西部的绿氢:制氢这笔账怎么算
资本成长学堂 · 道纳出品
设想西北一个化工园区的规划展板:一边是连片的风电和光伏,一边是合成氨和甲醇装置,中间画着一排电解槽厂房,旁边一行字:「绿电制绿氢,就地消纳,就地转化」。来参观的人多半会问同一个问题:这样制出来的氢,一公斤要多少钱?
这个问题,展板上一般没有答案。介绍材料里常见的是一个区间,或者一句「随着电价和设备成本下降,有望与灰氢平价」。
我们在第 10 期讲过绿电加算力,在第 89 期讲过西部的水,在第 117 期讲过光伏治沙。绿氢正好把这几件事连在了一起:要电,要水,要地,还要一个能把氢用掉的下游。这一篇不讲概念,只算账:一公斤绿氢的成本由哪几块组成,哪一块最要紧,以及读一份制氢项目材料时,先看哪几个数。
氢本身没有颜色,颜色说的是它怎么来的。
灰氢:用煤或天然气制取,过程中排放二氧化碳。这是目前工业用氢的主要来源,化工厂里的合成氨、甲醇、炼油加氢,大多用的是它。
蓝氢:同样用化石能源制取,但配套了碳捕集,把一部分二氧化碳收集起来。
绿氢:用可再生能源发的电电解水制取,过程中基本不排放二氧化碳。
西部做绿氢,有两个天然的理由:一是风光资源好,新能源发电成本低;二是西部本来就有大量煤化工、化肥和炼化装置,每年要消耗大量灰氢。用绿氢替代一部分灰氢,下游是现成的。
但「理由充分」和「账算得过来」是两回事。下面一项一项拆。
想了解一个制氢项目的真实情况,公开渠道能找到的材料不少。
1. 项目的环评公示和备案信息。 环评报告里会写清楚制氢规模(每小时多少标方或每年多少吨)、电解槽类型和台数、用水量和水源、储氢方式、安全防护距离。这比任何宣传材料都具体。
2. 设备招标和中标公示。 大型项目的电解槽、纯化设备、储罐,通常会公开招标,中标公示里能看到设备规格和中标金额,可以用来判断单位投资。
3. 电解槽、储运设备企业的年报和公告。 这些企业的年报里会讲行业的订单情况、产品价格变化和技术路线,用来判断设备成本的走势。
4. 地方的氢能产业规划和支持政策。 很多西部省份出台了氢能产业规划,会写明重点布局的园区、示范场景和支持方式。国家层面,有国家发展改革委、国家能源局印发的氢能产业发展中长期规划。具体的支持措施和执行口径,以各地现行文件为准。
5. 电价和绿电交易的相关文件。 制氢用的电怎么来、多少钱,取决于当地的电价政策、绿电直连和市场化交易的规则。我们在第 10 期讲过绿电直连,那里的逻辑同样适用于制氢。
把电解水制氢的成本拆开,大致是五块。
电费:最大的一块
电解一公斤氢,系统总电耗大约在每公斤 50 到 55 千瓦时之间(含电解、纯化、公辅,具体随设备类型、负荷率和运行年限变化)。也就是说,电价每变动 0.1 元/千瓦时,一公斤氢的成本就变动 5 元多。
这是整笔账里最敏感的一项。在多数测算里,电费占绿氢成本的六成甚至更多。
设备折旧:取决于利用小时
电解槽、整流电源、纯化装置、压缩机、储罐、厂房,这些是一次性投入,要在整个使用期里摊销。摊到每公斤氢上是多少,关键不是设备有多贵,而是一年能开多少小时。
同样一套设备,一年开 2500 小时和一年开 6000 小时,每公斤分摊的折旧差了一倍多。
运维和电堆更换
电解槽的电堆有寿命,运行一定小时数以后性能衰减,电耗上升,到期需要更换或者大修。这笔钱要么在运维费里体现,要么要单独计提。很多早期测算漏掉了这一项。
水
电解水制氢,理论上每公斤氢要消耗约 9 公斤水。实际上,原水要经过纯化,加上冷却等用水,每公斤氢的实际耗水量要高不少。水费本身在成本里占比很小,但能不能拿到用水指标,在西北可能是决定项目能不能落地的事。这一点我们在第 89 期讲过。
储运:常被单独拎出去的一块
很多项目报出来的「制氢成本」,是氢气出厂那一刻的成本。从厂区到用户,还要压缩、储存、运输。
用户就在园区隔壁,用管道直接输送,储运成本很低;
用户在几百公里以外,用高压长管拖车运输,每车装载量有限,储运成本可能和制氢成本一个量级;
再远,就要考虑把氢转化成氨或甲醇再运,这又是一套工艺和一笔账。
所以看到「绿氢成本每公斤多少元」,第一个要问的是:这是出厂价,还是到用户手里的价?
