电解水制氢厂站经济性分析

氢能是支撑智能电网和可再生能源发电规模化发展的最佳能源载体

，由于具有能量密度高，环保清洁可再生的优势

，已成为未来能源发展的重要方向。通过可再生能源电解水制取的氢气

，可直接应用于工业、交通、建筑等领域

，是实现深度碳减排的有效途径。因此，提高氢能的占比对低碳能源结构的形成至关重要

。当前，可再生能源制氢成本仍显著高于化石能源制氢，发展低成本的电解水制氢技术对于推动氢能的快速发展和可再生能源的规模化应用至关重要

。

目前，电解水制氢技术路线中包括碱性电解水(alkaline electrolysis，AEL)、质子交换膜电解水(proton exchange membrane electrolysis，PEMEL)和固体氧化物电解水(solid oxide electrolysis，SOEL)

。其中，SOEL 由于运行温度高，能量转换效率高，目前尚未达到商业化应用阶段

；
AEL和PEMEL 技术相对成熟，是目前常用的两类电解水技术路线，但在运行方式和综合制氢成本方面具有较大区别。AEL 设备购置成本低，但需要碱液循环，且电解液具有腐蚀性

，其运行电流密度低、体积大，因而对电力波动性的响应速度较慢

。PEMEL 由于使用了更薄的离子导通隔膜和膜电极式的电极构造，运行电流密度显著提高、体积更小，具有快速响应能力，制氢效率也提高。然而，PEMEL 采用贵金属为催化剂，设备成本显著提高

，与此同时，由于酸性环境下电化学腐蚀问题严峻，电极材料

和双极板

的耐久性有待验证

。

以上情境的素材都是源自学生真实的生活背景，很容易将学生的学习热情激发出来.只需要对学生适当地进行引导，就可以将学生的思维导向氧化还原反应，进而实现课堂的生成，随后教师还可以引导学生再列举一些实例，安排学生在自我举例中进一步熟悉氧化还原反应，这有助于学生内心深处知识的自发生成和感悟.

在当前的技术经济条件下，无论是采用AEL还是PEMEL，全生命周期制氢成本都是发展规模化制氢的决定性因素

。本文采用平准化氢气成本为指标对电解水制氢厂站进行经济性分析，通过全面研究固定投入、设备投入、运维投入的影响因素和影响规律，分析电解水制氢技术指标对经济性的综合影响，并对比AEL 和PEMEL 技术路线的经济性差异，为低成本电解水制氢技术发展方向提供指导。

采用平准化氢气成本(levelized cost of hydrogen，LCOH)作为量化核算电解水制氢经济性的指标，将电解水制氢项目进行全生命周期分析，把所需的固定投入和运维投入折算至每标准立方米氢气，即得到LCOH 值，如公式(1)和(2)所示

。具体计算公式如下，其中假定电解水制氢运行周期25 年，贷款利率按照2021年当前基准利率4.35%。

该计算公式做出了以下假设：①电解槽等设备达到设计寿命年限后，残值为零；
②每年折旧按照先支出考虑。

分析电解水制氢厂站的经济性，覆盖范围包括电力输入至生产出20 MPa 氢气整个工艺流程，具体如图1所示。电解水系统在电力和纯水输入的情况下，进行电解制取出压力3 MPa以下的氢气，存储在氢气储罐中，氢气压缩机从氢气储罐抽气，将氢气压力增加至20 MPa，充装于客户的管束车中外售。根据用户特定需求，管束车可将氢气输送到合成氨厂、合成甲醇厂等需求氢气的企业。然而，目前合成氨厂、合成甲醇厂等化工企业，其合成塔中压力需求达20 MPa，因此，本文选用将氢气压力增加至20 MPa 于管束车中外售作为主要场景进行分析。根据电解水的技术路线，工艺流程中的电解水系统可以是AEL，也可以是PEMEL；
考虑到经济性分析的通用性以及当前电解水系统的技术发展水平，选取当前碱性电解槽达到的单体最大制氢量指标1000 Nm

