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近期，國(guó)聯(lián)證券發(fā)布?xì)淠苄袠I(yè)系列深度報(bào)告。以下為《綠氫風(fēng)正帆懸平價(jià)在望》報(bào)告的要點(diǎn)內(nèi)容。本篇報(bào)告重點(diǎn)探究了綠氫在深度脫碳領(lǐng)域發(fā)揮的作用，以及綠氫的降本路徑。

中國(guó)承諾“雙碳”目標(biāo)，推動(dòng)綠氫在脫碳領(lǐng)域規(guī)模化應(yīng)用：隨著我國(guó)“3060雙碳”目標(biāo)的提出，全社會(huì)生產(chǎn)資料將向著低碳化及凈零排放方向發(fā)展，綠氫作為連接可再生能源與終端應(yīng)用場(chǎng)景的綠色二次能源，將在工業(yè)、建筑、交通等領(lǐng)域扮演深度脫碳的重要角色。根據(jù)氫能聯(lián)盟數(shù)據(jù)，在碳中和情形下，預(yù)計(jì)到2060年我國(guó)氫氣的年需求量將由目前的0.37億噸增至1.3億噸左右，在終端能源消費(fèi)中的占比由目前的5%提升至20%，工業(yè)及交通將是主要增量領(lǐng)域。

到2030年可再生綠氫或?qū)?shí)現(xiàn)與灰氫平價(jià)：從當(dāng)前綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展階段來(lái)看，整體處于產(chǎn)業(yè)導(dǎo)入階段，制約綠氫產(chǎn)業(yè)規(guī)模化發(fā)展的核心因素在于制氫成本。通過(guò)對(duì)可再生電解水綠氫全生命周期成本的拆解及預(yù)測(cè)，到2030年國(guó)內(nèi)一些可再生資源優(yōu)勢(shì)區(qū)域，其綠氫成本將實(shí)現(xiàn)與灰氫（10元/kg左右）平價(jià)，到2040年則基本實(shí)現(xiàn)平價(jià)。

綠氫的大規(guī)模應(yīng)用或?qū)⒃?035-2040年實(shí)現(xiàn)：通過(guò)綠氫在各脫碳應(yīng)用領(lǐng)域的成本競(jìng)爭(zhēng)力分析，近5年綠氫將率先在供熱和重卡行業(yè)得以應(yīng)用；到2030年，部分可再生能源資源稟賦優(yōu)勢(shì)區(qū)域，綠氫成本可下探至與灰氫平價(jià)的水平，氫能在重型運(yùn)輸領(lǐng)域可實(shí)現(xiàn)價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力；到2035年后，綠氫或?qū)⒆鳛闃O具競(jìng)爭(zhēng)力的能源在主流工業(yè)領(lǐng)域和交通領(lǐng)域大規(guī)模推廣應(yīng)用。

以下為本報(bào)告第四章《氫能脫碳核心制約——平價(jià)綠氫何時(shí)到來(lái)？》一章的主要內(nèi)容，轉(zhuǎn)發(fā)供參考。

一、可再生能源電解水制氫是氫脫碳路線成立的重要組成

目前，氫的制取主要有三種較為成熟的技術(shù)路線：一是以煤炭、天然氣為代表的化石能源重整制氫；二是以焦?fàn)t煤氣、氯堿尾氣、丙烷脫氫為代表的工業(yè)副產(chǎn)氣制氫，三是電解水制氫。從供應(yīng)結(jié)構(gòu)來(lái)看，化石能源制氫是我國(guó)獲取廉價(jià)及穩(wěn)定供應(yīng)氫氣的最主要來(lái)源，其次為工業(yè)副產(chǎn)氫，而電解水制氫占比極小。

從各制氫路線的特點(diǎn)來(lái)看，傳統(tǒng)制氫工業(yè)中以煤炭、天然氣等化石能源為原料，制氫過(guò)程產(chǎn)生CO2排放，制得氫氣中普遍含有硫、磷等有害雜質(zhì)，對(duì)提純及碳捕獲有著較高的要求。焦?fàn)t煤氣、氯堿尾氣等工業(yè)副產(chǎn)提純制氫，能夠避免尾氣中的氫氣浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)氫氣的高效利用，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)看無(wú)法作為大規(guī)模集中化的氫能供應(yīng)來(lái)看；電解水制氫純度等級(jí)高，雜質(zhì)氣體少，考慮減排效益，與可再生能源結(jié)合電解水制“綠氫”被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)氫脫碳的最佳途徑。

