氫能作為實現“碳中和”戰(zhàn)略的重要組成部分，備受全球主要國家和地區(qū)的青睞，雖然可再生能源制氫現階段只占全球氫氣產量的4%左右，但潛力巨大，將引領制氫行業(yè)未來方向。2021年初，國際氫能委員會（Hydrogen Council）與麥肯錫聯(lián)合發(fā)布《氫能洞察》報告，從全球視角觀察氫能產業(yè)的發(fā)展趨勢。氫能促進會根據此報告相關內容進行分析研判，并結合國內外情況，帶來全新氫能產業(yè)視角，形成全球氫能觀察2021系列研報。本篇為系列研報的第二篇，全球綠氫供應趨勢觀察，讓我們一起開啟氫能新視野。
三大因素促綠氫成本快速下降
可再生能源制氫的生產成本正以超預期的速度快速下降。進入2021年，全球氫能產業(yè)發(fā)展速度的提升，也使得我們對綠氫生產成本有了更低的預期。
目前主要有三個因素正在推動綠氫成本的加速下降。一是可再生能源平準化度電成本（LCOE）正在下降。電費成本是制氫成本構成的主要部分，占比達到60-70%。由于全球范圍內可再生能源的大規(guī)模應用，可再生能源的成本將持續(xù)降低，到2030年，光伏發(fā)電成本預計將下降25%至0.1元/kWh，陸上風電成本下降50%至0.2元/kWh，海上風電成本有望下降33%。全球來看，預計資源最佳的地區(qū)度電成本下降幅度最大，包括西班牙、智利和中東等地。
二是電解槽成本正在加速下降。預計到2030年，電解槽成本將顯著下降——系統(tǒng)級（包括電解槽、電源和整流器、干燥/凈化、壓縮設備）約下降至200-250美元/千瓦。由于電解槽供應鏈規(guī)模的加速發(fā)展，對比去年成本的預測大幅降低了30-50%，近期多家電解槽制造商已宣布產能擴大計劃，總計將新增超過3GW的電解槽生產產能。同時，大型綜合可再生能源制氫項目的電解槽利用率水平正逐步提高。這種表現主要受生產集中化、可再生能源（例如陸上風能和太陽能光伏）耦合和系統(tǒng)集成優(yōu)化（例如，為了優(yōu)化利用而擴大可再生能源裝機量與電解槽產能）的推動。
三是技術進步帶來成本下降。當前電解水制氫效率約為55kWh/kg氫氣（即生產1立方氫需要約4.5度電）；隨著制氫項目更大規(guī)模化、更優(yōu)秀的制造工藝、以及更好的質量品控，輔以在其他環(huán)節(jié)技術和材料的優(yōu)化（如更薄的隔膜、更高效的催化劑、減少稀有金屬的使用等），未來電解槽的效率有望降低至40kWh/kg氫氣（即生產1立方氫需要約3.7度電），同時由于材料及催化劑的優(yōu)化，設備折舊、其他原材料成本也有望降低50%以上，從而推動綠氫生產成本持續(xù)下降。（見圖1）
圖1：各類技術路線制氫成本趨勢預測 全球綠氫規(guī)模效應逐漸顯現
全球已有約70個在建中的綠氫項目，其中吉瓦級項目22個，主要分布在歐洲（11個）和澳大利亞（7個），中東和南美也有巨大潛力。從綠氫產能來看，全球規(guī)劃中的吉瓦級綠氫項目產能合計144.1GW，其中歐洲和澳大利亞占了接近93%，處于絕對領先。按照之前歐盟提出的2024年電解槽規(guī)模達6GW、2030年達40GW的目標來看，現有規(guī)劃中的綠氫項目如能順利投產則將大幅超額達標。
隨著全球綠氫項目的快速擴張，產業(yè)規(guī)?；獙⒅饾u顯現。到2030年，可再生能源制氫項目中電解槽、電源和整流器、干燥/凈化（99.9%純度）、壓縮設備（壓縮至30巴）等核心設備的投資成本預計將從目前的1120美元/kW下降至230美元/kW。同時設備運輸、安裝和裝配（電網連接）、建筑成本（用于室內安裝）以及項目開發(fā)、現場服務和試運行等間接成本也將隨著行業(yè)規(guī)?；l(fā)展而有所下降。綠氫項目投資的總成本中還包括融資成本，符合項目加權平均資本成本(WACC)要求的邊際收益應與其他資本支出要素成比例，例如，將WACC從7%降低到5%將使項目的總體投資成本減少近20%。
