根据美国能源部（DOE）的目标，到2030年可再生氢生产成本降至1美元/kg。ALK、PEM、SOEC和AEM是电解水制氢的四大技术路线，而ALK和PEM已步入商业化应用，这两者的制氢成本是多少，成本构成如何，1美元/kg的氢气是否能够实现？这些将为绿氢的降本增效提供发力方向。
一、ALK和PEM水电解制氢系统基准数据
以装机20MW、年有效运行时间4000h的电解水制氢厂为基础进行测算（不含土建）。电解水设备参数取目前市场水平：ALK水电解系统150万元/MW、制氢能耗5kWh/Nm3、使用寿命80000h、维护费用每年为设备成本的5%；PEM水电解系统700万元/MW、制氢能耗5kWh/Nm3、使用寿命40000h、维护费用每年为设备成本的1%。
表1：ALK和PEM水电解制氢系统基准数据
资料来源：公开资料，香橙会研究院
二、ALK和PEM水电解制氢系统制氢成本
根据以上基准数据，计算得出ALK和PEM制氢成本分别是21.55、29.89元/kg。具体到细分环节上：主要是电解水设备导致差距较大，PEM成本是ALK的4.7倍，并且使用寿命相差较大；由于PEM产氢压力高，使用维护方便，在储氢设施和维护费用上低于ALK；此外PEM占地面积小，考虑土建后，成本劣势将进一步缩小。
表2：ALK和PEM水电解制氢成本
资料来源：香橙会研究院
从两种电解水系统制氢成本构成看，电力成本分别占77.42%、55.81%，因此降低绿氢成本，现阶段主要的方向应是降低电力价格。具体到技术路线上，ALK设备占成本的4.84%、PEM设备占成本的32.56%，因此PEM制氢技术路线若要胜出还需要在设备价格上进行大幅的降低和使用寿命上的提高。其余各项两者差别不大。
图1：ALK和PEM各环节制氢成本占比
资料来源：香橙会研究院
三、单因素敏感性分析
对ALK和PEM电解水制氢成本主要影响因素进行单因素敏感性分析，若每年生产时间提高10%，则ALK制氢成本降低16%、PEM减低11%，反之生产时间减少10%，则ALK制氢成本提高20%、PEM提高13%。在制氢成本影响因素中系统能耗和电价影响最大，而能耗直接影响用电量的多少、定性分析两者相关性较大；在ALK中设备成本影响最低、在PEM中设备成本影响依然较大；系统年生产时间的敏感系数大于单因素变化率。
表3：ALK和PEM水电解制氢成本敏感因素分析
资料来源：香橙会研究院
四、ALK水电解系统不同因素下的制氢成本
根据香橙会研究院统计，2021年中国碱性电解槽出货量占比97%，2022年占比95%，预计2023年全年占比93%，由于较大的成本优势和技术成熟度，ALK水电解制氢系统占据主要的市场份额。结合上述成本构成、敏感性分析和现实应用场景，电力价格和年生产时间将是影响未来制氢成本的主要因素。当电价低于0.1元/kWh时，制氢成本均在15元/kg以内，当电价低于0.2元/kWh、年运行时间4000h以上时，制氢成本在20元/kg以内。
表4：不同电价和年生产时间场景下制氢成本（元/kg）
资料来源：香橙会研究院
五、结论与讨论
1、当前ALK制氢系统相较PEM成本优势明显，主要在于PEM设备成本是ALK的4-5倍，并且在使用寿命上差距较大。
2、无论ALK还是PEM制氢成本中，电力成本都是主要构成，在50-80%之间。因此，绿氢降本中绿电降本是重要因素，绿氢的发展主要依赖我国西部、北部风光资源丰富地区以及东部海上风电地区。
3、在因素敏感性分析中，年运行时间、设备成本、系统能耗、电价等都是绿氢降本的有效途径，其中系统能耗和电价的降低最有效。
4、ALK制氢系统中，电价低于0.1元/kWh，或电价低于0.2元/kWh、年运营时间4000h以上时，制氢成本在15元/kg以内；若年运营时间在8000h,则制氢成本在8.52元/kg。
5、预计未来绿氢成本的降低，将是技术进步、效率提高、规模化生产等多因素共同作用的结果，而且根据事物发展规律，绿氢平价的到来不是按部就班的发展，而是某些因素的突破，迎来这个时间节点。因此，行业内要时刻关注这些因素的发展，随时准备迎接平价时代的到来。
原文标题 : 模型推演：1美元/kg的绿氢是否能够实现？