堿性電解與PEM電解將是未來(lái)電解水主流工藝路線電解槽是利用可再生能源生產(chǎn)綠氫的關(guān)鍵設(shè)備。目前電解水制氫主要有堿性電解、質(zhì)子交換膜（PEM）電解、固體氧化物（SOEC）電解這三種技術(shù)路線，根據(jù)各自技術(shù)特點(diǎn)以及商業(yè)化應(yīng)用程度，堿性電解水制氫路線及PEM電解水制氫將是未來(lái)與可再生能源結(jié)合的主流電解水制氫工藝路線。

堿性電解。該技術(shù)已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用，國(guó)內(nèi)關(guān)鍵設(shè)備主要性能指標(biāo)均接近國(guó)際先進(jìn)水平，設(shè)備成本低，單槽電解制氫量較大，易適用于電網(wǎng)電解制氫。PEM電解。該技術(shù)國(guó)內(nèi)較國(guó)際先進(jìn)水平差距較大，體現(xiàn)在技術(shù)成熟度、裝置規(guī)模、使用壽命、經(jīng)濟(jì)性等方面，國(guó)外已有通過(guò)多模塊集成實(shí)現(xiàn)百兆瓦級(jí)PEM電解水制氫系統(tǒng)應(yīng)用的項(xiàng)目案例。其運(yùn)行靈活性和反應(yīng)效率較高，能夠以最低功率保持待機(jī)模式，與波動(dòng)性和隨機(jī)性較大的風(fēng)電和光伏具有良好的匹配性。SOEC電解。該技術(shù)的電耗低于堿性和PEM電解技術(shù)，但尚未廣泛商業(yè)化，國(guó)內(nèi)僅在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模上完成驗(yàn)證示范。由于SOEC電解水制氫需要高溫環(huán)境，其較為適合產(chǎn)生高溫、高壓蒸汽的光熱發(fā)電等系統(tǒng)。目前來(lái)看，堿性電解槽成本較低，經(jīng)濟(jì)性較好，市場(chǎng)份額較PEM電解槽高一些。不過(guò)隨著燃料電池技術(shù)的不斷成熟，質(zhì)子交換膜國(guó)產(chǎn)化的不斷加速突破，長(zhǎng)期來(lái)看，PEM電解槽的成本和市場(chǎng)份額將逐漸提高，與堿性電解槽接近持平，并根據(jù)各自與可再生能源電力系統(tǒng)的適配性應(yīng)用在光伏、風(fēng)電領(lǐng)域。

“灰氫”+CCUS技術(shù)近中期將幫助“綠氫”實(shí)現(xiàn)過(guò)度雖然可再生能源電解水制氫是我國(guó)實(shí)現(xiàn)氫脫碳的終極之路，但從中國(guó)的國(guó)情來(lái)看，由于規(guī)?；?、低成本的可再生能源電解水制氫產(chǎn)業(yè)尚未形成，因此已有規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化的煤制氫路線仍將長(zhǎng)期存在，但是需要疊加CCUS技術(shù)（碳捕集和封存利用）將“灰氫”變?yōu)椤八{(lán)氫”，補(bǔ)充氫能的供應(yīng)，“灰氫”+CCUS技術(shù)近中期將幫助“綠氫”實(shí)現(xiàn)過(guò)度。發(fā)展CCUS面臨的最大挑戰(zhàn)是綜合成本相對(duì)過(guò)高。

二、2030年可再生綠氫或?qū)?shí)現(xiàn)與灰氫平價(jià)低成本可再生氫的實(shí)現(xiàn)路徑對(duì)于氫氣未來(lái)能不能實(shí)現(xiàn)平價(jià)應(yīng)用至關(guān)重要。目前，通過(guò)可再生能源發(fā)電制取“綠氫”主要面臨成本高的問(wèn)題。一方面，當(dāng)前階段以風(fēng)電光伏為代表的可再生能源發(fā)電成本還比較高；另一方面，電解槽的能耗和初始投資成本較高，規(guī)模還較小。因此，未來(lái)提高“綠氫”經(jīng)濟(jì)性的有效途徑將主要依靠可再生能源發(fā)電成本的下降，電解槽能耗和投資成本的下降以及碳稅等政策的引導(dǎo)。

