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成本比欧美低75%,中国绿氢电解槽市场有望重塑光伏产业荣光

日期:2022-06-09    来源:环球零碳  作者:张书铭

国际氢能网

2022
06/09
10:52
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关键词: 绿氢 电解槽 制氢成本

摘要:彭博新能源财经的最新研究表明,虽然现阶段中国氢气电解槽的效率跟欧美有差距,但欧美电解设备的系统成本约为1200美元/千瓦,而中国只需300美元/千瓦,成本比西方低75%。在未来尽管西方会运用关税等手段上制造贸易壁垒,中国仍然可以像光伏行业一样利用价格战获得行业主导地位。

氢能已被认为是实现碳达峰碳中和路上必须要大力发展的清洁能源。氢气的主要来源目前是以天然气和煤等化石燃料为主,并且在生产过程中仍然排放着大量的二氧化碳。

电解水所产氢气被视为“绿氢”,也被认为是氢气生产的最终方向,同时对氢能的需求也是逐年增长。但目前绿氢成本远远高于化石燃料制氢。

图说:碳中和背景下全球各行业对氢能对需求(百万吨)

来源:普华永道《氢能源行业前景分析与洞察》

碱性电解槽(AWE)和质子交换膜电解槽(PEM)是现在主流的两种电解技术。电解水制氢成本主要是由设备折旧和电力成本两部分组成,其中电解槽固定成本是未来需要通过技术进步和规模化生产来克服的难点。

6月2日,Recharge News报道了研究机构彭博新能源财经(BloombergNEF)能源专家Xiaoting Wang的最新研判,中国未来有望在绿氢电解槽设备的赛道占据主导地位,就像十年前的光伏行业一样。因为中国电解设备的成本比西方同类产品低75%,而且同样高效。

01中国曾经是如何在光伏行业突出重围?

在2000年代中期,欧洲和日本的光伏电池板制造商主导了当时的新兴产业,然而在几年内,他们就被中国大规模出现的廉价光伏组件浪潮所压制。

Q-Cells、SolarWorld和Isofoton等前市场领导者都不得不申请破产。截至2011年,世界前十大光伏制造商中,有八家是中国的,比如现在的光伏龙头隆基绿能、协鑫等。

BloombergNEF的研究报告认为,历史很可能在新兴的氢气电解槽领域重演。因为目前中国的碱性电解槽目前比西方的同类产品便宜75%,同时产品质量上没有什么巨大差别。

虽然今天的地缘政治局势非常不同,欧洲和美国的政治家对依赖不共享其价值体系的国家来获取关键商品和原材料(如俄罗斯的天然气和石油)这件事时刻保持警惕,但这只会推迟中国在电解槽行业的主导地位。

所有西方的政客都非常紧张,因为他们不希望看到同样的故事再发生在氢能行业。因为他们真的认为氢气是未来能源的一个重要组成部分。

这是否意味着西方政府将寻求对中国电解槽的进口施加限制,就像欧盟委员会在2013-18年对中国光伏设备征收反倾销关税一样?

政治家在制造贸易壁垒方面总是可以很有创意。如果他们想使用“反倾销”这个词,需要等待一段时间。因为他们需要看到足够多的倾销行为,才可以这样做。

最终,对中国光伏电池板征收关税只会增加光伏的价格,阻碍应对气候变化的速度,这也是欧盟在2018年取消进口关税的原因。试图减缓进口更便宜的中国电解槽也是如此,因此任何西方保护主义都可能是短暂的。

在过去的几十年里,世界是以这样的方式运行的,它将优化经济效率。为了实现同样的目标,什么成本最低?但此刻,似乎经济效率以外的因素正在决定事情的完成方式。但经济效率不能被忽视。例如,美国前总统特朗普为中国制造的产品设置了这么多关税,但现任总统拜登,此刻正试图取消一些关税,以降低来自中国的商品价格。

02当下电解槽设备的成本问题

一般电解水制氢成本分为固定成本和可变成本,固定成本包括设备折旧、人工、运维等,可变成本包括制氢过程的电耗和水耗。电解水制氢的氢气全口径成本约50元/kg,其中制氢环节成本占比约44%,储运环节约24%,加注环节约32%。

图说:电解水制氢全口径成本

来源:中国氢能联盟

一般碱性电解槽的成本与其制氢能力正相关,即氢气产量越大,电解槽设备成本越高。目前国内市场在售的碱性电解槽单台设备制氢能力从几十到1000Nm3/h,价格从100万~1000余万元不等。其中1000Nm3/h的制氢能力是当前碱性电解槽单台设备制氢能力的上限,其价格大概在700万~1000万元之间。