/h 作为电解水系统案例的最小规模单元，其满负荷制氢时的功率需求不超过6 MW，每天的满负荷制氢量折合2 t以上。

2.1 土建投入

2.1.1 土地

本部分经济性分析暂不考虑制氢工厂享受的优惠政策。

对于典型的制氢站，其用地面积估算为6030 m

，即约9 亩，具体组成如表1 所示。需要说明的是，制氢设备本身所占用地面积的比例较低，因而，当制氢量变化或采用不同功率密度电解槽时(PEMEL电解槽的功率密度更高，因而设备本身占地面积小)，整个制氢站的用地面积不会有显著变化。按照风电场附近征地建设制氢站的场景，一般征地费用约6万/亩，因此，制氢站的土地成本约54万元。可见，当在风电场就地建设制氢场时，土地费用占比较低。

宗教信仰在人类的发展，语言的形成过程中都扮演着重要的角色。中西方的信仰也存在差异，西方人多信奉基督教，圣经的故事也耳熟能详。反映到翻译中，就会有一些歧义。如，“Achilles’Heel”如果直译，那就是阿喀琉斯的脚跟，那读者根本不明白什么意思，实际的含义应该是致命弱点的意思，因为这是圣经中的一个故事，不懂相应的背景就会很难翻出来，但是翻出来致命弱点，原语的语境却没了。这真是一个两难的情况。

2.1.2 建筑工程

单例模式属于创建型模式，它确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来访问这个唯一实例[6]。借助此模式，不但可以方便对实例个数进行控制，而且可避免系统同一时刻存在多个状态。单例模式按其实现形式可以分为“饿汉式”单例模式和“懒汉式”单例模式两类，其中，“饿汉式”单例模式在类加载时就实例化单例类，而“懒汉式”单例模式则在第一次调用时才实例化单例类[7]。因此，对系统初始化时就需要的资源而言一般采用“饿汉式”单例模式[6] 。

制氢工厂从电网直接取电进行生产时，根据取电电价可核算出制氢厂生产氢气的平准化成本。取电价为0.5元/kWh，制氢厂按照100%负荷运行，根据设计寿命25年间的总成本支出和产氢总量，对比研究AEL和PEMEL两种技术路线下生产氢气的成本。

该零件是不便于利用常规方法加工。工件必须是圆盘形带有通孔，且周边分布多孔类铣床加工零件。零件的精度要求高，但零件的硬度要求偏低的薄壁型零件。该夹具是以工厂加工特殊零件在装夹加工中存在的问题和原因。提出相应的解决方案和策略。使学生把理论与实践结合起来，旨在能帮助工厂在加工特殊零件时使用专用夹具提高生产效率节约成本。

2.2 设备投入

对于额定产氢量为1000 Nm

/h 的电解水制氢站，其主要设备包括：制氢电源、纯水制取系统、电解槽系统、储罐、压缩机和充装管路系统。按照满负荷制氢综合电耗5.5 kWh/Nm

核算，制氢电源的功率要求为5.5 MW；
根据质量守恒，纯水需求量为804 kg/h，因此纯水制取系统的处理能力达到1 m

/h可满足要求；
考虑氢气出口压力一般为1.6或者3.2 MPa，则缓存1 h 制氢量，需要储罐容积为34.88～69.75 m

，因此选择50 m

容积的氢气储罐可基本满足氢气缓存要求。为达到制氢量的有效充装，需要配置充装压缩机将氢气从1.6～3.2 MPa增压至20 MPa，其有效排量应达到1000 Nm

/h 以上，因此选择2 台500 Nm

/h 的氢气压缩机。其他设备支出包括管路、仪表风系统以及集控系统等，估算合计支出为100万元。

二环路处于北京市道路路网的核心位置，全长32.7 km，全线为全立交、全封闭的城市快速路。道路红线总宽90 m，标准横断面为四幅路型式，中央隔离带宽0.5～1.5 m。主路标准路段为双向六车道，在出入口和公交站处由于设置加减速车道和公交港湾，车道数为双向八车道，主路两侧全线设置辅路。道路路拱为直线型，主路和辅路路拱横坡为1.5%，由路中向外倾斜；
人行道路拱横坡为2%，向路内侧倾斜。