電解氫成本主要受電力成本、電解槽投資成本影響。電解氫成本主要由3部分組成：1）電力成本。依靠風(fēng)電、光伏等可再生能源產(chǎn)生的電力，將水電解成氫氣和氧氣。2）投資成本（CAPEX）。主要為電解槽系統(tǒng)成本。3）運(yùn)維成本（OPEX）。因此，綠氫全生命周期成本（LCOH）=電力成本+投資成本（capex）+運(yùn)行成本（opex）。

以歐洲100MW規(guī)模綠氫電解裝置為例，從該綠氫制備的全生命周期成本來(lái)看，可再生電力成本占據(jù)綠氫全生命周期成本的56%，電解槽系統(tǒng)投資成本占據(jù)38%。因此，電價(jià)水平以及電解槽系統(tǒng)初始投資成本的高低直接影響最終綠氫成本，同時(shí)影響綠氫在各應(yīng)用領(lǐng)域脫碳的節(jié)奏和進(jìn)度。

為了探究可再生能源電解水制氫何時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)與灰氫平價(jià)，我們對(duì)綠氫全生命周期成本進(jìn)行拆解及預(yù)測(cè)（僅對(duì)成熟度水平較高的堿性電解水制氫進(jìn)行成本拆解預(yù)測(cè)），對(duì)電力成本、CAPEX、OPEX關(guān)鍵影響因素做出如下假設(shè)：（1）電力成本可再生能源平準(zhǔn)化度電成本（LCOE）。隨著投資成本的下降以及技術(shù)的不斷進(jìn)步，未來(lái)可再生能源將成為一次能源消費(fèi)中的主體，可再生能源平準(zhǔn)化度電成本將大幅下降，參考Hrdrogen council、IRENA、中國(guó)氫能聯(lián)盟以及發(fā)改委能源所的預(yù)測(cè)，以2020年為基準(zhǔn)年，預(yù)計(jì)可再生能源的綜合度電成本（包含光伏、風(fēng)電）到2030年將下降30%，到2050年將下降60%。而部分光伏、風(fēng)電資源優(yōu)質(zhì)地區(qū)，其度電成本的降幅將明顯快于平均水平，以光伏為例，參考中國(guó)光伏行業(yè)協(xié)會(huì)給出的數(shù)據(jù)，2020年國(guó)內(nèi)部分光伏利用小時(shí)數(shù)為1800h的地區(qū)，光伏度電成本已降低至0.2元/KWh，且未來(lái)仍有進(jìn)一步下降空間。電解效率。參考IRENA及IEA等權(quán)威機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)，2020年國(guó)內(nèi)電解水制氫能耗約為55kwh/kg-H2（對(duì)應(yīng)65.7%的轉(zhuǎn)換效率），未來(lái)隨著電解槽工藝的不斷優(yōu)化，特別是改進(jìn)交換膜、催化劑及系統(tǒng)集成，能效將進(jìn)一步提高，預(yù)計(jì)到2050年國(guó)內(nèi)電解效率可以提升至46kwh/kg-H2。

