氢气制备产业技术经济分析（下）
作者，Henry 财务学博士，专注产业技术经济研究
导读
在迅速崛起的氢能产业中，各种制氢技术与工艺群雄并起，本文主要讨论煤气化制氢成本特征及制氢工艺的选择，为制氢企业和产业资本提供决策依据。
三、不同工艺的制氢成本剖析
煤气化制氢成本分析
相比其他制氢工艺，煤气化制氢的规模效应更显著，因而煤气化制氢项目的设计产量及投资额往往更大，目前煤气化制氢项目多采用煤气化半氧化（POX）工艺。
固定成本
以90000立方米/h产能的煤制氢项目为例，其初始投资约为12.4亿元。假设该项目运行期为10年，残值率为0，按照直线法计提折旧，则每年折旧额为1.24亿元，此外设备维修保养费用按照工艺设备价值的3%计提，则每年设备维修保养费用为0.372亿元，项目管理费支出约为0.2464亿元。所以，每年的固定成本支出=设备折旧+维修保养费+管理费支出1.87亿元。
变动成本
煤气化POX制氢，每一立方的资源耗费如表1所示。
表1 煤气化制氢单位氢气资源消耗
数据来源：《石油炼制与化工》
由此,制氢单位变动成本：
T=0.755P1+0.088+0.42P2+0.048P3，其中P1为煤炭的价格，单位是元/kg，P2为氧气价格，单位元/m3, P3为电力价格单位为元/kwh。
总成本
总体看,每年的制氢成本TC=固定成本+变动成本=187000000+（0.755P1+0.088+0.42P2+0.048P3）×Q，按照年设计产量及煤炭、氧气与电力的当前价格，计算可得煤气化制氢的单位成本为0.9元/立方。
图1 煤气化制氢成本结构图
图片来源：玖牛研究院根据公开资料整理
如图1所示，与其它工艺相比，煤气化制氢的变动成本占比较低，约为74.01%，而变动成本中主要为煤炭成本47.98%及氧气成本32.78%。因此氧气及煤炭价格是煤气化制氢的成本敏感因素。
四、制氢工艺选择建议
各工艺成本敏感性分析
（1）产能利用率对成本的影响
图2 各工艺单位成本随产能利用率变化曲线
图片来源：玖牛研究院根据公开资料整理
前述成本测算均以各项目满负荷运营为前提，但现实中项目的生产量往往达不到满负荷运营，如市场需求不足、外部因素或管理因素导致项目生产中断等。在非满负荷运营情况下，固定成本的分摊将导致单位成本的提升，投资企业面临产品市场风险。如图10所示，各工艺的单位成本随产能利用率的下降不断上升，而在产能利用率下降到40%(即年运行3200小时)之后，单位成本会出现快速上升。各工艺成本对于产能利用率的敏感性有明显差异，敏感程度最高的是煤气化制氢工艺，其次是天然气重整工艺，然后是电解水工艺，而甲醇裂解工艺成本受产能影响最小。
（2）主要原材料价格对成本的影响
图3 各工艺单位成本随原料价格增长率变化曲线
图片来源：玖牛研究院根据公开资料整理
注：电解水制氢的成本决定因素
为电力，此处的原材料指电能。
在上述各工艺中，原材料成本占总成本的比重均较高，因此原材料价格变化对成本具有显著影响。如图11所示，随着原材料价格上涨，成本上升最为快速的是电解水制氢，其次是甲醇裂解，然后是天然气重整，煤气化单位成本对原材料煤价格的敏感性最为平缓。
成本敏感性因素的分布特征
图4 2018年全国各地区天然气、煤炭、电力、甲醇价格
图片来源：玖牛研究院根据公开资料整理
（1）天然气
近年我国天然气产量增长速度滞后于需求增长，进口天然气大幅增加， 天然气的对外依存度不断上升。工业用天然气价格有震荡上升趋势，尤其在冬季时天然气供应紧张。另一方面由于较高的运输成本，工业天然气在全国各地区的价格很不均衡。如图4所示，在珠三角、长三角及东北地区价格较高，而在西部、西北地区价格较低。地区之间的价格差异达到50%~185%。
（2）煤炭
我国煤炭资源储量丰富，煤炭价格往往受经济周期影响，在近年保持平稳态势。同样，煤炭运输成本的存在导致其价格在地区之间分布不均衡。如图4示，在华南江浙等地区由于工业发达对煤炭需求旺盛而本地区并不产煤，煤炭价格较高。而在山西、陕西、安徽及山东等地区煤炭价格相对较低。各地区之间价格差异最高达到140%。
（3）电力
工业用电价格在近年保持较为平稳状态，同时如图4所示电力价格在经济发达地区价格较高，而在西部、西北地区价格较低，但各地区之间的价格差异相对不大。
（4）甲醇
目前国内甲醇需求以甲醇制烯烃（MTO）以及燃料用途为主，需求量近年来一直保持温和增长态势，总量在2017年达到8000万吨左右。如图4，甲醇价格在各地区之间差异相对不大。
制氢投资工艺选择建议
从前文分析可知，在目前技术经济环境下，几种主流的制氢工艺各具特点，可以从以下几个维度进行评价：
（1）规模经济，规模经济效应越大的工艺在大规模投资项目中成本优势明显，而小规模投资适于规模经济小的工艺；
（2）技术能力要求，由于煤气、天然气成分复杂，对于氢气的提纯及尾气处理均有较高的技术要求，而电解水及甲醇制氢的工艺较为简单。
（3）单位成本;
（4）需求风险抵御能力，即随着产销量下降工艺的单位成本稳定性；
（5）原材料市场风险抵御力，即随着原材料价格增长单位成本的稳定性；
（6）原材料供应约束程度，即随着产业规模的扩大，原材料市场供应能力的保障程度。
各制氢工艺在六个维度的特点如表2所示。
表2 各制氢工艺特点
资料来源：玖牛研究院根据公开资料整理
在未来随着氢燃料电池技术的广泛应用，氢能产业必将快速发展，整个社会对氢气的需求量大幅增长。由于氢气本身储运成本高昂，未来氢气制备产业的布局将会出现大规模集中生产与小规模分布式生产并存的局面。在东南沿海经济发达地区，以大规模集中生产为主，而在中西部地区将以大规模生产与中小规模分布式生产互相补充。
在大规模集中生产中，工艺的选择必须综合考虑生产成本及原材料供应等因素。由于天然气及甲醇的供应约束程度较高，成本将随原材料价格增长不断升高，因而煤气化制氢工艺具有明显优势，而且随着超临界水煤制氢技术的发展，制氢成本在未来将有进一步下降空间。同时，尾气集中回收技术的发展，也使得煤气化制氢能够满足日益提升的环保要求。
中小规模制氢投资的工艺选择需要考虑工艺技术复杂性、自身技术能力及区域要素价格等因素。随着分布式能源的发展，在未来太阳能、风能及小水电得到广泛采用的情况下，小规模制氢企业可以充分采用技术简单投资小的电解水制氢工艺。在中西部地区由于天然气及甲醇价格较低，天然气制氢及甲醇制氢是合适的选择。而分布全国各地的炼厂焦炉气制氢，也是中小规模制氢企业的有效补充。
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完
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