下面用一组假设值,把一公斤氢的出厂成本走一遍。
假设条件(全部为假设值):
电解制氢系统装机 100 兆瓦;
系统总投资 4 亿元(含电解槽、电源、纯化、公辅和厂房);
系统电耗每公斤氢 55 千瓦时;
设备按 20 年、6% 的资金成本折算年化投资,年化系数约 0.087,一年约 0.35 亿元;
运维费按总投资的 2% 计,一年 0.08 亿元;
水费和人工等其他费用,每公斤 0.65 元。
第一步:算年产量。
年产量 = 装机 × 年利用小时 ÷ 单位电耗
2500 小时:100,000 千瓦 × 2500 ÷ 55 ≈ 454.5 万公斤,约 4545 吨;
4000 小时:约 7273 吨;
6000 小时:约 10,909 吨。
第二步:算每公斤的非电成本。
| 年利用小时 | 年产量(吨) | 年化投资(元/公斤) | 运维(元/公斤) | 其他(元/公斤) | 非电成本合计(元/公斤) |
|---|---|---|---|---|---|
| 2500 | 4545 | 7.67 | 1.76 | 0.65 | 10.08 |
| 4000 | 7273 | 4.80 | 1.10 | 0.65 | 6.55 |
| 6000 | 10,909 | 3.20 | 0.73 | 0.65 | 4.58 |
第三步:加上电费,得到出厂成本(元/公斤)。
| 电价(元/千瓦时) | 电费(元/公斤) | 2500 小时 | 4000 小时 | 6000 小时 |
|---|---|---|---|---|
| 0.15 | 8.25 | 18.3 | 14.8 | 12.8 |
| 0.20 | 11.00 | 21.1 | 17.5 | 15.6 |
| 0.25 | 13.75 | 23.8 | 20.3 | 18.3 |
| 0.30 | 16.50 | 26.6 | 23.0 | 21.1 |
| 0.35 | 19.25 | 29.3 | 25.8 | 23.8 |
这张表有三种读法。
第一,电价是第一敏感项。 同一列里,电价每升 0.05 元,成本升 2.75 元。在 4000 小时、0.20 元的情形下,电费占成本的六成以上。
第二,利用小时是第二敏感项。 同一行里,从 2500 小时到 6000 小时,成本能降五六元。
第三,也是最重要的:便宜的电和高的利用小时,往往不能同时拿到。 只用光伏中午的低价电,电价可能很低,但一年只能开两千多小时(表里左上角,约 18.3 元);为了提高利用小时去电网补电,小时数上去了,电价也上去了(表里 6000 小时、0.30 元,约 21.1 元);风光互补再配一点储能,可能落在中间(4000 小时、0.20 元,约 17.5 元)。哪个方案最划算,要拿当地真实的发电曲线和电价逐小时去算,而不是各取一个最好的数拼在一起。
再加上储运。假设用户就在园区内、管道输送,每公斤加 1 元(假设值);假设用户在 200 公里外、用长管拖车运输并在加氢站加注,每公斤加 6 元(假设值)。同一公斤氢,前者到手价 18.5 元左右,后者就到了 23.5 元左右。
最后拿一个参照:假设当地化工厂现在用煤制氢,成本是每公斤 12 元(假设值)。即使在表里最好的情形下,绿氢和灰氢之间仍有差距。这个差距由谁来补,是碳成本、绿色溢价、政策支持,还是下游产品的绿色认证带来的售价提升,决定了项目能不能长期运转。
(以上数字全部为假设值,仅用于说明方法,不对应任何地区或项目。)
化工:量大、就近、需要稳定