當前國內電解水制氫總產能約為70萬噸，市場投資總額約38.5億元。預計2025-2030年，制氫技術將以堿水制氫、PEM制氫技術為主，電解槽綜合成本在技術創(chuàng)新、規(guī)模化發(fā)展下逐漸降至5000元/kW，2025年國內電解水制氫總產量將達到300萬噸，市場投資額約為1022億元；到2030年，國內電解槽總容量將達到75GW，投資額增長至3750億元。
2030年前綠氫將實現與灰氫同價
灰氫和藍氫的碳排成本，是加速綠氫與灰氫同價的重要因素之一。如引入碳排成本，綠氫或將在2028年實現與灰氫同價。假設到2030年碳排成本增長至為50美元/噸（二氧化碳當量），2040年150美元/噸，2050年300美元/噸，可將綠氫與灰氫實現同價的時間提前至2028年至2034年。確切的時間將取決于各地資源稟賦和政策要求。
在擁有最佳可再生資源但天然氣成本較高的國家（例如智利），綠氫最早將在2028年實現與灰氫同價。在可再生能源和天然氣資源都一般的地區(qū)（例如，德國），可能會在2032年實現綠氫與灰氫同價。到2034年，可再生能源和天然氣資源均豐富的地區(qū)（例如，美國部分地區(qū)）可實現綠氫與灰氫同價。（見圖2）。
圖2：各類技術路線制氫成本（包含碳排成本）趨勢預測綜上所述，對比2020年國際氫能委員會的預測，以上這些因素將共同推動綠氫成本預測曲線在平均成本區(qū)間降低20%，在最佳成本區(qū)間降低30%。
例如中歐的海上風電制氫項目（或同類普通資源的綠氫項目），制氫成本將從2020年的5.4美元/公斤下降到2030年的2.3美元/公斤，其中LCOE的下降對綠氫成本的影響最大。由于電力成本的相關性更高，擁有低成本可再生能源的地區(qū)，綠氫降本趨勢也將更快。而例如中東的光伏制氫項目（或同類低成本可再生能源制綠氫項目），到2030年，制氫成本將下降到1.5美元/公斤。在這種情況下，與海上風電制氫項目相比，電解槽投資成本的下降對推動綠氫成本下降的影響更大。
同時，兩類項目也可以應用風光耦合或通過集成設計來優(yōu)化制氫系統(tǒng)，在可再生能源產能過剩導致的電量損失和電力減少導致的制氫系統(tǒng)低利用率之間取得平衡。如澳大利亞、智利或沙特阿拉伯等風光資源充足的國家將從這種綜合資源優(yōu)勢中受益（見圖3）。
圖3：各類綠氫項目細分生產成本預測國內方面，在現階段約97%的氫氣都是由化石能源制氫或副產氫獲得，為實現碳減排和化石能源替代的目標，后續(xù)應主要發(fā)展藍氫和綠氫，并逐步替代灰氫。發(fā)展藍氫是我國獨有的競爭優(yōu)勢，但采用CCUS的化石能源制氫及副產氫最多只能降低80%碳排放，可作為灰氫向綠氫的過渡階段。
未來十年我國風電、光伏每年新增裝機規(guī)模預計分別在5000萬千瓦和7000萬千瓦左右，可再生能源發(fā)電成本將進一步下降，到2030年綠氫潛在產能預計可以超過400萬噸。國內電解水制氫設備方面，隨著技術發(fā)展和自主化的提升、電解槽生產規(guī)模擴大以及自動化水平提高，到2030年電解水制氫設備的固定成本有望降低50-60%。
根據氫促會預測，在“十四五”期間，我國將在積極利用工業(yè)副產氫的同時，大力發(fā)展可再生能源電解水制氫示范，氫氣平均制備成本降至20元/kg；到2030年，國內電解水制氫規(guī)模將達到75GW左右，氫氣平均制備成本15元/kg左右；遠期到2050年，我國將以可再生能源發(fā)電制氫為主，副產氫、化石能源制氫配合CCUS技術、生物制氫和太陽能光催化分解水制氫等技術為有效補充，氫氣平均制備成本降至10元/kg。
