其工藝過程簡單、無污染,制取效率一般在75%-85%,每立方米氫氣電耗為4-5kW·h。由于電費占整個水電解制氫生產(chǎn)費用的80%左右,導致其競爭力并不高。
因此水電解制氫成本的關鍵在于耗能問題。
由此引出兩條降成本的途徑:一是降低電解過程中的能耗,二是采用低成本電力為制氫原料。
降成本路徑之一:降低過程能耗,提高電解效率
堿性水解技術最為成熟但效率低,高效率的PEM與SOEC技術待推廣。
目前主流的電解水制氫技術有三種類型:包括堿性電解水制氫、質(zhì)子交換膜電解水(PEM)制氫和固態(tài)氧化物電解水(SOEC)制氫.
其中堿性電解水制氫是最為成熟、產(chǎn)業(yè)化程度最廣的制氫技術,但其電解效率僅為60-75%,國外研發(fā)的PEM技術與SOEC技術均能有效提高電解效率,尤其是PEM技術已引入國內(nèi)市場。
降成本路徑之二:以低成本電價為制氫原料
我國大工業(yè)電價低于世界平均水平,國內(nèi)西北地區(qū)電價最低。
與其他國家相比,我國工業(yè)電價位于中低水平。
根據(jù)2016年統(tǒng)計數(shù)據(jù),我國工業(yè)電價平均為0.107美元/千瓦時,居世界第八,僅為第一名的三分之一。相對較低的電價為我國發(fā)展電解水制氫提供了有利條件。
西北地區(qū)大工業(yè)電價偏低。
分省份來看,波谷、波峰電價在全國排名第一的分別是河北省和安徽省,青海省無論是波峰還是波谷電價均為最低,全國波谷電價平均為0.33元/千瓦時,波峰電價平均為0.90元/千瓦時。
西南地區(qū)、西北地區(qū)的大工業(yè)用電價格普遍在全國平均線以下,對于發(fā)展電解水制氫節(jié)約能耗更為有利。
西北地區(qū)棄風棄電可用于電解水制氫。
我國棄風棄電問題突出,利好電解水制氫。
近年來,新能源的持續(xù)快速發(fā)展已經(jīng)遠遠超過電網(wǎng)承載能力,新能源消耗矛盾十分突出。棄風、棄水電量呈逐年增加趨勢。
我國目前正大力推進可再生能源,由大量棄風、棄水產(chǎn)生的棄電是發(fā)展電解水制氫的有利條件。
西北地區(qū)棄風棄電量居首位。
隨著我國可再生能源裝機量逐年增長,每年可再生能源棄電量驚人。
2018年我國全國棄風棄電量277億千瓦時,其中西北地區(qū)為166.9億千瓦時,占全國的60.25%,其次是華北地區(qū)(占全國33.68%),東北地區(qū)占少量份額(全國5.45%)。
如果按照每立方氫氣耗電5千瓦時來計算,全國棄風電量可生產(chǎn)55.4億立方高純度氫氣。
2018年棄風棄電率排名前三的省份分別為新疆、內(nèi)蒙古和甘肅,全國平均棄風棄電率為7%,這三個省份均超過了10%。由于可再生資源豐富,西北省份也是電價最低的地區(qū)。
長期來看,低成本電力主要來自光伏和風電。
雖然我國每年產(chǎn)生大量的棄風棄電,但由于棄風棄電產(chǎn)生的電壓不穩(wěn)定、難以大規(guī)模推廣等原因,其終究不是解決電解水制氫成本問題的最優(yōu)選擇。
長期來看,光伏和風電是電解水制氫企業(yè)獲得低成本電力的主要來源。
全國大工業(yè)電價的均價為0.61元/kWh。以光伏系統(tǒng)投資成本5元/W,全國平均年有效利用小時1150小時計算,目前光伏系統(tǒng)發(fā)電成本0.5930元/kWh,已經(jīng)低于大工業(yè)電價。
受益于PERC、雙面等技術的應用推廣,光伏系統(tǒng)投資不斷降低,預計2019年將低至4元/W,部分地項目可以達到3.5-3.6元/W的水平。當光伏系統(tǒng)投資為4元/W時,對應度電成本為0.5121元/kWh。
2019年4月,國家發(fā)改委下發(fā)《關于完善光伏發(fā)電上網(wǎng)電價機制有關問題的通知》,將標桿上網(wǎng)電價改為指導價,并確定I-III類資源區(qū)新增光伏發(fā)電站指導價分別為每千瓦時0.40元、0.45元、0.55元,進一步推行光伏行業(yè)平價上網(wǎng)。
2018年全國風電平均利用小時數(shù)2095小時,考慮到7%的棄風率,實際平均利用小時數(shù)1948小時,以7500元/kW投資成本測算,目前全國風電度電成本約為0.3656元/kWh,低于光伏發(fā)電度電成本。