当前，电解水制氢比较成熟的技术是碱水和质子交换膜两类。当选择碱水电解槽时，设备购置和安装的总投入估算合计为1900 万元，具体如表2所示。分析发现，对于碱水电解制氢厂，电解槽成本占设备投入总成本的50%以上，其次占比较高的是氢气压缩机，约占25%，如图2所示。

当选择PEME 制氢时，由于当前没有单体1000 Nm

/h的电解槽，因此需要多个电解槽成组。例如，某公司提供的产品中即包含600 Nm

/h 和400 Nm

/h制氢能力的PEMEL，达到1000 Nm

/h制氢量的PEMEL系统购置投入约为7000万元，是同等性能碱水电解系统价格的7倍。制氢厂合计投入设备费用为7900万元，具体如表3所示。其中，PEMEL购置费用占比接近90%，是最大的设备成本投入。

内容分析法是基于定性研究的量化分析方法，它将文献中用语言表示而非数量表示的内容转换为用数量表示的资料进行分析［2］。由于智慧城市概念的多样性与差异性，本文通过识别智慧城市概念样本中的关键特征，将其转换为用数量表示的资料并进行统计描述；
在对样本内容“量”进行分析的基础上，进而探寻反映智慧城市概念本质特征的类目并根据文献对其进行解释。这能够克服定性研究的主观性和不确定性，并有助于对不同的智慧城市概念进行更为清晰的认识。

由于电解水反应一般在80 ℃左右(AEL运行温度70～90 ℃，PEMEL 运行温度50～80 ℃)进行，温度偏离标准状态，因此,需要对反应焓进行温度矫正，采用的函数关系式如下：

当获得某温度下的电解水反应焓变后，可进一步根据反应熵变计算出反应自由能变化值。

对于AEL 和PEMEL 制氢设备，设计的使用寿命为20～25年，一般达到预期使用寿命后，电解制氢性能下降至初始性能的80%。制氢厂按照25年进行设备折旧，并假定以当前基准利率4.35%进行核算，AEL 和PEMEL 两个技术路线下制氢厂每年的设备折旧分别为126.16和524.57万元。

3.1 电耗

考虑碱水电解技术路线下制氢厂，对各电价状态下的制氢平准化成本以及其中电费占比进行分析，计算结果如图6所示。当电价越高时，制氢平准化成本越高，氢气成本(

，元/Nm

)与电价(

，元/kWh)基本满足线性关系

=5.714

+0.339。即使按照电价为0.1元/kWh进行核算，电费占制氢平准化成本的比例仍然高达60%，可见，制氢工厂的总用电费用是影响产氢成本的关键因素。

对于氢气压缩机，按照50%绝热效率核算压缩电耗，并考虑压缩机冷却电耗占压缩电耗比例为30%，对于制氢厂入口压力1.6 MPa，出口压力平均12.5 MPa(管束车初始压力5 MPa，充装结束压力20 MPa)的操作环境，综合压缩电耗为0.134 kWh/Nm

H

。将制氢厂的电解和压缩电耗进行整体核算，在25年服役期的电耗指标如表4所示。

婴幼儿早期干预的重要策略——合适的多感官刺激，促进身体的伸展与屈曲的平衡，以屈曲为主，肢体趋向身体的中心部位，发展手、嘴综合能力；
将宝宝的手放在口边，让其自我安慰，促进身体的对称性，预防不正确的姿势。只有当抚触成为一种传递爱的媒介，宝宝才会更加健康！

3.2 水耗

电解水制氢的水耗与制氢量相关，每制取1 Nm

氢气，理论消耗的纯水量为0.8 L，考虑纯水制取效率80%，则消耗的水量为1 L/Nm

H

。工业用水价格按照4.1元/m

进行核算。因此，生产每公斤H

的水费为0.04592元。

3.3 人工

制氢工厂的人员配置包括：厂长、安全管理人员、财会人员和运营人员，其中运营人员按照三班倒、每班3人核算，则制氢厂总计需要12人。按照每人年支出工资8万元核算，共计需要96万元。进行全生命周期核算时，假定人工费根据基准利率增长。

