从今年上半年绿氢项目的开展情况来看,我国绿氢产业规模化发展面临的关键问题主要有三:
大量可再生能源制成绿氢或进一步加工成绿氨或绿醇后,终端绿色产品的消费与利用问题。以绿氨为例,若以传统氨的价格销售绿氨,则存在价差补贴难题;若提高碳税以增加绿氨的竞争力,或将影响民生;若将绿氨用于能源领域,则当前世界或中国尚未在氨燃烧或氨发电领域具备可商业化的技术实力。
我国缺乏针对“氢”、“电”两种不同系统协同运行的标准与政策。若制氢设备完全依赖离网的新能源发电机组,则较低的设备利用小时数将抬高绿氢的单位制氢成本(LCOH);若从电网购电以增加设备利用小时数,那么电力调峰的成本将由电网承担。绿氢项目实际落地时,存在“氢网”与“电网”难以协调的问题。
从项目规划层面上看,2023年上半年,我国绿氢产业呈现出蓬勃发展的趋势。
据势银(TrendBank)统计,截至2022年底,国内规划、在建、建成的绿氢项目累计达151项;2023年上半年国内新增绿氢项目82项,超过2022年底累计数量的一半。
数据来源:势银(TrendBank)
其中,共有127个项目已公开制氢规模,共计8500MW。截至2022年底,96个已公开规模的绿氢项目合计电解槽需求量达5227MW,平均每个项目需54MW;2023年上半年,共计31个绿氢项目已公开制氢规模,合计电解槽需求量达3273MW,项目平均规模增至105MW。随着项目规模的不断扩大,项目投资额也不断增大,单个项目投资超百亿已屡见不鲜。据势银(TrendBank)统计,截至2023年6月底,共有130个项目公开投资额,合计超7000亿元。
数据来源:势银(TrendBank)
从项目建设情况来看,2022年底留存项目中,仅有30个项目在2023年有进一步的动态更新,多数项目签约后即陷入停滞;2023年上半年新增的82个绿氢项目中,有17个项目已开工,除极少数小型项目已建成外(如制加一体站),大多数项目仍处于签约或其他前期筹备阶段。
数据来源:势银(TrendBank)
表面上看,绿氢项目现阶段“运行即亏损”已成业内共识,大量绿氢项目在经济性、稳定性、寿命等各方面存在诸多问题;深入来看,势银(TrendBank)认为,当前阻碍绿氢项目的实质性落地和产业规模化发展的瓶颈性问题,主要有三:
绿氢相关核心设备,尤其是电解槽,无论是ALK还是PEM,或其他技术路线,亟待实质性的技术突破;
大量可再生能源制成绿氢或进一步加工成绿氨或绿醇后,终端绿色产品的消费与利用问题;
绿氢高企不下的成本,已经限制了氢能在各种不同场景的应用;无论是交通还是化工,抑或是发电,各场景苦待便宜的绿氢久矣!
势银(TrendBank)认为,绿氢产业的发展须看绿氢的应用,绿氢的应用须看绿氢的成本。
作为制备绿氢的核心设备,电解水制氢系统相当于绿氢项目的“心脏”。据势银(TrendBank)统计,目前碱性电解槽市场占比90%以上,已有200家左右企业规划或布局碱槽;近60家企业发布碱槽产品,其中,2023年上半年发布的新品数量已超2022年全年(见图五);碱槽全产业链条涉及的企业已超300家。
然而,对比电解槽公开招投标情况来看,2023年上半年已确定的电解槽中标量仅522.5MW,叠加已签约或签订合同的共计769MW;其中,中标量在40MW(相当于8台1000 Nm³/h的电解槽)以上的企业仅有5家,排名前三的派瑞氢能、阳光氢能、隆基氢能合计中标量高达77%(招投标统计详见附录),电解槽市场高度集中。
数据来源:势银(TrendBank)
据势银(TrendBank)统计,2023年上半年,国内已中标、已签约、拟采购的电解槽设备共计1.2GW,而国内碱槽企业公布的现有产能合计已超15GW。面对僧多粥少的局面,电解槽市场竞争激烈程度可见一斑。
为了“出圈”,电解槽跑步进入大标方时代,并开启价格战。2022年上半年和2022年下半年,国内发布的碱槽新品的平均单槽最大产氢量分别为667 Nm³/h、1127 Nm³/h,2023年上半年进一步增至1369 Nm³/h ;而碱槽主流成交价格却从2000元/kW降至1400-1600元/kW,降幅达20%-30%。
数据来源:公开资料,势银(TrendBank)
对比2023年第一季度1363 Nm³/h的平均产氢量来看,2023年第二季度的新品“大标方”化趋势有所放缓。势银(TrendBank)认为,电解槽运行的稳定性、耐久性及经济性是决定绿氢项目能否有效运行的关键,“大标方“化虽能在一定程度上提高电解槽的经济性,但已触及技术瓶颈;若考虑电解槽的综合性价比,或非最优解;“价格战”亦非长久发展之良策。
