光伏發(fā)電作為國(guó)家鼓勵(lì)發(fā)展的綠色清潔能源，近年裝機(jī)規(guī)模不斷增大，但光伏發(fā)電具有隨機(jī)性、波動(dòng)性、階段性供電等問(wèn)題，增加了電網(wǎng)調(diào)度難度。隨著光伏裝機(jī)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，光伏發(fā)電將面臨增加儲(chǔ)能問(wèn)題，為光伏發(fā)電持續(xù)發(fā)展帶來(lái)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(wèn)題的一種途徑。

光伏發(fā)電技術(shù)和制氫技術(shù)都較為成熟，光伏制氫系統(tǒng)技術(shù)研究相對(duì)較多，但還未出現(xiàn)大型工程。光伏制氫技術(shù)主要集中在光伏制氫聯(lián)合運(yùn)行模式優(yōu)化與光伏制氫系統(tǒng)設(shè)計(jì)及優(yōu)化方面，目前研究主要集中于系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性缺乏研究。本文重點(diǎn)研究光伏制氫經(jīng)濟(jì)性，并與傳統(tǒng)行業(yè)制氫成本進(jìn)行對(duì)比分析，從而為光伏制氫提供發(fā)展路徑建議。

光伏制氫技術(shù)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(yīng)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(guò)程，主要設(shè)備設(shè)施包括光伏組件、匯流箱、支架、基礎(chǔ)、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(jìn)行串、并連配置，從而提高系統(tǒng)效率。電解水制氫目前技術(shù)成熟、設(shè)備簡(jiǎn)單，運(yùn)行和管理較為方便，制取氫氣純度較高，無(wú)污染，主要有3種技術(shù)路線。

堿性電解槽制氫。該種電解槽的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適合大規(guī)模制氫，價(jià)格較便宜，效率偏低約70%~80%，主要設(shè)備包括電源、陰陽(yáng)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。

質(zhì)子交換膜電解槽（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(shù)。電解槽主要由聚合物薄膜、陰陽(yáng)兩電極組成，由于較高的質(zhì)子傳導(dǎo)性，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(shù)進(jìn)步，PEM電解槽制氫成本將會(huì)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(shè)備，反應(yīng)后的廢熱可與汽輪機(jī)、制冷系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合循環(huán)利用，提升效率，可達(dá)到90%。

電解水制氫技術(shù)路線成熟，目前未大規(guī)模推廣關(guān)鍵因素為電價(jià)問(wèn)題，以目前工業(yè)用電用來(lái)制氫成本過(guò)高，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力較差。

光伏發(fā)電制氫經(jīng)濟(jì)性分析

傳統(tǒng)方式制氫成本分析

目前市場(chǎng)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(shí)原料便宜，按照5800大卡煙煤計(jì)算，價(jià)格為500元 / 噸時(shí)制氫成本僅為0.7元 /

光伏發(fā)電制氫成本及經(jīng)濟(jì)性分析

以1000Nm3/h 水電解制氫為例，總投資約1400萬(wàn)元，按照1Nm3氫氣消耗5kWh 電能計(jì)算，不同電價(jià)測(cè)算制氫成本分析如下表：

由此分析，光伏發(fā)電制氫電價(jià)控制在0.3元 / 千瓦時(shí)以下時(shí)，制氫成本才具有競(jìng)爭(zhēng)力。按照目前市場(chǎng)價(jià)格進(jìn)行測(cè)算，以100MW光伏發(fā)電直流系統(tǒng)造價(jià)如下表：

以一類資源區(qū)域?yàn)槔?，首年光伏利用小時(shí)數(shù)為1700小 時(shí) 計(jì) 算，其他參數(shù)為 ：裝機(jī)容量100MW，建設(shè)期1年，資本金投資比例20%，流動(dòng)資金10元 /kW，借款期限10年，還本付息方式為等額本息，長(zhǎng)期貸款利率4.90%，折舊年限20年，殘值率5%，維修費(fèi)率0.5%，人員數(shù)量5，人工年平均工資7萬(wàn)元，福利費(fèi)及其他70%，保險(xiǎn)費(fèi)率0.23%，材料費(fèi)3元 /kW，其他費(fèi)用10元 /kW。按照全部投資內(nèi)部收益率滿足8% 反算電價(jià)，并分別分析計(jì)算造價(jià)為2.3億、2億、1.8億、1.6億元時(shí)的電價(jià)。通過(guò)計(jì)算，在滿足全部投資內(nèi)部收益率為 8% 時(shí)，不同造價(jià)下的電價(jià)如

光伏發(fā)電制氫在資源一類區(qū)域已具備經(jīng)濟(jì)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(jìng)爭(zhēng)力將進(jìn)一步增強(qiáng)。本文未考慮氫氣運(yùn)輸成本，光伏發(fā)電直供電制氫應(yīng)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(duì)制氫站規(guī)模要求較大。

Under the guidance of 2060 "carbon neutral" goal, China's energy structure adjustment is imminent. In 2021, China will enter the first year of "carbon neutral" and the first year of "the fourteenth five year plan", which is also regarded as the key period for China to achieve carbon peak and carbon neutral.

In this context, as the main force of the energy revolution, photovoltaic has been highly valued by the national and local governments. In the first quarter of 2021, the photovoltaic industry started a vigorous investment boom in photovoltaic power stations. According to the incomplete statistics of SOBI photovoltaic network, the investment scale of 17 Enterprises' photovoltaic power station projects in the first quarter of 2021 exceeded 65gw, including wind solar energy storage integration, clean energy and comprehensive energy projects, with an investment amount of over 200 billion yuan.