3.4 维护

制氢厂的维护费用假定按照设备费的固定比例支出，取3%进行核算。这里需要重点说明的是，对于AEL，在其标称的25 年服役期间，至少需要经历一次大修，大修成本约占设备成本的20%，当在波动性工况下运行时，电解槽材料发生衰减的速率增加，在服役期间可能需要增加至少1 次大修，这将增加额外的设备大修费用。对于PEMEL，目前尚未报道其波动性影响下的寿命影响，但依据燃料电池的变载荷衰减现象，PEMEL 在波动性电力输入条件下，预期寿命也会大幅缩短。

在这一大背景下，国家及时出台了一系列治水兴水政策。从2011年中央发布1号文件到党的十八大会议将生态文明建设放到突出位置以来，一系列文件明确提出要将水生态保护摆在社会经济发展全局中更加重要的地位。作为生态文明建设的重要一环，加快、加强水生态文明建设的重要性不言而喻。

3.5 财税

按照一般纳税人进行增值税核算，税率9%。

4.1 产氢

首先计算制氢厂满负荷制氢的产氢量，按照1000 Nm

/h额定产氢量核算，每年全负荷产氢量为786 t。根据2021年全国的工业用电价格，在低谷期(23:00—次日7:00)和平段期间(7:00—10:00，15:00—18:00，21:00—23:00)内，电价范围基本在0.2～0.5元/kWh。高峰期用电价格基本是低谷期的2倍，则为达到产能全天电价估算为0.5元/kWh。此外电网耦合电解槽具有一定不确定性，产氢量略低于额定产氢量，因此，此处以最大产氢量(额定产氢量)来计算。

4.2 政策优惠

制氢站主要用地区域可划分为：①制氢车间，包括电解槽、制氢电源、充装压缩机和管束车停车位；
②配套设施，包括中控室、办公室、库房等；
③安全间隙，主要是依据制氢站规范预留安全距离占用的面积。

制氢厂的建筑工程，除了制氢车间相关部分的基础和防爆围墙等必备的配置外，配套所需的中控室、办公场所和公共设施往往因每个项目的总体使用要求有较大的差异，因此，建筑工程所需的投入应根据设计方案才能提出精确的概算。根据一般工程项目所需的费用，这里假定制氢厂所需的建筑工程投入约为1000万元。

5.1 AEL技术路线

核算出碱水电解技术路线下的平准化成本为3.15 元/Nm

，各项成本在整个生命周期内的分布如表5所示。结果表明，AEL技术路线下，电费成本约占氢气平准化成本的90%，人工投入成本约占6%，而设备投入成本仅占约4.5%，如图4 所示。可见，制氢电耗、电价是影响氢气平准化成本的关键因素，当电价水平在0.5元/kWh左右时，大幅降低电价是提高制氢经济性的决定性措施。

5.2 PEMEL技术路线

核算出PEMEL 技术路线下的平准化成本为3.60元/Nm

，各项成本在整个生命周期内的分布如表6 所示。结果表明，在当前的设备投入成本下，PEMEL 比AEL 成本高，若采用PEMEL 不能通过提高波动性适应能力从而降低综合制氢电耗，在1000 Nm

/h规模及以上制氢领域，选择PEMEL技术路线的经济性要低于碱水电解。

无论是酸性电解水还是碱性电解水，在全生命周期成本分析计算中，设备成本和电费成本是占主导的。由于酸性电解水高昂的设备成本，PEMEL技术路线的设备成本占比更大(图5)。碱性电解制得氢气平准化成本(3.15元/Nm

)低于酸性电解制得氢气平准化成本(3.60元/Nm

)，因此根据以上可得出结论：在未来氢能发展道路中，酸性电解水在关键材料开发上需要进一步降低成本，随着材料技术跟进其投资回报空间很大，此外两种电解方式中电价对制氢成本均具有关键影响。

