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氫能作為“碳中和”戰(zhàn)略的重要組成部分，受到世界主要國家和地區(qū)的青睞。雖然可再生能源制氫目前僅占全球制氫量的4%左右，但其潛力巨大，將引領(lǐng)未來制氫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。2021年初，國際氫能委員會(huì)和麥肯錫聯(lián)合發(fā)布了《氫能洞察》報(bào)告，從全球視角觀察氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢。氫能促進(jìn)會(huì)將根據(jù)本報(bào)告的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析判斷，結(jié)合國內(nèi)外形勢，提出氫能產(chǎn)業(yè)的新視角，形成2021年全球氫能觀測系列研究報(bào)告。這是系列研究報(bào)告的第二篇，全球綠色氫氣供應(yīng)趨勢觀察，讓我們開啟氫能的新視野。
三大因素推動(dòng)綠色氫氣成本快速下降
可再生能源制氫的成本正在以比預(yù)期更快的速度迅速下降。2021年，隨著全球氫氣工業(yè)的快速發(fā)展，我們對綠氫的生產(chǎn)成本預(yù)期降低。
目前，推動(dòng)綠氫成本加速下降的主要因素有三個(gè)。
首先，可再生能源的lcoe正在下降。電力成本是制氫成本的主要組成部分，占制氫成本的60-70%。由于世界范圍內(nèi)可再生能源的大規(guī)模應(yīng)用，可再生能源的成本將不斷降低。到2030年，光伏發(fā)電成本預(yù)計(jì)下降25%至0.1元/千瓦時(shí)，陸上風(fēng)電成本預(yù)計(jì)下降50%至0.2元/千瓦時(shí)，海上風(fēng)電成本預(yù)計(jì)下降33%。在全球范圍內(nèi)，預(yù)計(jì)擁有最佳資源的地區(qū)的人均電力成本下降幅度最大，包括西班牙、智利和中東。
其次，電解槽的成本正在迅速下降。預(yù)計(jì)到2030年，電解槽的成本將大幅下降——系統(tǒng)水平（包括電解槽、電源和整流器、干燥/凈化、壓縮設(shè)備）將降至200-250美元/千瓦左右。由于電解槽供應(yīng)鏈的加速發(fā)展，成本較去年預(yù)期大幅降低30-50%。近期，多家電解槽生產(chǎn)企業(yè)紛紛宣布擴(kuò)大產(chǎn)能計(jì)劃，累計(jì)新增電解槽產(chǎn)能超過3gw。同時(shí)，大型可再生能源綜合制氫項(xiàng)目中電解槽的利用率也在逐步提高。這一表現(xiàn)主要由生產(chǎn)集中、可再生能源（如陸上風(fēng)電和太陽能光伏）耦合和系統(tǒng)集成優(yōu)化（如擴(kuò)大可再生能源裝機(jī)容量和電解槽容量以實(shí)現(xiàn)最佳利用）推動(dòng)。
第三，技術(shù)進(jìn)步帶來成本降低。目前，電解水制氫效率約為55kWh/kg（即生產(chǎn)1立方米氫氣需要4.5kWh的電能）；隨著大規(guī)模制氫項(xiàng)目的增多，生產(chǎn)工藝的改進(jìn)和質(zhì)量控制的提高，以及其他環(huán)節(jié)（如隔膜更薄、催化劑更高效、稀有金屬使用更少等）技術(shù)和材料的優(yōu)化，預(yù)計(jì)未來電解槽效率將降至40kwh/kg氫氣（即生產(chǎn)1立方米氫氣約需3.7kwh），同時(shí)由于材料和催化劑的優(yōu)化，設(shè)備折舊等原材料成本預(yù)計(jì)將降低50%以上，這將促進(jìn)綠色制氫成本的持續(xù)下降（見圖1）
全球綠氫規(guī)模效應(yīng)逐漸顯現(xiàn)
世界上在建的綠氫項(xiàng)目約有70個(gè)，其中22個(gè)千兆瓦項(xiàng)目，主要分布在歐洲（11個(gè)）和澳大利亞（7個(gè)），中東和南美也有很大的潛力。從綠色制氫產(chǎn)能來看，全球規(guī)劃的GWA綠色制氫項(xiàng)目總產(chǎn)能為144.1gw，其中歐洲和澳大利亞占比近93%，絕對領(lǐng)先。按照歐盟此前制定的2024年電解槽達(dá)到6Gw、2030年達(dá)到40gw的目標(biāo)，如果目前規(guī)劃中的綠氫項(xiàng)目能夠順利投產(chǎn)，將大大超標(biāo)。
隨著全球綠色氫能項(xiàng)目的快速擴(kuò)張，產(chǎn)業(yè)規(guī)模效應(yīng)將逐步顯現(xiàn)。到2030年，可再生能源制氫項(xiàng)目的電解槽、電源及整流、干燥/凈化（純度99.9%）、壓縮設(shè)備（壓縮至30bar）等核心設(shè)備的投資成本預(yù)計(jì)將從目前的1120美元/千瓦降至230美元/千瓦。同時(shí)，設(shè)備運(yùn)輸、安裝組裝（并網(wǎng)）、施工成本（室內(nèi)安裝）、項(xiàng)目開發(fā)、現(xiàn)場服務(wù)、試運(yùn)行等間接成本也將隨著行業(yè)規(guī)模的發(fā)展而降低。融資成本也包含在綠色氫氣項(xiàng)目的總投資成本中。滿足項(xiàng)目加權(quán)平均資本成本（WACC）要求的邊際收益應(yīng)與其他資本支出要素成比例。例如，將WACC從7%降低到5%，將使項(xiàng)目的總投資成本降低近20%。