合成氨、甲醇、炼油加氢,这些装置本来就在用灰氢,用量大、用户集中,绿氢直接替代,储运成本最低。西部的大型煤化工和化肥基地,是绿氢最现实的下游。
但化工装置有一个特点:它要求连续稳定地供氢,不能跟着风光的出力忽高忽低。所以绿氢接入化工装置,要么配储氢罐做缓冲,要么保留一部分灰氢作为调节,要么从电网补电。每一种做法都会改变成本,也会影响产品能不能被认定为「绿」。
交通:示范多、规模小
燃料电池重卡、公交,在一些城市和矿区、港口有示范运营。交通用氢对纯度要求高,要经过加氢站加注,储运和加注环节的成本占比很大。车辆的推广,又和车辆本身的价格、加氢站的布局、支持政策有关。
在西部,交通用氢更适合放在固定线路、集中场景里,比如矿区短倒运输、园区内部物流,而不是一开始就铺开。
其他方向
氢冶金、掺氢燃烧、长时储能,这些方向有试点,但规模化还需要时间。读材料时看到这类场景,先问是示范项目还是商业项目,有没有长期的用氢合同。
坑一:拿名义产能算产量。 「年产绿氢两万吨」,往往是按满负荷算的。风光制氢的实际利用小时远低于满负荷,产量要打折。看项目,先看它假设的利用小时是多少、依据是什么。
坑二:只报出厂成本,不报到手成本。 下游用户离得远,储运可能吃掉一大块。报价要说清楚交付地点。
坑三:漏掉电堆衰减和更换。 电耗随运行时间上升,电堆到期要换。二十年的测算期里,这至少要算进去一两次大修。
坑四:没有锁定下游。 制氢项目的风险,很大程度上在需求端。有没有签长期的用氢协议,约定了多少量、什么价格、怎么调价,比电解槽买哪家更重要。
坑五:手续和安全想得太晚。 氢气属于危险化学品,制氢、储氢的选址、安全距离、审批流程都有专门要求,是否必须进入化工园区,各地口径正在调整,以现行规定为准。水、地、电网接入、环评、安评,任何一项卡住,项目都要等。
坑六:把「绿」当成默认的。 用电网补电制出来的氢,能不能算绿氢;产品要卖到对绿色认定有专门规则的市场,认的是哪一套标准。这些都要在项目设计阶段就弄清楚,以现行认定规则为准。
| 问题 | 为什么要问 |
|---|---|
| 电从哪里来,多少钱,签了几年 | 电价是第一敏感项 |
| 年利用小时假设多少,依据是什么 | 决定折旧摊薄和实际产量 |
| 系统电耗按多少算,考虑衰减了吗 | 每差 1 千瓦时,成本就差一截 |
| 单位投资多少,含哪些设备 | 有的报价只含电解槽本体 |
| 电堆寿命和更换安排 | 早期测算最常漏掉的一项 |
| 用水量多少,有没有取水指标 | 西北的硬约束 |
| 报的是出厂成本还是到手成本 | 储运可能和制氢一样贵 |
| 下游是谁,有没有长期用氢协议 | 需求端决定项目能不能活 |
| 风光波动怎么和下游的稳定需求匹配 | 储氢、补电还是保留灰氢 |
| 安全、环评、用地手续走到哪一步 | 任何一项都可能卡住进度 |
绿氢在西部有很好的条件:电便宜,下游现成,地也够。但一公斤氢的成本,不是由「电便宜」这一句话决定的,而是电价、利用小时、设备、储运和下游五个数一起决定的。
把这五个数一项一项填进去,自己算一遍,比任何「有望平价」的判断都可靠。
留言区想听听
你所在的地方,有绿氢项目在规划或建设吗?
它的电和下游是怎么安排的?
下期预告 · 招商新解 29 · 周二
基金和项目:先投钱,还是先落地
本文为一般性讨论,文中数字均为示意,全部为假设值,不对应任何地区或项目,不构成投资建议。氢能产业政策、电价与绿电交易规则、危险化学品管理及绿氢认定以国家和各地现行规定为准。
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