我国新能源风光发电制氢成本动态测算.pdfVIP

新能源发电制氢技术不断成熟，制氢成本直接影响到氢能产业商业

化推广与应用。针对电解水制氢技术方案投入与运营成本的变化，基于

新能源产业风光发电成本视角构建了由碱性（ALK）电解槽+风电、质子

交换膜（PEM）电解槽+风电、碱性（ALK）电解槽+光伏发电、质子交换

膜（PEM）电解槽+光伏发电四种电解水制氢组合方案的成本动态测算模

型，并通过敏感性分析研究了相关因素对制氢成本的影响。

结果表明：四组方案制氢成本在研究期内（2017-2020）成本分别

降低了13.95%、29.22%、19.55%和31.03%，2020年制氢成本分别为17.90

元/kg、28.27元/kg、21.54元/kg和32.23元/kg，而能耗和发电成本

是降低四种方案制氢成本最具备潜力的影响因素。同时，对比分析了其

他电源及传统化石能源制氢等不同制氢技术工艺的经济性，不同制氢情

景下，制氢成本由低到高分别为煤制氢、工业副产氢、天然气制氢、煤

制氢+碳捕获收集（CCS）、ALK风电制氢、甲醇制氢、ALK光伏制氢、

ALK谷电制氢、PEM光伏制氢和PEM谷电制氢。

核心内容

鉴于上市企业间发电成本的差异性，本文采用加权平均思想估算行

业年度加权发电成本。电解水制氢具体成本构成如图1所示，单位制氢

成本如表1所示。

图1电解水制氢成本构成

表1单位制氢成本计算公式

相关电解水技术参数参考了IRENA发布的数据，根据其2017年历

史数据和2025年预测数据，假设ALK和PEM电解装置技术参数按照一

定的学习率进行变化，计算ALK电解装置的电耗、电池组使用寿命、电

解装置总系统成本、电解装置运维成本、电池组更换成本的学习率，其

学习率分别为1.25%、-3.79%、13.13%、13.13%、13.46%，PEM电解装

置5个技术参数的学习率分别为3.39%、-7.29%、15.64%、15.64%、19.64%。

PEM电解装置技术参数的学习率要高于ALK，且电池组更换成本、电解

装置总系统成本及电解装备运维成本的下降趋势最为显著。最后，通过

学习曲线估算2018-2020年ALK和PEM电解装置的技术参数值，估算结

果如表2所示。

表220MW电解装置技术参数估算

结果与讨论

风电和光伏发电的成本估算

根据风电企业与光伏发电企业的数据，基于上市公司的年度行业发

电成本估算方法估算了2017-2020年我国风电和光伏发电产业的成本估

算数据，如下图所示。研究期内发电成本呈现持续下降的趋势，风电平

均成本从0.205元/kWh下降到0.194元/kWh，光伏发电成本从0.322

元/kWh下降到0.268元/kWh。从发电成本范围上可以看到，风、光发电

产业规模、集中度及企业间的技术、资源、企业运营条件等差异显著，

以2020年为例，光伏产业发电规模不足风电30%，风电量前5家企业发

电总量480.31亿kWh，其占19家风电企业总发电的59.43%，光伏发电

量前5家企业发电总量182.03亿kWh，其占17家光伏发电的总发电总

量占80.12%。整体上看，研究期内风力发电行业的企业间发电成本差别

较小，差异性要好于光伏发电行业，其测算结果区间差额在0.12元上

下，而光伏发电行业则在0.28元以上。

图2风电和光伏发电产业发电成本估算结果

电解水技术的制氢成本构成

为体现整体风力和光伏产业发电-制氢一体化的真实制氢成本，选

取上图测算的风力和光伏发电产业发电成本为制氢环节的投入物成本，

计算得2017-2020年我国ALK和PEM两种电解水技术的制氢生产成本。

从成本变化趋势来看，由于电解槽技术与制造工艺的进步以及新能源发

电成本的逐步降低，成本处于不断下降的趋势。其中，ALK风电制氢成

本由2017年20.80元/kg降低到2020年的17.90元/kg，研究期内成本

降低了13.95%；PEM风电制氢的成本下降趋势则更加显著，由2017年

39.99元/kg降低到2020年的28.27元/kg，其成本降低了29.22%。类

似的，2017年到2020年，ALK光伏和PEM光伏制氢成本分别降低19.55%

和31.03%，但由于光伏发电成本要高于风电发电成本，导致同等