5.3 电价的影响

制氢厂的电耗主要用于电解槽和压缩机运行。对于AEL 和PEMEL，其当前较为先进的综合电耗指标为5 kWh/Nm

H

。假定制氢厂采用的电解系统初始电耗为5 kWh/Nm

(包含电解槽、冷却、循环水等综合所需电耗)，在全生命周期25 年服役期间，由于电解槽材料老化导致产氢能力下降，按照线性衰减至初始性能的80%，达到预期寿命时的综合电耗增加为6 kWh/Nm

。根据电解水工厂取电方式，电价将有所区别，具体将在第6部分进行对比分析。

5.4 电解电耗影响

制氢工厂总电费成本除了受到电价的影响，也受到电解槽电耗的影响。从全生命周期角度考虑，电解槽电耗与初始性能和预期寿命有关，初始性能越高即电耗越低，电解槽预期寿命越长则说明按照25 年服役期限核算时性能下降越平缓、电耗指标增长越缓慢，最终全周期下的电耗也会偏低。AEL和PEMEL 的理论电耗可根据电解反应的热力学函数进行计算，通过温度矫正的反应焓变和自由能变化可得到条件标准电压。在25 ℃、0.1 MPa 条件下，参与电解水反应的各物质的标准焓和标准熵如表7所示。

以上设备投入费用分析结果表明，对于1000 Nm

/h 的制氢厂，PEMEL 技术路线的设备投入成本显著高于AEL技术路线，达到其4倍。对于制氢能力更高的制氢厂，选用碱水电解设备时的成本优势更为显著，这是由于碱水电解系统的电解槽成本只占总系统成本的一部分，增加制氢规模后，电解槽增加的成本对总系统成本的增加贡献有限；
而对于PEMEL 系统，其主要成本来自电解槽，因此，更大制氢量下，电解系统成本基本呈线性增加。另一方面，对于制氢量小于1000 Nm

/h 的场景，例如，制氢量设计为500 Nm

/h时，AEL系统成本降幅不显著，而PEMEL 成本下降显著，此时两个技术路线下的制氢厂设备投入差距会有所减少。初步核算可知，对于500 Nm

/h的制氢厂，采用PEMEL时，总设备投入是采用AEL的3倍。

公式中的

代表的是温度偏离值，幂前参数依据表8进行取值。

拟建工程所在河道受往复性潮流的控制，Namacurra河及下游河网沿线沼泽湿地产生的淤泥为主的悬移质泥沙主体随落潮流输出外海，来自口门外广袤海滩的粉细沙也随涨潮流以推移质为主输入口门内，并在沿河各缓流低洼地沉积。同时，由于口门外海滩的粉细沙主要受沿岸波浪破碎掀沙及波生流影响，总体呈现从西南向东北方向输移的趋势。淤泥质悬沙输出量略大于粉细沙推移质输入量。

应用法拉第定律，分别采用电解水反应焓变值和自由能变化值，可计算出水电解反应的热平衡电压(thermal-neutral voltage，

)和可逆电压(reversible voltage，

)。

当假设电解水反应的熵变值恒定情况下，可计算得到各反应温度下的热平衡电压和可逆电压，如表9 和图7 所示，当输入电压控制在热平衡电压以上时，电解能量效率小于100%，当输入电压控制在热平衡电压之下但处于可逆电压以上时，电解能量效率大于100%，当输入电压小于可逆电压时，电解反应不能发生。当温度在100 ℃以内变化时，热平衡电压基本不变化，相应地，热平衡电解电耗基本维持在3.518 kWh/Nm

H

不变；
可逆电解电压则逐渐减小，当温度跨度为30 ℃时，电压变化超过20 mV，温度越高时，理论可逆电解电耗越小。由于电解水反应属于吸热反应(焓变值大于零)，热平衡下的理论电耗值始终高于做电功所需的可逆电耗，这导致输入的电能有一部分用来给电解槽产生热量以维持反应温度。按照反应温度80 ℃时核算，这部分电能占能量总输入的比例最高达到20%。因此，如果有可用的低品位热能用于电解槽加热，那么电解实际所需的电耗会显著下降。另一方面，在应对电解槽电力输入的波动性时，由于电解槽热力平衡受到输入电力的影响，尤其是当电解负荷下降但电解槽换热不能及时跟随时，将导致过多的净热量被散出，电解槽平衡热量将消耗更多的电能，导致能耗增加。