图说:碱性电解槽制氢能力和成本的关系

PEM电解槽具有反应无污染、槽体结构紧凑、运行更加灵活、更适合可再生能源的波动性等优点,很多新建电解制氢项目开始选择PEM电解槽技术。但质子交换膜和铂电极催化剂等关键组件成本较高,导致PEM电解槽制造成本较高,为相同规模碱性电解槽的3~5倍。

PEM电解槽成本的下降主要在于提升电解槽工作时间。据计算,到2030年和2050年,预计电费分别为0.2元/kWh和0.13元/kWh,工作时间分别为4000h/年和8000h/年,对应PEM电解槽成本分别为1500万元和500万元,则对应的制氢成本分别为1.41元/Nm3和0.72元/Nm3。

随着氢能行业的发展,氢气需求的增加,以及技术的进步,会带来PEM电解槽成本的下降,叠加可再生能源电力成本的下降和产氢数量的增加,最终PEM电解槽制氢成本会低于碱性电解槽。

根据BNEF的数据,目前使用西方设备的电解系统的成本约为每千瓦1200美元。相比之下,中国使用本地设备的系统为300美元/千瓦。

03关于未来绿氢电解槽行业国际格局的讨论

分析师Xiaoting Wang预测到2030年,中国和西方的电解系统都将是约0.10美元/瓦(按2020年价格计算),其中主要是中国的电解槽设备在欧洲和美国广泛使用的结果。

西方国家向中国电解槽的转移可能已经开始,在犹他州的一个220MW绿色氢气项目中挪威品牌Hydrogen Pro是电解槽供应商。该公司收购了一家中国碱性电解器制造商75%的股份。因此,他们在位于欧洲的工厂可以使用中国公司的技术,从而避免针对源自中国的货物的任何障碍。

过去两年,诸如Peric等中国电解器制造商一直在通过当地经销商在欧洲销售设备。随着开发商试图降低成本,此举在未来几年只可能增长。

Xiaoting Wang表示:"至少对于碱性电解槽来说,我不认为中国制造商做得比欧洲或美国的厂家差。我认为他们相当先进,而且他们在新产品开发方面正在快速发展。"

同时该分析师指出,与欧洲的1-2MW电解槽相比,中国目前流行的5MW电解槽可以减少资本支出,特别是在工厂的平衡方面。

然而,西方的电解系统在工厂的平衡方面仍有优势。例如,中国的阀门和仪表比西方同行的质量要差,需要更多的维护,并推高了运营支出。在中国,由于劳动力成本低廉,这个问题不太严重。但在劳动力更昂贵的发达国家,更频繁的维护所带来的负面影响将被放大。

美国经济学家Hack Heyward对此却有着不同的解读。他结合中国氢能与燃料电池产业技术创新战略联盟(CHEFCIISA)的一份报告得出,中国电解槽的效率和可靠性不如西方机器,尽管购买价格便宜四倍,但由于其效率较低,运行寿命较短,实际上会导致氢气的平准化成本较高。

欧洲的设备在热回收技术方面要先进得多,对气体流动的管理也比中国的设备好,从而提高了整体效率和经济优势。同时欧洲的控制系统更优越,导致更好的平衡负载,并且退化速度更慢,导致更长的使用寿命。

中国制造的电解槽在电解槽堆中有较厚的分离器——1毫米,而西方的分离器不到0.5毫米,这就导致电流密度较低,因此效率较低。

与欧洲设备相比,中国机器还倾向于使用劣质的核心材料。例如,中国的电解器电极往往由多孔镍制成,而欧洲已经进步到 "高性能镍基合金"。

中国氢能联盟也表示在制氢效率方面,中国还有很长的路要走。到2030年,本地生产的机器将能够实现10万小时的运行寿命,而目前约为6万小时。

中国的原始设备制造商也意识到他们产品的缺点,并努力改善他们的技术。例如,中国第三大电解槽制造商CNTHE正在开发一种加压碱性机器,与欧洲制造商通常制造的传统非加压碱性电解槽相比,它将增加每兆瓦时电力的氢气输出,并对风能和太阳能的起伏反应更灵敏。

北京也有一些国家级的研发项目来推动其氢气产业,包括提高本地制造的碱性和PEM(质子交换膜)电解器的效率的计划。

为了鼓励电解器的发展和能够进一步降低价格的规模经济,一些城市和省份目前正在为绿色氢气生产提供慷慨的补贴。例如,广州市和四川省正在为电解氢生产者提供廉价的电力,而上海附近的舟山岛将对使用的电力进行补贴并支付电解器系统20%的成本。

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