目前，我國電解水制氫總產(chǎn)能約70萬噸，市場總投資約38.5億元。預(yù)計(jì)2025年至2030年，制氫技術(shù)將主要以堿水制氫和質(zhì)子交換膜制氫技術(shù)為主，在技術(shù)創(chuàng)新和規(guī)?；l(fā)展下，電解槽綜合成本將逐步降至5000元/kW。2025年，國內(nèi)電解水制氫總產(chǎn)量達(dá)到300萬噸，市場投資約1022億元；到2030年，國內(nèi)電解槽總?cè)萘繉⑦_(dá)到75gw，投資將增加到3750億元。
到2030年，綠氫的價(jià)格將與灰氫相同
灰氫和藍(lán)氫的碳排放成本是加速綠氫和灰氫等價(jià)的重要因素之一。如果引入碳排放成本，綠氫在2028年可能達(dá)到與灰氫相同的價(jià)格。假設(shè)碳排放成本到2030年將增加到50美元/噸（二氧化碳當(dāng)量），到2040年將增加到150美元/噸，到2050年將增加到300美元/噸，實(shí)現(xiàn)綠氫和灰氫同等價(jià)格的時(shí)間可以提前到2028-2034年，具體時(shí)間將取決于各地區(qū)的資源稟賦和政策要求。
在可再生資源最好但天然氣成本較高的國家（如智利），綠氫最早將于2028年與灰氫價(jià)格相同。在可再生能源和天然氣資源普遍存在的地區(qū)（如德國），綠氫和灰氫在2032年的價(jià)格可能相同。到2034年，可再生能源和天然氣資源豐富的地區(qū)（例如，美國的一些地區(qū)）可以實(shí)現(xiàn)綠氫和灰氫的同等價(jià)格（見圖2）。
綜上所述，與國際氫能委員會(huì)2020年的預(yù)測相比，這些因素將共同使綠氫成本預(yù)測曲線在平均成本區(qū)間降低20%，在最優(yōu)成本區(qū)間降低30%。
例如，中歐海上風(fēng)電制氫項(xiàng)目（或具有類似共同資源的綠色制氫項(xiàng)目）的制氫成本將從2020年的5.4美元/千克下降到2030年的2.3美元/千克，lcoe的下降對綠色制氫成本的影響最大。由于電力成本的相關(guān)性較高，在可再生能源成本較低的地區(qū)，綠氫的成本降低趨勢將更快。例如，中東的光伏制氫項(xiàng)目（或類似的低成本可再生能源綠氫生產(chǎn)項(xiàng)目）將將氫氣生產(chǎn)成本降低到1.5美元/公斤2030，在這種情況下，與海上風(fēng)力發(fā)電制氫項(xiàng)目相比，電解槽投資成本的降低對綠氫成本的降低影響較大。
同時(shí)，也可采用風(fēng)電-太陽能耦合或一體化設(shè)計(jì)，對兩類項(xiàng)目的制氫系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，在可再生能源產(chǎn)能過剩造成的電能損耗和降功率造成的制氫系統(tǒng)利用率低之間取得平衡。澳大利亞、智利、沙特阿拉伯等風(fēng)景資源豐富的國家將從這一綜合資源優(yōu)勢中受益（見圖3）。
在中國，大約97%的氫是由化石能源或副產(chǎn)品氫產(chǎn)生的。為實(shí)現(xiàn)碳減排和化石能源替代的目標(biāo)，未來應(yīng)發(fā)展藍(lán)氫和綠氫，逐步替代灰氫。發(fā)展藍(lán)氫是我國特有的競爭優(yōu)勢，但利用CCUs化石能源制氫和副產(chǎn)氫氣只能減少碳排放高達(dá)80%，可以作為從灰氫向綠氫過渡的階段。
未來十年，我國風(fēng)電和光伏發(fā)電年新增裝機(jī)容量預(yù)計(jì)分別為5000萬千瓦和7000萬千瓦左右?？稍偕茉窗l(fā)電成本將進(jìn)一步下降，到2030年，綠氫潛在產(chǎn)能有望超過400萬噸；在國內(nèi)電解水制氫設(shè)備方面，隨著技術(shù)的發(fā)展和自主性的提高，隨著電解槽生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和自動(dòng)化水平的提高，預(yù)計(jì)到2030年電解水制氫設(shè)備的固定成本將降低50%-60%。
據(jù)氫促會(huì)預(yù)測，“十四五”期間，我國將積極利用工業(yè)副產(chǎn)氫，大力發(fā)展可再生能源電解水制氫示范。制氫平均成本降低到20元/公斤；到2030年，國內(nèi)電解水制氫規(guī)模將達(dá)到75gw左右，平均制氫成本約15元/公斤；從長遠(yuǎn)看，到2050年，我國將以可再生能源制氫為主，副產(chǎn)氫得到有效補(bǔ)充，化石能源制氫結(jié)合CCUs技術(shù)，生物制氫和太陽能光催化分解水制氫。制氫的平均成本將降低到10元/公斤。
請期待《全球氫能觀察2021》系列第三期研究報(bào)告：全球氫氣儲(chǔ)存、運(yùn)輸和供應(yīng)鏈趨勢觀察
