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氫能作為“碳中和”戰略的重要組成部分，受到世界主要國家和地區的青睞。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，將引領未來制氫產業的發展方向。2021年初，國際氫能委員會和麥肯錫聯合發布了《氫能洞察》報告，從全球視角觀察氫能產業的發展趨勢。氫能促進會將根據本報告的相關內容進行分析判斷，結合國內外形勢，提出氫能產業的新視角，形成2021年全球氫能觀測系列研究報告。這是系列研究報告的第二篇，全球綠色氫氣供應趨勢觀察，讓我們開啟氫能的新視野。
三大因素推動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期更快的速度迅速下降。2021年，隨著全球氫氣工業的快速發展，我們對綠氫的生產成本預期降低。
目前，推動綠氫成本加速下降的主要因素有三個。
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%。由于世界范圍內可再生能源的大規模應用，可再生能源的成本將不斷降低。到2030年，光伏發電成本預計下降25%至0.1元/千瓦時，陸上風電成本預計下降50%至0.2元/千瓦時，海上風電成本預計下降33%。在全球范圍內，預計擁有最佳資源的地區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。預計到2030年，電解槽的成本將大幅下降——系統水平（包括電解槽、電源和整流器、干燥/凈化、壓縮設備）將降至200-250美元/千瓦左右。由于電解槽供應鏈的加速發展，成本較去年預期大幅降低30-50%。近期，多家電解槽生產企業紛紛宣布擴大產能計劃，累計新增電解槽產能超過3gw。同時，大型可再生能源綜合制氫項目中電解槽的利用率也在逐步提高。這一表現主要由生產集中、可再生能源（如陸上風電和太陽能光伏）耦合和系統集成優化（如擴大可再生能源裝機容量和電解槽容量以實現最佳利用）推動。
第三，技術進步帶來成本降低。目前，電解水制氫效率約為55kWh/kg（即生產1立方米氫氣需要4.5kWh的電能）；隨著大規模制氫項目的增多，生產工藝的改進和質量控制的提高，以及其他環節（如隔膜更薄、催化劑更高效、稀有金屬使用更少等）技術和材料的優化，預計未來電解槽效率將降至40kwh/kg氫氣（即生產1立方米氫氣約需3.7kwh），同時由于材料和催化劑的優化，設備折舊等原材料成本預計將降低50%以上，這將促進綠色制氫成本的持續下降（見圖1）
全球綠氫規模效應逐漸顯現
世界上在建的綠氫項目約有70個，其中22個千兆瓦項目，主要分布在歐洲（11個）和澳大利亞（7個），中東和南美也有很大的潛力。從綠色制氫產能來看，全球規劃的GWA綠色制氫項目總產能為144.1gw，其中歐洲和澳大利亞占比近93%，絕對領先。按照歐盟此前制定的2024年電解槽達到6Gw、2030年達到40gw的目標，如果目前規劃中的綠氫項目能夠順利投產，將大大超標。
隨著全球綠色氫能項目的快速擴張，產業規模效應將逐步顯現。到2030年，可再生能源制氫項目的電解槽、電源及整流、干燥/凈化（純度99.9%）、壓縮設備（壓縮至30bar）等核心設備的投資成本預計將從目前的1120美元/千瓦降至230美元/千瓦。同時，設備運輸、安裝組裝（并網）、施工成本（室內安裝）、項目開發、現場服務、試運行等間接成本也將隨著行業規模的發展而降低。融資成本也包含在綠色氫氣項目的總投資成本中。滿足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%，將使項目的總投資成本降低近20%。
目前，我國電解水制氫總產能約70萬噸，市場總投資約38.5億元。預計2025年至2030年，制氫技術將主要以堿水制氫和質子交換膜制氫技術為主，在技術創新和規模化發展下，電解槽綜合成本將逐步降至5000元/kW。2025年，國內電解水制氫總產量達到300萬噸，市場投資約1022億元；到2030年，國內電解槽總容量將達到75gw，投資將增加到3750億元。
到2030年，綠氫的價格將與灰氫相同
灰氫和藍氫的碳排放成本是加速綠氫和灰氫等價的重要因素之一。如果引入碳排放成本，綠氫在2028年可能達到與灰氫相同的價格。假設碳排放成本到2030年將增加到50美元/噸（二氧化碳當量），到2040年將增加到150美元/噸，到2050年將增加到300美元/噸，實現綠氫和灰氫同等價格的時間可以提前到2028-2034年，具體時間將取決于各地區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年與灰氫價格相同。在可再生能源和天然氣資源普遍存在的地區（如德國），綠氫和灰氫在2032年的價格可能相同。到2034年，可再生能源和天然氣資源豐富的地區（例如，美國的一些地區）可以實現綠氫和灰氫的同等價格（見圖2）。
綜上所述，與國際氫能委員會2020年的預測相比，這些因素將共同使綠氫成本預測曲線在平均成本區間降低20%，在最優成本區間降低30%。
例如，中歐海上風電制氫項目（或具有類似共同資源的綠色制氫項目）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性較高，在可再生能源成本較低的地區，綠氫的成本降低趨勢將更快。例如，中東的光伏制氫項目（或類似的低成本可再生能源綠氫生產項目）將將氫氣生產成本降低到1.5美元/公斤2030，在這種情況下，與海上風力發電制氫項目相比，電解槽投資成本的降低對綠氫成本的降低影響較大。
同時，也可采用風電-太陽能耦合或一體化設計，對兩類項目的制氫系統進行優化，在可再生能源產能過剩造成的電能損耗和降功率造成的制氫系統利用率低之間取得平衡。澳大利亞、智利、沙特阿拉伯等風景資源豐富的國家將從這一綜合資源優勢中受益（見圖3）。
在中國，大約97%的氫是由化石能源或副產品氫產生的。為實現碳減排和化石能源替代的目標，未來應發展藍氫和綠氫，逐步替代灰氫。發展藍氫是我國特有的競爭優勢，但利用CCUs化石能源制氫和副產氫氣只能減少碳排放高達80%，可以作為從灰氫向綠氫過渡的階段。
未來十年，我國風電和光伏發電年新增裝機容量預計分別為5000萬千瓦和7000萬千瓦左右。可再生能源發電成本將進一步下降，到2030年，綠氫潛在產能有望超過400萬噸；在國內電解水制氫設備方面，隨著技術的發展和自主性的提高，隨著電解槽生產規模的擴大和自動化水平的提高，預計到2030年電解水制氫設備的固定成本將降低50%-60%。
據氫促會預測，“十四五”期間，我國將積極利用工業副產氫，大力發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，國內電解水制氫規模將達到75gw左右，平均制氫成本約15元/公斤；從長遠看，到2050年，我國將以可再生能源制氫為主，副產氫得到有效補充，化石能源制氫結合CCUs技術，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》系列第三期研究報告：全球氫氣儲存、運輸和供應鏈趨勢觀察
