因此降低綠氫成本，現(xiàn)階段主要的方向應是降低電力價格。具體到技術路線上，ALK設備占成本的4.84%、PEM設備占成本的32.56%，因此PEM制氫技術路線若要勝出還需要在設備價格上進行大幅的降低和使用壽命上的提高。其余各項兩者差別不大。

圖1：ALK和PEM各環(huán)節(jié)制氫成本占比

資料來源：香橙會研究院

三、單因素敏感性分析

對ALK和PEM電解水制氫成本主要影響因素進行單因素敏感性分析，若每年生產時間提高10%，則ALK制氫成本降低16%、PEM減低11%，反之生產時間減少10%，則ALK制氫成本提高20%、PEM提高13%。在制氫成本影響因素中系統(tǒng)能耗和電價影響最大，而能耗直接影響用電量的多少、定性分析兩者相關性較大；在ALK中設備成本影響最低、在PEM中設備成本影響依然較大；系統(tǒng)年生產時間的敏感系數(shù)大于單因素變化率。

表3：ALK和PEM水電解制氫成本敏感因素分析

資料來源：香橙會研究院

四、ALK水電解系統(tǒng)不同因素下的制氫成本

根據(jù)香橙會研究院統(tǒng)計，2021年中國堿性電解槽出貨量占比97%，2022年占比95%，預計2023年全年占比93%，由于較大的成本優(yōu)勢和技術成熟度，ALK水電解制氫系統(tǒng)占據(jù)主要的市場份額。結合上述成本構成、敏感性分析和現(xiàn)實應用場景，電力價格和年生產時間將是影響未來制氫成本的主要因素。當電價低于0.1元/kWh時，制氫成本均在15元/kg以內，當電價低于0.2元/kWh、年運行時間4000h以上時，制氫成本在20元/kg以內。

表4：不同電價和年生產時間場景下制氫成本（元/kg）

資料來源：香橙會研究院

五、結論與討論

1、當前ALK制氫系統(tǒng)相較PEM成本優(yōu)勢明顯，主要在于PEM設備成本是ALK的4-5倍，并且在使用壽命上差距較大。

2、無論ALK還是PEM制氫成本中，電力成本都是主要構成，在50-80%之間。因此，綠氫降本中綠電降本是重要因素，綠氫的發(fā)展主要依賴我國西部、北部風光資源豐富地區(qū)以及東部海上風電地區(qū)。

3、在因素敏感性分析中，年運行時間、設備成本、系統(tǒng)能耗、電價等都是綠氫降本的有效途徑，其中系統(tǒng)能耗和電價的降低最有效。

4、ALK制氫系統(tǒng)中，電價低于0.1元/kWh，或電價低于0.2元/kWh、年運營時間4000h以上時，制氫成本在15元/kg以內；若年運營時間在8000h,則制氫成本在8.52元/kg。

5、預計未來綠氫成本的降低，將是技術進步、效率提高、規(guī)模化生產等多因素共同作用的結果，而且根據(jù)事物發(fā)展規(guī)律，綠氫平價的到來不是按部就班的發(fā)展，而是某些因素的突破，迎來這個時間節(jié)點。因此，行業(yè)內要時刻關注這些因素的發(fā)展，隨時準備迎接平價時代的到來。

       原文標題 : 模型推演：1美元/kg的綠氫是否能夠實現(xiàn)？