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  • 传统制氢的成本分析
  • 光伏制氢的成本和经济分析

光伏产业(中国十大光伏企业)

光伏发电作为国家鼓励的绿色清洁能源，近年来装机容量不断增加。但光伏发电存在随机性、波动性、阶段性供电等问题，增加了电网调度的难度。随着光伏装机容量的不断扩大，光伏发电将面临储能增加的问题，这给光伏发电的可持续发展带来了一定的挑战。光伏发电制氢用于天然气掺混和燃料电池，可以丰富终端用户能源消费的多样性，保障能源安全。也是解决光伏发电面临问题的一个途径。

光伏发电制氢在资源类地区经济可行，成本低于天然气和甲醇。随着光伏发电成本的不断下降，光伏发电制氢的竞争力将进一步增强。本文不考虑氢气的运输成本。光伏发电直供应靠近需求侧，一类资源区主要集中在西北地区。该地区氢气用户主要是炼化企业，耗气量大，制氢站规模大。

今年4月20日，“国家太阳能电解水制氢综合示范工程”在宁夏银川宁东化工基地正式投产。包括20万千瓦光伏发电装置和2万标准立方米/小时的电解水制氢装置。据项目负责人介绍，该项目制氢综合成本可控制在1.34元/标方，所产氢气已进入宝丰能源烯烃生产系统。下一步将通过科技创新，提高转化率，降低生产成本，使发电成本控制在0.068元/千瓦时，“绿氢”成本控制在0.7元/标。

光伏组件价格快速下降。随着价格的进一步降低，一些二类资源地区的光伏发电制氢将具有竞争力。这些地区离负荷中心比较近，经济发达，氢气需求量大。光伏发电制氢工艺简单，运维难度低，制氢规模可根据场地和需求模块化。随着燃料电池技术的进步，分布式可再生能源用于燃料电池制氢也将是未来的重要发展趋势。

光伏发电技术和制氢技术相对成熟，光伏制氢系统技术研究相对较多，但尚未出现大规模项目。光伏制氢技术主要集中在光伏制氢联合运行模式的优化和光伏制氢系统的设计与优化。目前的研究主要集中在系统设计的优化上，而对整个系统的经济性研究较少。本文重点研究光伏制氢的经济性，并与传统产业制氢的成本进行比较，为光伏制氢的发展路径提供建议。

光伏制氢技术路线

光伏制氢主要是利用光伏发电系统产生的直流电直接为制氢站制氢供电。与传统电站相比，DC光伏发电系统减少了逆变和升压过程。主要设备设施包括光伏组件、接线盒、支架、基础、接地装置等。光伏模块可以根据制氢站的输入电压和电流要求进行串联和并联配置，从而提高系统效率。目前电解水制氢技术成熟，设备简单，操作管理方便，纯度高，无污染。技术路线主要有三条。

碱性电解槽制氢。这种电解槽结构简单，适合大规模制氢，价格低廉，效率低70%~80%左右。其主要设备包括电源、阴阳极、隔膜、电解液和电解槽箱。电解液通常是氢氧化钠溶液，电解槽主要有单极和双极。

质子交换膜电解槽制氢。效率高于碱性电解槽，主要采用离子交换技术。该电解槽主要由聚合物膜和阳极、阴极电极组成。由于质子传导率高，可以大大增加电解槽的工作电流，从而提高电解效率。随着质子交换膜和贵金属电极技术的进步，PEM电解槽的制氢成本将大大降低。

固体氧化物电解槽制氢。它可以在高温下工作，热能可以替代部分电能，效率高，成本低。固体氧化物电解槽是三种电解槽中效率最高的设备，反应后的余热可与汽轮机和制冷系统联合回收，效率可提高90%。

电解水制氢技术路线成熟，目前尚未大规模推广的关键因素是电价。目前用工业电制氢成本太高，市场竞争力差。

光伏发电和制氢的经济分析

传统制氢的成本分析

目前市场上成熟的制氢方法主要有煤气化、甲醇、天然气和工业副产品。煤气化制氢投资成本高，随着规模的增大，单位投资急剧下降，原料便宜。按5800大卡烟煤计算，价格为500元/吨时，制氢成本仅为0.7元/Nm3:

煤制氢成本表▼

甲醇生产投资低，适用于2500Nm3以下的制氢规模。按照1Nm3氢气消耗0.72 kg甲醇，甲醇价格按2319元/吨计算。制氢的成本如下:

甲醇制氢成本表▼

制氢单位投资成本低，1000Nm3以上经济性较好。按1Nm3氢气消耗0.6Nm3天然气，天然气价格按1.82元/Nm3计算。制氢成本如下:

天然气制氢成本表▼

光伏制氢的成本和经济分析

以电解1000Nm3/h水制氢为例，总投资约1400万元。按照1Nm3氢气消耗5kWh电计算，不同电价下制氢成本分析如下:

光伏发电和制氢成本表▼

由此分析，只有光伏发电电价控制在0.3元/千瓦时以下，制氢成本才有竞争力。根据目前的市场价格，100MW光伏发电的DC系统成本如下:

光伏DC系统的成本▼

以一级资源区为例，光伏第一年利用小时数为1700小时，其他参数为:装机容量100MW，建设期一年，资金投入比例20%，流动资金10元/kW，贷款期限10年，等额本息支付，长期贷款利率4.90%，折旧年限20年，残值率5%，维护率0.5%，人员。按照全部投资8%的内部收益率反算电价，分别分析计算成本为2.3亿、2亿、1.8亿、1.6亿时的电价。经计算，当全部投资的内部收益率为8%时，不同成本下的电价如下:

不同成本下的电价反算▼

洁玉

光伏发电制氢在资源类地区经济可行，成本低于天然气和甲醇。随着光伏发电成本的不断下降，光伏发电制氢的竞争力将进一步增强。本文不考虑氢气的运输成本。光伏发电直供应靠近需求侧，一类资源区主要集中在西北地区。该地区氢气用户主要是炼化企业，耗气量大，制氢站规模大。

光伏组件价格快速下降。随着价格的进一步降低，一些二类资源地区的光伏发电制氢将具有竞争力。这些地区离负荷中心比较近，经济发达，氢气需求量大。光伏发电制氢工艺简单，运维难度低，制氢规模可根据场地和需求模块化。随着燃料电池技术的进步，分布式可再生能源用于燃料电池制氢也将是未来的重要发展趋势。