未来氢能时代 - 可再生能源制氢经济性研究
来源:    发布时间:2019-09-04    

  前言

  未来是属于氢能的时代?

  现行的技术和需求是否已经准备好迎接氢能时代的到来?

  2019年,彭博新能源财经作为全球能源经济领域内的领先智库,首次独家对氢能产业链进行了自上而下、深入的系统性研究与分析。

  本篇报告为该系列的第二篇长篇报告,专注于可再生能源制氢的经济性研究。

  发展氢能经济离不开低成本、排放量小的大规模制氢方法。随着可再生能源电力和电解槽的成本迅速下降,氢能经济距成为现实更进一步。BNEF预计,利用可再生能源大规模制氢的成本将从2019年的2.5-6.8美元/千克,降到2030年的1.4 - 2.9美元/ 千克;到2050年,成本进一步降至0.8 - 1.0美元/ 千克,甚至低于目前化石燃料制取氢(不含碳捕获)1 - 1.8美元/ 千克的成本。氢气的未来发展大有可期!

  水电解制氢因其成本高、规模小,目前不是制氢的主流。2018年全年电解槽出货规模仅135MW。根据技术和地理位置的不同,制氢平准化成本在2.5 - 6.8美元/ 千克之间。中国制造商生产的碱性电解槽成本比欧美国家低得多,后者常常收不抵支。

  随着生产规模不断扩大,电解槽的成本很可能下降。中国制造商已实现生产低成本的碱性电解槽,其成本可进一步下降。如果需求增长,目前不太成熟的PEM纯水电解水制氢的成本也可快速降低。BNEF估计,碱性电解装置的成本可能从目前欧洲的1200美元/ 千瓦、中国的200美元/ 千瓦降至2030年的115 - 135美元/ 千瓦。长期看来,到2050年,成本可降至80 - 98 美元/ 千瓦。兆瓦级的PEM系统前期投入可能从现在的1400美元/ 千瓦降至到2030年的440 - 1008美元/ 千瓦,到2050年进一步降至95 - 217美元/ 千瓦。

  碱性电解槽制氢是现阶段经济性最佳的可再生能源制氢方法。到2050年,碱性电解槽制氢或将成为可再生能源制氢的主流技术。业内通常认为,PEM电解槽的灵活性能更好地适应可再生能源发电的波动性。然而,碱性电解槽制氢在灵活供应方面也表现良好,两者的差距并不足以作为PEM溢价的理由。PEM电解槽占地面积小,对于面积有限的项目更适用,但对于大型项目而言,就不存在空间上的相对优势。

  可再生能源制氢成本降低的前提是可再生能源电力成本低廉、供应充足,可利用小时越多越好。我们预计,电力系统设计经过充分优化之后,光伏和/或风电机组可直接为大型电解槽供电,2030年的成本仅为24 - 28美元/ 兆瓦时,2050年降至15 - 17美元/ 兆瓦时。BNEF的成本估值显著低于其他机构根据电网供电得出的估值。电解槽利用率可以实现稳步提升,但成本最优对应的利用率方案如下:通过风光一体化自备电站供电53%;自备风电电站供电48%;或自备光伏电站供电32%。

  随着电解槽生产规模扩大、新能源大规模并网不断优化,BNEF预测,在风光资源充足的地区,2030年可再生能源制氢成本可降至1.4 - 2.9美元/ 千克,到2050年仅为0.8 - 1.0美元/ 千克。可再生能源制氢很可能会是成本最低的制氢方法,甚至低于目前成本为1 - 1.8美元/ 千克的化石燃料制氢成本(不含碳捕获)。即使在像日本可再生资源成本较高的地区,2050年制氢成本仅约1.3美元/ 千克。

  小规模、分布式可再生能源制氢,成本也可能越来越低。从2030年的1.9 - 5.7美元/ 千克,或降至2050年的1.1 - 3.3美元/ 千克,主要取决于电力成本。分布式光伏电站供电的电解槽制氢经济效益最佳。即使无法实现小规模、分布式可再生能源电力供电,电网供电制氢成本仍能与小规模商用化石燃料制氢(不含碳捕获)的2 - 4美元/ 千克媲美。

  到2030年和2050年,用零成本电力(弃电)为电解槽供电的经济性非常有吸引力。到2030年,电解槽的前期投入会降至一定水平,电解槽的利用率只需达到6 - 7%,零成本电力制氢成本就能与大型制氢企业的成本媲美。如果使用零成本电力且电解槽利用率达到15%,那么2030年碱性电解槽制氢成本仅为0.6美元/ 千克,2050年仅0.4美元/ 千克。

  阅读本系列第一篇报告:储氢经济性研究,请点击此处。

  一组数据

  1.4美元/千克

  2030年可实现的可再生能源制氢成本

  0.8美元/千克

  2050年可实现的可再生能源制氢成本

  15美元/兆瓦时

  2050年,电解制氢装置配套自备光伏电站的度电成本