参考电解水电耗理论值，核算电解水电耗技术水平对制氢工厂LCOH的影响。电耗最低值取理论热平衡下的3.518 kWh/Nm

H

，最高取值参考当前常规电解槽性能水平，假定工作电压为1.85 V，则对应的电耗为4.393 kWh/Nm

H

。

高源(1996-)，男，四川工商学院计算机学院学生，主要研究方向为云计算基础架构与数学建模算法分析。E-mail:13558628926@163.com。

高尔夫球运动与管理专业教研室老师，基础课教师和企业技术人员共同对课程设置、课程目标等进行了深入的探讨并征询了其它三家球场专业技术人员的意见，重构了专业课程体系。专业课分成专业基础课、专业核心课、专业拓展课。根据授课内容把每门课程分为校内授课部分和企业授课部分。总的原则是理论够用，注重实践。技能的训练以俱乐部服务和草坪养护为两条主线，要求学生掌握俱乐部服务流程和草坪养护的完整过程并能解决生产中出现的常见问题。职业素养的培养贯穿到理论和实践教学的全过程，训练学生基本礼仪、安全意识、沟通技巧、服务意识、责任意识等。

当制氢电耗为3.518 kWh/Nm

H

，且按照其25 年服役期间性能逐渐下降至初始的80%，假定制氢厂全负荷运行且电价为0.5元/kWh，其他条件均不变，则核算出的制氢厂成本分布如表10所示，LCOH为2.34元/Nm

。

当制氢电耗为4.39 kWh/Nm

H

时，其他条件均不变，核算出的制氢厂成本分布如下表11 所示，LCOH 为2.82 元/Nm

。可见，当电耗增加约0.89 kWh/Nm

H

时，制氢成本增加0.48元/Nm

。

进一步研究电价为0.5元/kWh下，电解槽电耗与LCOH 的关联关系，如图8 所示，以电解电耗为 横 坐 标(

， kWh/Nm

H

)， LCOH 为 纵 坐 标(

，元/Nm

H

)，二者近似呈线性关系，电耗每增加1 kWh/Nm

H

时，LCOH增加0.55元/Nm

。

继续考虑不同电价下的情况，取最低电价0.1 元/kWh，最高电价0.5 元/kWh，分析制氢厂LCOH 随电解电耗的变化，如图9 所示。结果表明，当电价高时，电解电耗对LCOH的影响较为显著，而电价低时，电解电耗对LCOH的影响也随之减弱。例如，当电价为0.5 元/kWh 时，每增加1 kWh/Nm

H

电 耗，LCOH 增 加0.55 元/Nm

，当电价为0.1 元/kWh 时，每增加1kWh/Nm

H

电耗，LCOH增加值变为0.11元/Nm

。

根据研究区的实际水文地质结构条件及几何形状，将研究区在平面上剖分成300×500 的矩形网格单元，厂区进行了加密处理，垂向上为2 层，模型顶部高程为地表标高，底部至潜水底板。有效计算单元为103 118个，无效计算单元为46 882个，共计150 000个。

系统地分析电价与制氢成本的影响可知：由于电耗在成本中占比较大，电价基本是决定氢气价格的主要因素，电解槽性能也决定了用电的多少，因此，提高电解槽性能在氢气成本中尤为重要。此外，提高电解槽温度，对降低槽电压、提升电解槽性能十分有益。因此，电解水制氢技术中，研究者们需要在电解水制氢的能量效率和提高电解槽温度等关键技术上重点关注，这意味着：一是在材料层面，PEMEL 的质子交换膜需要更加耐高温，AEL 在未来发展中使用的阴离子交换膜同样如此。二是在系统层面，在技术上提升电到氢的能源转化效率的同时提升热电的利用效率也同样关键。

