從風電光伏到綠色甲醇-成本分析與競爭力展望

 

亞化咨詢正在構建風電光伏-綠氫-綠色甲醇的成本模型。亞化咨詢研究表明，綠色甲醇的生產主要分為三個單元：

 

1. 以風電/光伏，結合儲能，生產電解水裝置可接受波動幅度的綠電

 

2. 以電解水制氫，結合儲氫，生產甲醇合成裝置可接受波動幅度的綠氫

 

3. 以碳捕集裝置來的CO2，與綠氫合成綠色甲醇

 

 

一、以風電/光伏，結合儲能，生產電解水裝置可接受波動幅度的綠電

 

亞化咨詢成本模型顯示，決定風電/光伏綠電成本的關鍵因素有5個：1. 風電場/光伏電站的投資；2. 儲能配置；3. 儲能EPC單價；4. 風電/光伏資源條件；5. 風電/光伏增加利用小時數的技術進步。

 

1. 風電場/光伏電站的投資。得益于風機大型化的快速推進，大規模陸上風電場的單位投資（不含儲能）已經從2022年的6000元/千瓦以上，降低至2023年的低于5000元/千瓦。由于2021-2022年多晶硅、光伏玻璃、光伏膠膜價格輪番上漲，光伏組件的價格一度達到2元/W，但隨著多晶硅價格在2023年大幅回落，大規模集采的光伏組件價格已經降低至1.5元/W，相應地大型地面光伏電站的投資也降低至3.5元/W左右。隨著風機大型化的繼續推進和光伏電池效率的持續提升，風電光伏的單位投資有望進一步降低。

 

2. 儲能配置。以上網為目標的風電光伏加大儲能比例已經成為趨勢，尤其是超過電網企業保障性并網以外的規模初期按照功率15%的掛鉤比例（時長4小時以上，下同）配建調峰能力，按照20%以上掛鉤比例進行配建的優先并網。配建比例2022年后根據情況適時調整，每年公布一次。大比例配建儲能，給綠電生產商帶來了沉重的成本負擔。亞化咨詢研究表明，對于綠電主要自用的綠色甲醇項目來說，主要滿足電解水制氫單元的電力需求，配置功率15%（時長2小時）甚至更低比例的儲能是比較普遍的選擇。

 

3. 儲能EPC單價。隨著全球碳酸鋰價格從2022年的高點回落，基于磷酸鐵鋰電池的電化學儲能裝置價格也持續下降。2023年第二季度，儲能EPC價格下降到1.8元/Wh左右。預計隨著碳酸鋰價格回到合理區間、鋰電技術的持續進步，以及鈉離子電池的競爭，儲能EPC價格有望降低到1.5元/Wh甚至更低。

 

4. 風電/光伏資源條件。2022年全國光伏平均等效利用小時數1200小時左右；全國風電平均等效利用小時數2200小時左右。但風光資源良好的東北、西北區域，光伏平均等效利用小時數可以達到1500-1800小時；風電平均等效利用小時數可以達到3000小時。亞化咨詢研究表明，在風光資源條件較好的地區，同樣的投資下，綠電成本相比其他區域更具競爭力。

 

5. 風電/光伏增加利用小時數的技術進步。亞化咨詢研究表明，對于光伏電站，N型電池技術比P型電池技術有更好的弱光響應、更低的溫度系數，從而具有更高的單瓦發電量。對于風電場，優秀的風機設計可以實現最佳功率捕獲，并提升發電量。不管光伏還是風電，更優的項目質量和運行維護，都可以提升發電量，從而提升電站等效利用小時數。

 

二、以電解水制氫，結合儲氫，生產甲醇合成裝置可接受波動幅度的綠氫

 

以風電光伏生產的綠電為能源電解水制氫，是生產綠色甲醇的重要環節。主流電解水技術為堿性電解水（AWE）與質子交換膜電解水（PEM）。AWE技術相對成熟，產能規模大，成本較低，占據主要市場份額；PEM技術由于更高的電流密度，對綠電的功率波動響應更好，被認為極具發展潛力。與此同時，SOEC和AEM技術也在引起行業關注。

 

降低電解槽的投資、提高能量效率有助于降低綠氫成本。以AWE為例，典型的堿性電解水單元包括電氣設備、電解槽、氣液分離設備和干燥純化設備四部分組成。盡管堿性電解水已有百年左右的發展歷史，但受限于行業規模，在可再生能源超大規模電解水制氫這個需求崛起之前，行業整體技術進步較慢。

 

亞化咨詢研究表明，截至2023年第二季度，國內堿性電解槽生產企業已經超過100家，其中不乏央企與民營龍頭。眾多企業與大學的科研團隊也在持續研發更優秀的電解槽隔膜和電極材料。在巨大的市場帶來規模化生產降本、眾多電解槽企業的激烈競爭和科研機構的持續努力下，預計堿性電解槽的成本競爭力和能量效率將在未來3-5年內明顯提升。

 

與以上網為目標的風光項目相比，綠色甲醇項目配套的風電和光伏單元一般只配置低比例儲能，風光綠電僅有少量上網（或者完全自用）。隨著可再生能源柔性制氫技術的發展，對于綠電僅有少量上網的風光氫儲氨醇一體化項目，低比例的儲能已經足以滿足項目運行需要。亞化咨詢認為，需要合理配置電化學儲能和儲氫罐的比例，以實現總投資最優的同時，確保下游化工裝置的運行經濟性和安全性。因此，風光氫儲一體化的優化調度顯得尤為重要。

 

 

三、以碳捕集裝置來的CO2，與綠氫合成綠色甲醇

 

亞化咨詢研究表明，截至2023年第二季度，空氣中直接捕集CO2（Direct air capture, DAC）技術仍處于實驗室研發和初步工業化示范階段，成本高昂。從工業尾氣捕集CO2并作為綠色甲醇的原料是現階段的可行選擇。

 

以CO2和綠氫生產甲醇，其工藝和催化劑已經實現工業化，但仍有提升空間。如何提高催化劑的活性和選擇性，并相應優化設計以降低裝置能耗并提高目標產物收率，是行業關注的重點問題。

 

 

亞化咨詢認為，通過風電/光伏生產綠電、電解水制氫和綠氫與CO2生產綠色甲醇三大環節一起努力，綠色甲醇成本仍有較大的下降空間。公開信息顯示，截至2023年5月，全球四大集裝箱航運公司—MSC、馬士基、達飛海運集團和中遠集團—總計已訂購了逾63艘可用甲醇為燃料或雙燃料的船舶。2022年全球甲醇產能約為1.8億噸，而產量約為1.3億噸。但現有甲醇產能絕大部分都不是綠色甲醇。在下游市場的強力驅動下，綠色甲醇的商業化生產和大規模應用值得期待！