山西省積極推進(jìn)電力市場體系建設(shè)，逐步通過電力現(xiàn)貨價(jià)格和輔助服務(wù)補(bǔ)償激勵，鼓勵新能源發(fā)電的充分消納，同時(shí)有效降低了用戶用電價(jià)格。

大同市著力打造新能源發(fā)電制氫基地的過程中，應(yīng)充分利用山西省改革紅利，利用電力市場化交易方式，降低電解水制氫電價(jià)，從而有效降低 “綠氫”成本，達(dá)到氫燃料電池車示范運(yùn)行35元/kg的終端用氫目標(biāo)，促進(jìn)氫能經(jīng)濟(jì)健康可持續(xù)發(fā)展。

本文作者為大同市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院副院長，陳宏巍。讀者如希望更深入的了解大同市新能源產(chǎn)業(yè)、光伏制氫產(chǎn)業(yè)，可留言或添加微信好友與作者聯(lián)系（文末附聯(lián)系方式）。

大同市具有發(fā)展可再生能源和電解水制氫的資源優(yōu)勢，利用風(fēng)電光伏制取“綠氫”，實(shí)現(xiàn)可再生能源多途徑就近高效利用，是大同市轉(zhuǎn)型發(fā)展，實(shí)現(xiàn)清潔能源替代的重要方向。

眾所周知，目前可再生能源生產(chǎn)綠氫還很“貴”。國內(nèi)已有風(fēng)電、光伏等可再生能源電解水制氫的示范項(xiàng)目，但均未進(jìn)入規(guī)�；瘧�(yīng)用階段。國內(nèi)示范項(xiàng)目相關(guān)研究人員已經(jīng)對風(fēng)光棄電制氫問題的可行性進(jìn)行研究、對新能源制氫系統(tǒng)在不同應(yīng)用模式下的最佳規(guī)模、綜合指標(biāo)評價(jià)體系、系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度策略和效益等進(jìn)行了分析。

按照《中國氫能汽車藍(lán)皮書-中國車用氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告2020》，國家氫能戰(zhàn)略大力發(fā)展綠氫應(yīng)用，需控制氫燃料電池車用氫成本在35元/kg，考慮氫氣運(yùn)輸環(huán)節(jié)和加氫站加注環(huán)節(jié)成本，可再生能源生產(chǎn)綠氫成本逐步降低至20元/kg以下，成為綠氫制備的既定目標(biāo)。

本文基于大同市制氫加氫一體站的電解水制氫實(shí)際成本，結(jié)合山西省電力改革及電力市場化交易情況，介紹了大同市實(shí)施光伏制氫示范項(xiàng)目的可行方案。

大同市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院針對大同市光伏耦合電網(wǎng)谷價(jià)電制氫場景構(gòu)建數(shù)理統(tǒng)計(jì)模型，開展仿真模擬實(shí)驗(yàn)，管理制氫用電在每天24小時(shí)的合理負(fù)荷分配，解決制氫用電與電力系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制問題，探索20元/kg綠氫生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)路線，為大同市充分開發(fā)太陽能等可再生能源，打造綠氫應(yīng)用產(chǎn)業(yè)集群和氫能貿(mào)易基地提供參考。

目前電解水制氫技術(shù)主要有堿性水電解、質(zhì)子交換膜水電解和固體氧化物水電解3種。其中：

堿性電解槽技術(shù)最為成熟，設(shè)備成本較低，國內(nèi)單臺最大產(chǎn)氣量為1000方/小時(shí)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)�；�生產(chǎn)，商業(yè)化較為成熟。

質(zhì)子交換膜電解槽工藝流程簡單，能效較高，國內(nèi)單臺最大產(chǎn)氣量僅為50方/小時(shí)，處于產(chǎn)業(yè)化發(fā)展初期，成本偏高。

固體氧化物水電解槽采用水蒸氣電解，在600-700度高溫環(huán)境下工作，能效最高，還處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段。

大同市制氫加氫一體站為國內(nèi)首例于2019年投運(yùn)，制氫采用500方/小時(shí)堿性電解水裝置。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，分析電解水制氫的成本構(gòu)成如下。

制氫加氫一體站的電解水制氫適用工業(yè)園區(qū)優(yōu)惠電價(jià)0.5元/kwh，24小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)，核算得出電解水制氫成本為39.89元/kg。