5.5 电解槽寿命影响

电解槽寿命影响整个电解系统的全生命周期使用成本，当前大部分电解槽采用的设计是要求在稳定的电源下运行。当电解槽采用波动性电源时，电解槽的运行参数，包括温度、压力、电流密度和电压会发生瞬态变化，这会导致电解槽关键部件发生加速衰减，甚至影响氢气纯度，造成安全隐患，所以电解槽维护成本也是需要考虑的关键点。当前，电解系统作为成套设备，考虑了每年约合设备购置费3%的维护费用，但当电解槽性能发生严重衰减时(例如电解性能降至初始性能的80%或以下时)，需要进行大修或更换。对于碱水电解槽，其大修费用约为购置费用的20%，根据实际运行情况，一般需要10 年或15 年大修一次，这将增加额外的成本支出，核算结果表明，当服役25年期间进行1次和2 次大修时，平准化氢气成本将分别增加0.01 和0.02 元/Nm

，约占总成本的0.1%和0.2%(按照电价0.1元/kWh核算)。可见，对于碱水电解系统，通过大修方法维持其较高的性能，减少电解能耗，是较为经济的选择。假设电解槽在25年间从100%初始性能降低至80%初始性能，则在第12 年进行一次大修使得电解槽恢复至初始性能，可以有效降低全生命周期电耗指标，具体对比如表12 所示。结果表明，通过大修恢复电解槽性能，可以使得全生命周期的电耗从5.62 降至5.37 kWh/Nm

H

，降幅4.5%，即使按照电价为1 元/kWh 的场景考虑，此时带来的氢气平准化成本降低幅度也达到了2.7%。因此，大修的投入带来的好处是显著的，收益是投入的2倍以上。

从投运全周期电解耗电成本考虑，电解槽性能稳定是关键的一环。一次大修电解槽恢复至初始性能可减少0.25 kWh/Nm

H

的制氢耗电。由于电费在全生命周期占比中处于主导，所以电解槽的电解性能稳定性是制氢成本进一步下降的关键因素之一。据此可知电解槽耐久性在制氢产业链中是极其重要的。因此，在技术层面，电解水制氢要想产业化应用，如何提高电解水制氢的耐久性是一项十分关键的研究课题，应是研究者们需要关注的重点。

电解水制氢经济性主要受到电费成本的影响，降低电价和电解电耗是提高经济性的关键因素。结果表明，采用更低电耗的电解槽将有利于降低氢气平准化成本，每降低1 kWh/Nm

H

电耗，则可降低氢气平准化成本幅度为1.1 P 元/Nm

H

(P 是电价，元/kWh)；
当电价更低时，氢气的平准化成本也相应降低，电价降低0.01 元/kWh，氢气平准化成本的降幅为0.057元/Nm

。电价基本是决定氢气价格的主要因素，电解槽性能也决定了用电的多少，因此，提高电解槽性能在氢气成本中尤为重要，提高电解水设备温度和能量转化效率在成本控制中十分关键。此外，电解槽的电解耐久性是制氢成本进一步下降的关键因素之一。通过提高电解槽寿命或采取定期维护方式，降低全生命周期电耗，有利于提高制氢厂经济性。

[1] 张彦, 陶毅刚, 张韬, 等. 氢能与电力系统融合发展研究[J]. 中外能源,2021,26(9):19-28.ZHANG Y, TAO Y G, ZHANG T, et al. Research on integrated development of hydrogen energy and power system[J]. Sino-Global Energy,2021,26(9):19-28.

[2] 殷卓成,杨高,刘怀,等.氢能储运关键技术研究现状及前景分析[J].现代化工,2021,41(11):53-57.YIN Z C, YANG G, LIU H, et al. Research status and prospect analysis of key technologies for hydrogen energy storage and transportation[J]. Modern Chemical Industry, 2021, 41(11):53-57.

[3] 马颖,刘岩岩,丁睿,等.我国可再生能源发电制氢的发展概况[J].清洗世界,2022,38(1):43-45.

[4] 王振华, 王丽, 邹业成, 等. 氢能的应用现状及展望[J]. 中国氯碱,2021(11):40-47.WANG Z H, WANG L, ZOU Y C, et al. Present situation and prospect of hydrogen energy application[J]. China Chlor-Alkali,2021(11):40-47.

