光伏發(fā)電作為國家鼓勵發(fā)展的綠色清潔能源，近年裝機規(guī)模不斷增大，但光伏發(fā)電具有隨機性、波動性、階段性供電等問題，增加了電網(wǎng)調(diào)度難度。隨著光伏裝機規(guī)模的不斷擴大，光伏發(fā)電將面臨增加儲能問題，這就為光伏發(fā)電持續(xù)發(fā)展帶來了一定挑戰(zhàn)。

光伏發(fā)電制氫用于天然氣摻燒、燃料電池，可豐富終端用戶用能多樣性，保障能源安全，也是解決光伏發(fā)電所面臨問題的一種途徑。

光伏發(fā)電技術和制氫技術都較為成熟，光伏制氫系統(tǒng)技術研究相對較多，但還未出現(xiàn)大型工程。光伏制氫技術主要集中在光伏制氫聯(lián)合運行模式優(yōu)化與光伏制氫系統(tǒng)設計及優(yōu)化方面，目前研究主要集中于系統(tǒng)設計優(yōu)化，對于整個系統(tǒng)的經(jīng)濟性缺乏研究。本文重點研究光伏制氫經(jīng)濟性，并與傳統(tǒng)行業(yè)制氫成本進行對比分析，從而為光伏制氫提供發(fā)展路徑建議。

一

光伏制氫技術路線

光伏發(fā)電制氫主要利用光伏發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)直流電直接供應制氫站制氫用電。光伏直流發(fā)電系統(tǒng)相比傳統(tǒng)電站減少了逆變和升壓的過程，主要設備設施包括光伏組件、匯流箱、支架、基礎、接地裝置等，光伏組件可根據(jù)制氫站輸入電壓和電流要求進行串、并連配置，從而提高系統(tǒng)效率。電解水制氫目前技術成熟、設備簡單，運行和管理較為方便，制取氫氣純度較高，無污染，主要有3種技術路線。

堿性電解槽制氫。該種電解槽的結(jié)構(gòu)簡單，適合大規(guī)模制氫，價格較便宜，效率偏低約70%~80%，主要設備包括電源、陰陽極、橫膈膜、電解液和電解槽箱體組成，電解液通常為氫氧化鈉溶液，電解槽主要包括單極式和雙極式。

聚合物薄膜電解槽（PEM Electrolyzer）制氫。效率較堿性電解槽效率更高，主要使用了離子交換技術。電解槽主要由聚合物薄膜、陰陽兩電極組成，由于較高的質(zhì)子傳導性，聚合物薄膜電解槽工作電流可大大提高，從而提升電解效率。隨著質(zhì)子交換膜、電極貴金屬技術進步，聚合物薄膜電解槽制氫成本將會大大降低。

固體氧化物電解槽（Solid Oxide Electrolyzer）制氫?？稍诟邷叵鹿ぷ?，部分電能可由熱能替代，效率高、成本低，固體氧化物電解槽是三種電解槽中效率最高的設備，反應后的廢熱可與汽輪機、制冷系統(tǒng)進行聯(lián)合循環(huán)利用，提升效率，可達到90%。

電解水制氫技術路線成熟，目前未大規(guī)模推廣關鍵因素為電價問題，以目前工業(yè)用電用來制氫成本過高，市場競爭力較差。

二

光伏發(fā)電制氫經(jīng)濟性分析

1、傳統(tǒng)方式制氫成本分析

目前市場成熟制氫方式主要包括煤氣化制氫、甲醇制氫、天然氣制氫以及工業(yè)副產(chǎn)品制氫。

煤氣化制氫投資成本較高，隨著規(guī)模增大，單位投資大幅下降，同時原料便宜，按照5800大卡煙煤計算，價格為500元/噸時制氫成本僅為0.7元/Nm3（表1）；

甲醇制氫投資較低，適合2500Nm3以下制氫規(guī)模，按照1Nm3氫氣消耗0.72千克甲醇，甲醇價格按2319元/噸計算，制氫成本如表2；

天然氣制氫單位投資成本低，在1000Nm3以上經(jīng)濟性較好，按照1Nm3氫氣消耗0.6Nm3天然氣，天然氣價格按1.82元/Nm3計算，制氫成本如表3。

2、光伏發(fā)電制氫成本及經(jīng)濟性分析

以1000Nm3/h水電解制氫為例，總投資約1400萬元，按照1Nm3氫氣消耗5kWh電能計算，不同電價測算制氫成本分析如表4。由此分析，光伏發(fā)電制氫電價控制在0.3元/千瓦時以下時，制氫成本才具有競爭力。按照目前市場價格進行測算，以100MW光伏發(fā)電直流系統(tǒng)造價如表5。

以一類資源區(qū)域為例，首年光伏利用小時數(shù)為1700小時計算，其他參數(shù)為：裝機容量100MW，建設期1年，資本金投資比例20%，流動資金10元/kW，借款期限10年，還本付息方式為等額本息，長期貸款利率4.90%，折舊年限20年，殘值率5%，維修費率0.5%，人員數(shù)量5，人工年平均工資7萬元，福利費及其他70%，保險費率0.23%，材料費3元/kW，其他費用10元/kW。

按照全部投資內(nèi)部收益率滿足8%反算電價，并分別分析計算造價為2.3億、2億、1.8億、1.6億元時的電價。通過計算，在滿足全部投資內(nèi)部收益率為8%時，不同造價下的電價如表6。

三

結(jié)語

光伏發(fā)電制氫在資源一類區(qū)域已具備經(jīng)濟可行性，較天然氣制氫、甲醇制氫成本較低，隨著光伏發(fā)電成本的持續(xù)下降，光伏發(fā)電制氫競爭力將進一步增強。本文未考慮氫氣運輸成本，光伏發(fā)電直供電制氫應與需求方靠近，資源一類區(qū)域主要集中在西北區(qū)域，該區(qū)域氫氣用戶主要為煉化、化工企業(yè)，用氣量較大，對制氫站規(guī)模要求較大。

光伏組件價格下降較快，隨著價格進一步降低，部分二類資源區(qū)光伏發(fā)電制氫也將具有競爭力，該類區(qū)域相對靠近負荷中心，經(jīng)濟發(fā)達，氫氣需求量較大。光伏發(fā)電制氫工藝簡單、運維難度低，制氫規(guī)?？筛鶕?jù)場地和需求進行模塊化組合，隨著燃料電池技術的進步，分布式可再生能源制氫供應燃料電池也將是未來重要發(fā)展趨勢。