分析電解水制氫的各項(xiàng)成本，其中工藝電電耗占比最大，根據(jù)不同時(shí)段電價(jià)的變動占比約為82%，人工工資占比10%，設(shè)備折舊費(fèi)用占比7%。這三項(xiàng)總占比99%，而其他制氫原料水、輔助材料、冷卻水等成本占比非常少，占比1%左右。

由此可知綠氫成本的降低有三個(gè)主要方向：

一是可再生電力電價(jià)的下降。目前光伏發(fā)電已經(jīng)實(shí)現(xiàn)平價(jià)。據(jù)中國可再生能源學(xué)會測算，光伏裝機(jī)成本和平準(zhǔn)化度電成本快速下降的趨勢將維持不變 。

二是電解槽價(jià)格的下降。目前我國5MW級堿性電解槽的單位成本已接近6000元/千瓦，制氫系統(tǒng)成本低于1萬元/千瓦。今后技術(shù)進(jìn)步促使規(guī)模化生產(chǎn)電解槽價(jià)格再降50%是可能的。

三是電解槽年利用小時(shí)數(shù)的提高，以及制氫直流電耗的降低，均有利于控制電解水制氫的成本。

大同市光伏光伏制氫具有成本優(yōu)勢

目前，國內(nèi)西北光伏資源好的地區(qū)光伏招標(biāo)電價(jià)已經(jīng)降至0.16元/kwh，國內(nèi)光伏平準(zhǔn)化度電成本（LCOE）普遍下降至0.20元/kwh以下（其中土地等非發(fā)電成本逐年上升）。

本文選取大同市內(nèi)典型分布式光伏電站項(xiàng)目作為測算對象。2021年大同市擬實(shí)施的某6MW分布式光伏項(xiàng)目，項(xiàng)目建設(shè)期1年，運(yùn)營期25年，光伏電站配置10%儲能，采取離網(wǎng)、全電量直接制氫模式，年發(fā)電利用小時(shí)數(shù)取1451h，同步考慮2021年光伏系統(tǒng)造價(jià)水平5.5元/Wp和當(dāng)?shù)赝恋爻杀�，得出平�?zhǔn)化度電成本為0.18元/kWh（參考2021年山西大同某6MW分布式光伏電站建設(shè)可研報(bào)告，基準(zhǔn)收益率取電力行業(yè)基準(zhǔn)收益率8%，基建土地等成本計(jì)入，并網(wǎng)等成本剔除）。

光伏發(fā)電成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于大工業(yè)用戶電價(jià)，光伏發(fā)電直接制氫具備電價(jià)成本優(yōu)勢。但是光伏每天5-6小時(shí)發(fā)電18小時(shí)無發(fā)電的特點(diǎn)導(dǎo)致制氫設(shè)備的利用率不高，設(shè)備折舊成本大幅上升，將部分抵消光伏發(fā)電電價(jià)優(yōu)勢帶來的制氫成本下降。

山西省出臺的《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)電價(jià)機(jī)制實(shí)施方案》顯示，通過創(chuàng)新電力交易機(jī)制，對用電電壓等級110千伏及以上的新興產(chǎn)業(yè)用戶，將實(shí)現(xiàn)終端電價(jià)0.3元/kwh的目標(biāo)。

光伏制氫項(xiàng)目作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)既可以通過優(yōu)質(zhì)售電公司進(jìn)入市場，確保電價(jià)紅利，也可以作為電力用戶直接在電力現(xiàn)貨市場中購入更多低電價(jià)的電量。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年山西省開展省內(nèi)電力直接交易成交電量1180.83億kWh，成交均價(jià)0.28873元/kwh。其中11-12月份電力現(xiàn)貨交易成交最低價(jià)達(dá)到0.15元/kWh。

《山西省電力現(xiàn)貨市場交易實(shí)施細(xì)則》2021最新規(guī)則顯示，電力用戶在電力交易中，通過增強(qiáng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析能力，優(yōu)化電力交易策略，完善用電業(yè)務(wù)，將更有效的節(jié)省用電成本。

2021年之后山西省電力市場交易將會長期化、常態(tài)化，正是各種儲能技術(shù)（包括電解水制氫儲能）發(fā)揮靈活可調(diào)的優(yōu)勢，降低用電成本的用武之地。