（2）CAPEX電解槽初始投資成本。影響電解槽投資成本的主要因素為電解槽制氫規(guī)模，包括電解槽電堆規(guī)模及電解槽系統(tǒng)規(guī)模：1）電堆規(guī)模化降本。當(dāng)前單位電解槽電堆普遍為兆瓦級(jí)規(guī)模（目前全球最大的單一電堆電解槽是位于日本福島的10MW電堆），根據(jù)IRENA權(quán)威機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)，當(dāng)電堆規(guī)模由1MW分別提升至10MW、100MW時(shí)，相應(yīng)電解槽系統(tǒng)成本可分別降低35%-45%、60%-70%；2）系統(tǒng)裝機(jī)量規(guī)?；当?。當(dāng)前全球電解槽系統(tǒng)規(guī)模約為20GWh，按照IRENA機(jī)構(gòu)給出的能源方案中，保守情況下，到2030年全球電解槽規(guī)模將提升至100GWh，屆時(shí)電解槽系統(tǒng)成本將降低40%，樂(lè)觀情況下，到2030年全球電解槽規(guī)模將提升至270GWh，屆時(shí)電解槽系統(tǒng)成本將降低55%，到2050年，全球電解槽系統(tǒng)規(guī)模將進(jìn)入TW時(shí)代，假設(shè)系統(tǒng)規(guī)模達(dá)到1.7TWh，系統(tǒng)成本相較于目前將降低70。因此，綜合IRENA對(duì)電解槽規(guī)模化降本預(yù)期，另補(bǔ)充Hydrogen Council的權(quán)威預(yù)測(cè)，電解槽系統(tǒng)成本隨著技術(shù)進(jìn)步及規(guī)?；?030年將降低60-80%，隨后因電解槽系統(tǒng)規(guī)?；蛩氐某杀緦W(xué)習(xí)曲線率下降，系統(tǒng)成本降幅趨緩，但仍隨著技術(shù)的進(jìn)步不斷下降。資金成本（WACC）。目前的加權(quán)平均資金成本假設(shè)為10%，戶要考慮目前有關(guān)電解水制綠氫項(xiàng)目的相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)較高。假設(shè)2050年的加權(quán)平均資金成本為6%，與目前投資可再生電力水平相當(dāng)。滿載小時(shí)數(shù)（設(shè)備利用小時(shí)數(shù)）。滿載小時(shí)數(shù)是指年度滿負(fù)荷工作時(shí)間，由于可再生能源發(fā)電側(cè)存在波動(dòng)性，因此依靠可再生能源電解水制氫的工作負(fù)荷將主要取決于風(fēng)電、光伏等可再生能源自身發(fā)電負(fù)荷的提升。參考IRENA機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，假設(shè)2020年滿載負(fù)荷為3000小時(shí)/年，到2050年提升至4000小時(shí)/年。

（3）OPEX固定運(yùn)維。假設(shè)電解槽固定運(yùn)維成本為電解槽初始投資成本的2%/年。

到2030年國(guó)內(nèi)綠氫成本可實(shí)現(xiàn)與灰氫平價(jià)通過(guò)對(duì)可再生電解水綠氫全生命周期成本的拆解及預(yù)測(cè)，到2030年，隨著可再生能源LCOE以及電解槽系統(tǒng)成本的快速下降，綠氫成本將從2020年的30.8元/kg快速降至16.9元/kg。而2020年國(guó)內(nèi)部分光伏利用小時(shí)數(shù)為1800h的地區(qū)，光伏度電成本已降低至0.2元/KWh，我們認(rèn)為國(guó)內(nèi)這些可再生資源優(yōu)勢(shì)區(qū)域，其度電成本到2030年將領(lǐng)先于行業(yè)平均水平達(dá)到0.1-0.15元/KWh，相應(yīng)的綠氫成本將率先實(shí)現(xiàn)與灰氫平價(jià)。

綠氫的大規(guī)模應(yīng)用或?qū)⒃?035-2040年實(shí)現(xiàn)

在碳中和目標(biāo)下，綠氫將在工業(yè)、交通、建筑等碳排領(lǐng)域扮演重要深度脫碳角色。通過(guò)綠氫在各脫碳應(yīng)用領(lǐng)域的成本競(jìng)爭(zhēng)力分析，近5年綠氫將率先在供熱和重卡行業(yè)得以應(yīng)用，天然氣管網(wǎng)中通過(guò)天然氣摻氫用于建筑供熱，這將是綠氫推廣的首次商業(yè)應(yīng)用。此外，由于政府和民眾在氫氣基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面的支持，綠氫最早可能于2025年在為重型車輛（如區(qū)域列車和重卡）提供動(dòng)力方面具備競(jìng)爭(zhēng)力。

到2030年，部分可再生能源資源稟賦優(yōu)勢(shì)區(qū)域，綠氫成本可下探至與灰氫平價(jià)的水平，即達(dá)到10-12元/kg，這意味著氫燃料可以取代柴油，也就標(biāo)志著氫能在重型運(yùn)輸領(lǐng)域極具價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力的轉(zhuǎn)折。

到2035年后，綠氫或?qū)⒆鳛闃O具競(jìng)爭(zhēng)力的能源在主流工業(yè)領(lǐng)域和交通領(lǐng)域大規(guī)模推廣應(yīng)用。