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編者按：光伏發(fā)電作為國家鼓勵發(fā)展的綠色清潔能源，近年裝機規(guī)模不斷增大，但光伏發(fā)電具有隨機性、波動性、階段性供電等問題，增加了電網(wǎng)調(diào)度難度。隨著光伏裝機規(guī)模的不斷擴大，光伏發(fā)電將面臨增加儲能問題，光伏發(fā)電制氫用于天然氣摻燒、燃料電池，可豐富終端用戶用能多樣性，保障能源安全，也是解決光伏發(fā)電所面臨問題的一種途徑。

 6月30日，華電濰坊發(fā)電有限公司與深圳市凱豪達集團舉行氫能戰(zhàn)略合作簽約儀式，雙方將共同投資建設(shè)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(guī)模太陽燃料合成示范項目甲醇裝置開車動員大會，該項目總占地面積286畝，主要建設(shè)太陽能光伏發(fā)電、電解水制氫及二氧化碳加氫合成甲醇三大系統(tǒng)。

隨著氫能在全球的火爆，光伏制氫產(chǎn)業(yè)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(fā)展方向之一，在國際市場上，光伏制氫產(chǎn)業(yè)的藍海已經(jīng)開啟，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(fā)電作為國家鼓勵發(fā)展的綠色清潔能源，近年裝機規(guī)模不斷增大，但光伏發(fā)電具有隨機性、波動性、階段性供電等問題，增加了電網(wǎng)調(diào)度難度。隨著光伏裝機規(guī)模的不斷擴大，光伏發(fā)電將面臨增加儲能問題，這就為光伏發(fā)電持續(xù)發(fā)展帶來了一定挑戰(zhàn)。光伏發(fā)電制氫用于天然氣摻燒、燃料電池，可豐富終端用戶用能多樣性，保障能源安全，也是解決光伏發(fā)電所面臨問題的一種途徑。

光伏制氫技術(shù)路線

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

堿性電解槽制氫。該種電解槽的結(jié)構(gòu)簡單，適合大規(guī)模制氫，價格較便宜，效率偏低約70%~80%，主要設(shè)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。效率較堿性電解槽效率更高，主要使用了離子交換技術(shù)。電解槽主要由聚合物薄膜、陰陽兩電極組成，由于較高的質(zhì)子傳導(dǎo)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。隨著質(zhì)子交換膜、電極貴金屬技術(shù)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。可在高溫下工作，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(shè)備，反應(yīng)后的廢熱可與汽輪機、制冷系統(tǒng)進行聯(lián)合循環(huán)利用，提升效率，可達到90%。

光伏發(fā)電制氫經(jīng)濟性分析

傳統(tǒng)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(yè)副產(chǎn)品制氫。煤氣化制氫投資成本較高，隨著規(guī)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(guī)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(jīng)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(fā)電制氫成本及經(jīng)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(fā)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(fā)電直流系統(tǒng)造價如表5。

以一類資源區(qū)域為例，首年光伏利用小時數(shù)為1700小時計算，其他參數(shù)為：裝機容量100MW，建設(shè)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(shù)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(nèi)部收益率滿足8%反算電價，并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(nèi)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(xiàn)氣候目標的新興領(lǐng)域，正成為行業(yè)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(jīng)濟大幅震蕩，“綠色氫氣”正在迎來“屬于它的時代”。作為新興產(chǎn)業(yè)，理應(yīng)獲得各國政府更多支持。

什么是綠色氫氣

世界能源理事會的報告將氫氣按照生產(chǎn)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(shù)制取氫氣。該過程制造的氫氣成本較低，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(shù)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(yōu)點

和傳統(tǒng)的制氫方式相比，“綠色氫氣”有幾個突出優(yōu)點。首先，生產(chǎn)的原材料是”綠色的“，不論水還是用來發(fā)電的可再生能源，對環(huán)境友好電解水制氫只會生成氫氣和氧氣，不會產(chǎn)生碳氧化合物對環(huán)境造成污染;其次，可以解決可能生能源發(fā)電過剩、發(fā)電間歇性的困境。最后，制氫用的原料水可以說是”無窮無盡“的，業(yè)內(nèi)人士普遍認為，氫氣作為重要的工業(yè)原料以及清潔燃料，在未來幾十年里將形成競爭的格局。

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(fā)展氫能，就是要發(fā)展綠氫，也就是可再生能源制氫。作為二次能源，氫的產(chǎn)生離不開一次能源，要發(fā)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(fā)展氫能，產(chǎn)業(yè)鏈要從可再生能源制氫著眼，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(xù)公布了氫能戰(zhàn)略。而歐盟今年擬定的“綠色協(xié)議”中已將“清潔氫氣”制定為“優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)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于“綠色氫能”的支持。最新消息也顯示，德國預(yù)計將在本月底前公布該國氫能戰(zhàn)略。

那么，目前為止，我國對“綠色氫氣”進行了哪些探索呢?當前，國內(nèi)對“綠色氫氣”的探索主要在風(fēng)電/光伏制氫方面，據(jù)北極星統(tǒng)計，我國穩(wěn)步推進的光伏/風(fēng)電制氫項目共有20余項。

光伏制氫項目




風(fēng)電制氫項目

來源：部分內(nèi)容整理自北極星氫能網(wǎng)、中國電力設(shè)備管理協(xié)會


原標題：全球熱捧“綠氫” 我國光伏制氫發(fā)展如何？