电解槽市场亟待”实质性的技术突破“以推动绿氢产业的发展。
综合来看,耐久稳定、可靠易维护、波动性能源适应性、制氢效率、大规模制氢是电解槽实现技术突破的五大重要方向。
针对现阶段碱性电解制氢行业面临的痛点,爱德曼于今年7月发布新品,采用新材料、新工艺、新设计实现性能提升,其模块化的设计不同于国内主流碱性设备,具体信息可参见势银能链《爱德曼千方超级碱性电解制氢系统新品重磅发布》。
同月,由欧阳明高院士团队发起并创建的海德氢能,推出新一代方形插片式带压碱性电堆,从系统层面上进行创新优化,突破传统电解技术路线面临的性能瓶颈。
今年1-7月,PEM制氢设备方面的发展也大大提速,已有鹭岛氢能、国富氢能、亿华通、上海氢晨旗下氢盛能源、淳华氢能、氢辉能源等发布PEM制氢新品。目前已有30余家企业参与PEM制氢设备层面的技术革新。
势银(TrendBank)认为,现阶段国内大标方绿氢项目运行经验较少,电解槽的可靠性与可维护性均有待充分验证;制氢设备从性能提升到成本优化,再到商业化,仍需产业多方持续挖掘技术潜力。无论如何,制氢设备层面实质性的技术突破终将带来绿氢价格的下降,也势必打开更多的终端应用场景,从而实现绿氢产业的全产业链发展。
随着绿氢价格逐渐下降,部分应用场景将率先突破经济性节点,实现商业化大规模应用。
绿氢的应用领域包括石油精炼、合成氨、合成甲醇、钢铁、交通、电力、天然气掺氢等。据势银(TrendBank)测算,当电价为0.1 -0.3元/度时,绿色合成氨的成本为2190 -5070元/吨;当煤炭价格上涨(1500-2000元/吨),传统合成氨的成本超过3000元/吨时,绿氨将具备一定成本竞争力。即,绿氢合成氨是有望率先突破经济性节点的场景。
从项目布局上看,势银(TrendBank)数据库资料显示,我国绿氢下游应用规模(MW)排名前7的领域,依次为合成氨、交通、钢铁、电力、石油炼化、合成甲醇、天然气掺氢。截至2022年底,国内规划绿氢制合成氨产量远高于甲醇,分别为461.7万吨/年和49.76万吨/年;进入2023年后,两者的布局情况刚好相反,绿醇新增的规划量远超绿氨,达到307万吨/年。
数据来源:势银(TrendBank)
据势银(TrendBank)调研,国内不少规划了绿氨产能的项目最终都没能配套合成氨产线而不了了之。究其原因,其一,项目真正落地时,涉及的规范符合性尚不清晰,参考化工标准还是氢气站的标准尚不明确;其二,波动性的能源制氢,与用氢环节 “安稳长满优” 之间的矛盾仍需多方协力提出技术解决方案;其三,也是最关键的问题——绿氨的消纳。
目前全球80%以上的氨用于化肥生产。在中国,氨的主要应用领域分为三类:农业、工业和储能。
若以传统氨的价格销售绿氨,那么这部分价差由谁负担?又能负担多久?
以马士基2021年的首份甲醇动力船订单为开端,绿色甲醇已经成为了航运脱碳的首选。根据Alphaliner的统计,截至2023年一季度,全球共有近70艘甲醇动力集装箱船在建,占手持订单比例为12%,而在去年同期,这一比例仅为1%。
势银(TrendBank)认为,当前绿色合成氨也当培育自己的价格和市场,真正解决绿氨的消纳问题,才有望实现其商业化的大规模应用。
无论是绿氨还是绿醇,其生产成本中,电耗费用的占比均较高,达到至少60%以上。
基于此,绿氢项目的开展在较大程度上依赖较低的电价,以低电价生产较低成本的绿氢,从而提高终端产品的成本竞争力。
势银(TrendBank)绿氢数据库显示,2023年上半年国内新增绿氢项目较多集中于风光资源丰富的地区,排名前六依次为内蒙古、河北、甘肃、新疆、宁夏。
数据来源:势银(TrendBank)
然而,即便在风光资源禀赋较好的西北地区,光伏利用小时数基本不超过2500h,风电利用小时数不超过3000h。若制氢设备完全依赖离网的新能源发电机组,则较低的设备利用小时数将抬高绿氢的单位制氢成本(LCOH);若从电网购电以增加设备利用小时数,那么电力调峰的成本将由电网承担。
据势银(TrendBank)调研,目前绿氢项目在实际落地的时候存在“氢”、“电”两种不同系统难以协调的问题;我国缺乏针对“氢”、“电”两种不同系统协同运行的标准与政策。我们认为,氢电耦合应落到实处,相关规定也亟待出台以促进绿氢项目高效运转。
综合2023年上半年国内绿氢项目的规划和建设来看,当前绿氢项目的发展还需解决电解槽、终端产品消纳、氢电耦合三大关键问题。产业需继续挖掘电解槽技术潜力、在用电端和消纳端适当给于补贴、加快氨氢发电技术突破、建立健全“氢网”与“电网” 互动的标准规范,多方协力,共同推进绿氢产业的发展。
2023年上半年国内电解槽公开招投标统计