[5] 徐硕,余碧莹.中国氢能技术发展现状与未来展望[J].北京理工大学学报(社会科学版),2021,23(6):1-12.XU S, YU B Y. Current development and prospect of hydrogen energy technology in China[J]. Journal of Beijing Institute of Technology(Social Sciences Edition),2021,23(6):1-12.

[6] 曹蕃,陈坤洋,郭婷婷,等.氢能产业发展技术路径研究[J].分布式能源,2020,5(1):1-8.CAO F, CHEN K Y, GUO T T, et al. Research on technological path of hydrogen energy industry development[J]. Distributed Energy,2020,5(1):1-8.

[7] 赵雪莹, 李根蒂, 孙晓彤, 等. “双碳”目标下电解制氢关键技术及其应用进展[J].全球能源互联网,2021,4(5):436-446.ZHAO X Y, LI G D, SUN X T, et al. Key technology and application progress of hydrogen production by electrolysis under peaking carbon dioxide emissions and carbon neutrality targets[J].Journal of Global Energy Interconnection,2021,4(5):436-446.

[8] 蔡昊源. 电解水制氢方式的原理及研究进展[J]. 环境与发展, 2020,32(5):119-121.CAI H Y. Principle and research progress of hydrogen production by electrolyzing water[J]. Environment and Development, 2020,32(5):119-121.

[9] 张玉魁, 陈换军, 孙振新, 等. 高温固体氧化物电解水制氢效率与经济性[J].广东化工,2021,48(18):3-6,24.ZHANG Y K, CHEN H J, SUN Z X, et al. Efficiency and economy of hydrogen production from high temperature solid oxide electrolysis of water[J]. Guangdong Chemical Industry, 2021,48(18):3-6,24.

[10]杜泽学,慕旭宏.水电解技术发展及在绿氢生产中的应用[J].石油炼制与化工,2021,52(2):102-110.DU Z X, MU X H. Development of water electrolysis technology and its application in green hydrogen production[J]. Petroleum Processing and Petrochemicals,2021,52(2):102-110.

[11]杨阳, 张胜中, 王红涛. 碱性电解水制氢关键材料研究进展[J]. 现代化工,2021,41(5):78-82,87.YANG Y, ZHANG S Z, WANG H T. Research progress on key materials for alkaline water electrolysis to hydrogen[J]. Modern Chemical Industry,2021,41(5):78-82,87.

[12]云清. 解读PEM 电解水制氢技术和成本降低空间[J]. 商用汽车,2020(12):119.

[13]杜迎晨, 雷浩, 钱余海. 电解水制氢技术概述及发展现状[J]. 上海节能,2021(8):824-831.DU Y C, LEI H, QIAN Y H. Technology overview and development status of hydrogen production from water electrolysis[J].Shanghai Energy Conservation,2021(8):824-831.

[14]俞红梅,邵志刚,侯明,等.电解水制氢技术研究进展与发展建议[J].中国工程科学,2021,23(2):146-152.YU H M, SHAO Z G, HOU M, et al. Hydrogen production by water electrolysis: Progress and suggestions[J]. Strategic Study of CAE,2021,23(2):146-152.

[15]何泽兴, 史成香, 陈志超, 等. 质子交换膜电解水制氢技术的发展现状及展望[J].化工进展,2021,40(9):4762-4773.HE Z X, SHI C X, CHEN Z C, et al. Development status and prospects of proton exchange membrane water electrolysis[J].Chemical Industry and Engineering Progress, 2021, 40(9): 4762-4773.

[16]陈掌星. 水解制氢的研究进展及前景[J]. 中国工业和信息化,2021(9):56-60.

[17]郭秀盈,李先明,许壮,等.可再生能源电解制氢成本分析[J].储能科学与技术,2020,9(3):688-695.GUO X Y, LI X M, XU Z, et al. Cost analysis of hydrogen production by electrolysis of renewable energy[J]. Energy Storage Science and Technology,2020,9(3):688-695.