光伏制氫企業(yè)作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，作為可控負(fù)荷的電力用戶，可通過電力交易策略，保證用電可靠性的同時(shí)在電力現(xiàn)貨交易中合理地獲得更低的用電電價(jià)，還可適時(shí)參與電力輔助服務(wù)獲得額外補(bǔ)償。

根據(jù)2020年山西省電力交易數(shù)據(jù)，以及制氫系統(tǒng)配置方案開展仿真模擬實(shí)驗(yàn)：

按照電力市場交易要求劃分每日96點(diǎn)分段用電負(fù)荷，建立制氫用電數(shù)據(jù)模型，充分利用就地光伏發(fā)電制取綠氫以及收購風(fēng)光棄電量為前提，預(yù)設(shè)不同電價(jià)條件下控制制氫設(shè)備負(fù)荷出力，相應(yīng)統(tǒng)計(jì)設(shè)備年度利用小時(shí)數(shù)。

每天日間用光伏發(fā)電制氫滿負(fù)荷運(yùn)行，夜間16小時(shí)制氫根據(jù)市場變動的電價(jià)進(jìn)行電力交易。比如在夜間風(fēng)電大發(fā)的時(shí)候可在預(yù)設(shè)電價(jià)以下時(shí)滿負(fù)荷生產(chǎn)，預(yù)設(shè)電價(jià)以上時(shí)則降低生產(chǎn)負(fù)荷（氫氣產(chǎn)量需滿足最低市場需求）。

仿真模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電力交易條件下，年度制氫設(shè)備利用小時(shí)數(shù)可超過4000小時(shí)，預(yù)期光伏制氫結(jié)合市場交易多元化供電的綜合電力成本為0.22元/kWh。

大同光伏制氫成本有望降至20元/kg

光伏制氫的仿真模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：

全年綜合用電電價(jià)可控制在0.22元/kwh，設(shè)備利用小時(shí)數(shù)4000小時(shí)。

據(jù)此分析大同市光伏制氫的氫氣成本，按照堿性電解水制氫的成本模型，5MW光伏制氫示范的氫氣生產(chǎn)成本為23-25元/kg。實(shí)際運(yùn)行中，制氫項(xiàng)目還可通過進(jìn)一步優(yōu)化控制策略，提升設(shè)備調(diào)節(jié)性能，將制氫成本進(jìn)一步降低10-20%，從而有望在大同市實(shí)現(xiàn)電解水制綠氫成本20元/kg。

未來隨著光伏制氫規(guī)模化展開，光伏發(fā)電成本逐年降低，規(guī)�；�制氫設(shè)備成本降低，可再生能源制氫的綜合成本將進(jìn)一步下降。

大同市氫能終端應(yīng)用前景

大同市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院與同煤集團(tuán)甲醇廠、新研氫能、雄韜氫雄、京能集團(tuán)、中石油等主力氫能企業(yè)，協(xié)同推進(jìn)可再生能源制綠氫，推動氫能核心技術(shù)的自主創(chuàng)新，從氫源保證入手提升大同市氫能產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展水平。

大同市將加快加氫站等配套基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，布局分布式光伏制氫與各個(gè)加氫站距離在50km內(nèi)。

目前大同市有127輛氫燃料大巴車6條公交示范路線；到2023年大同市有望在交通運(yùn)輸領(lǐng)域?qū)�擴(kuò)大氫燃料公交與氫燃料重卡示范數(shù)量達(dá)到1000輛以上，建成加氫能力不低于500kg/天的加氫站數(shù)量17座，氫燃料交通示范基本覆蓋主城區(qū)和主要物流通道。并且隨著氫燃料電池技術(shù)發(fā)展，在重型工程機(jī)械、船舶、無人機(jī)等非道路交通運(yùn)輸領(lǐng)域，熱電聯(lián)供、備用電源、氫儲能、氫能煉鋼、綠氫化工、天然氣摻氫等工業(yè)領(lǐng)域，以及綠色建筑領(lǐng)域都將擴(kuò)展氫能的應(yīng)用規(guī)模。

大同市打造氫能貿(mào)易基地將逐漸形成中西部氫能產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)區(qū)、大同-京津冀氫能經(jīng)濟(jì)圈、氫能經(jīng)濟(jì)走廊。