全球熱捧“綠氫”我國光伏制氫發展如何？

6月30日，華電濰坊發電有限公司與深圳市凱豪達集團舉行氫能戰略合作簽約儀式，雙方將共同投資建設濰坊濱海光伏100MW光伏制氫項目。

就在前一天 ，6月29日，石投集團專精特新公司召開全球首套千噸級規模太陽燃料合成示範項目甲醇裝置開車動員大會，該項目總佔地面積286畝，主要建設太陽能光伏發電、電解水制氫及二氧化碳加氫合成甲醇三大系統。

隨着氫能在全球的火爆，光伏制氫產業也迅速被點燃。如今，光伏制氫被視為未來新能源最具潛力的發展方向之一，在國際市場上，光伏制氫產業的藍海已經開啓，日本、德國、荷蘭、澳大利亞、加拿大等國家均已開展大型光伏制氫項目的研究或投入。

光伏發電作為國家鼓勵發展的綠色清潔能源，近年裝機規模不斷增大，但光伏發電具有隨機性、波動性、階段性供電等問題，增加了電網調度難度。隨着光伏裝機規模的不斷擴大，光伏發電將面臨增加儲能問題，這就為光伏發電持續發展帶來了一定挑戰。光伏發電制氫用於天然氣摻燒、燃料電池，可豐富終端用户用能多樣性，保障能源安全，也是解決光伏發電所面臨問題的一種途徑。

光伏制氫技術路線

光伏發電制氫主要利用光伏發電系統所發直流電直接供應制氫站制氫用電。光伏直流發電系統相比傳統電站減少了逆變和升壓的過程，主要設備設施包括光伏組件、匯流箱、支架、基礎、接地裝置等，光伏組件可根據制氫站輸入電壓和電流要求進行串、並連配置，從而提高系統效率。電解水制氫目前技術成熟、設備簡單，運行和管理較為方便，製取氫氣純度較高，無污染，主要有3種技術路線。

鹼性電解槽制氫。該種電解槽的結構簡單，適合大規模製氫，價格較便宜，效率偏低約70%~80%，主要設備包括電源、陰陽極、橫膈膜、電解液和電解槽箱體組成，電解液通常為氫氧化鈉溶液，電解槽主要包括單極式和雙極式。

聚合物薄膜電解槽（PEM Electrolyzer）制氫。效率較鹼性電解槽效率更高，主要使用了離子交換技術。電解槽主要由聚合物薄膜、陰陽兩電極組成，由於較高的質子傳導性，聚合物薄膜電解槽工作電流可大大提高，從而提升電解效率。隨着質子交換膜、電極貴金屬技術進步，聚合物薄膜電解槽制氫成本將會大大降低。

固體氧化物電解槽（Solid Oxide Electrolyzer）制氫。可在高温下工作，部分電能可由熱能替代，效率高、成本低，固體氧化物電解槽是三種電解槽中效率最高的設備，反應後的廢熱可與汽輪機、製冷系統進行聯合循環利用，提升效率，可達到90%。

光伏發電制氫經濟性分析

傳統方式制氫成本分析

目前市場成熟制氫方式主要包括煤氣化制氫、甲醇制氫、天然氣制氫以及工業副產品制氫。煤氣化制氫投資成本較高，隨着規模增大，單位投資大幅下降，同時原料便宜，按照5800大卡煙煤計算，價格為500元/噸時制氫成本僅為0.7元/Nm3（表1）；甲醇制氫投資較低，適合2500Nm3以下制氫規模，按照1Nm3氫氣消耗0.72千克甲醇，甲醇價格按2319元/噸計算，制氫成本如表2；天然氣制氫單位投資成本低，在1000Nm3以上經濟性較好，按照1Nm3氫氣消耗0.6Nm3天然氣，天然氣價格按1.82元/Nm3計算，制氫成本如表3。

光伏發電制氫成本及經濟性分析

以1000Nm3/h水電解制氫為例，總投資約1400萬元，按照1Nm3氫氣消耗5kWh電能計算，不同電價測算制氫成本分析如表4。由此分析，光伏發電制氫電價控制在0.3元/千瓦時以下時，制氫成本才具有競爭力。按照目前市場價格進行測算，以100MW光伏發電直流系統造價如表5。

以一類資源區域為例，首年光伏利用小時數為1700小時計算，其他參數為：裝機容量100MW，建設期1年，資本金投資比例20%，流動資金10元/kW，借款期限10年，還本付息方式為等額本息，長期貸款利率4.90%，折舊年限20年，殘值率5%，維修費率0.5%，人員數量5，人工年平均工資7萬元，福利費及其他70%，保險費率0.23%，材料費3元/kW，其他費用10元/kW。按照全部投資內部收益率滿足8%反算電價，並分別分析計算造價為2.3億、2億、1.8億、1.6億元時的電價。通過計算，在滿足全部投資內部收益率為8%時，不同造價下的電價如表6。

“綠色氫氣”作為實現氣候目標的新興領域，正成為行業焦點。國際能源署（IEA）署長法提赫·比羅爾表示，當前全球原油經濟大幅震盪，“綠色氫氣”正在迎來“屬於它的時代”。作為新興產業，理應獲得各國政府更多支持。

什麼是綠色氫氣

世界能源理事會的報告將氫氣按照生產來源分為“灰色”、“藍色”和“綠色”三類。

灰色氫氣：目前，96％的氫氣來自化石燃料，通過蒸汽甲烷重整（SMR）或煤氣化技術製取氫氣。該過程製造的氫氣成本較低，但是碳強度最高，因而社會接受度最低。藍色氫氣：蒸汽甲烷重整技術或煤氣化加上碳捕捉和貯存（CCS）制氫，碳強度較低，成本昂貴，社會接受度較高綠色氫氣：使用可再生能源進行電解，二氧化碳零排放，成本昂貴，社會接受度最高

綠色氫氣優點

和傳統的制氫方式相比，“綠色氫氣”有幾個突出優點。首先，生產的原材料是”綠色的“，不論水還是用來發電的可再生能源，對環境友好電解水制氫只會生成氫氣和氧氣，不會產生碳氧化合物對環境造成污染；其次，可以解決可能生能源發電過剩、發電間歇性的困境。最後，制氫用的原料水可以説是”無窮無盡“的，業內人士普遍認為，氫氣作為重要的工業原料以及清潔燃料，在未來幾十年裏將形成競爭的格局。

中國工程院院士、中國工程院原副院長杜祥琬近期在接受專訪時表示發展氫能，就是要發展綠氫，也就是可再生能源制氫。作為二次能源，氫的產生離不開一次能源，要發展好氫能就要利用可再生能源。離開一次能源，氫能是無源之水。要發展氫能，產業鏈要從可再生能源制氫着眼，搞清楚源頭。

我國對綠色氫氣的探索

事實上，國際上不少國家已開始對綠色氫氣的探索。截止目前，日本、英國、澳大利亞等國家陸續公佈了氫能戰略。而歐盟今年擬定的“綠色協議”中已將“清潔氫氣”制定為“優先發展領域”，這一定義則包括了天然氣制氫以及可再生能源制氫。有消息人士透露稱，荷蘭政府也在積極推動歐盟對於“綠色氫能”的支持。最新消息也顯示，德國預計將在本月底前公佈該國氫能戰略。

那麼，目前為止，我國對“綠色氫氣”進行了哪些探索呢？當前，國內對“綠色氫氣”的探索主要在風電/光伏制氫方面，據北極星統計，我國穩步推進的光伏/風電制氫項目共有20餘項。

光伏制氫項目

風電制氫項目