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生物质、地热与氢能计算器

绿氢计算器：电解槽产量与平准化制氢成本（LCOH）

给电解槽（碱性、PEM 或 SOEC）定规模，看它每年能产多少吨氢，用多少水和电，每千克成本多少（含电堆更换和衰减），并附容量系数敏感性图表。

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计算结果

10 MW 每年运行 4,818 小时，年产氢 884 t，平准化成本 4.52 €/kg（最大构成：电力）。这低于你设定的 6 €/kg 售价，利润为正。
产氢量
884t/年
平均每天 2,422 kg · 满负荷 183 kg/h
平准化制氢成本（LCOH）
4.52€/kg
136 €/MWh（LHV）
耗电量
48.2GWh/年
54.5 kWh/kg，含衰减
效率
61.2%
LHV · HHV 72.3%
耗水量
13,262m³/年
15 L/kg（化学计量值 8.9）
副产氧气
7,020t/年
电堆更换
1
每 16.6 年（80,000 h）
总投资
€16,000,000
1,600 €/kW
按售价计算的项目 NPV
€15,247,042
6 €/kg，WACC 7%
比灰氢减排 CO₂
8,841t/年
未加碳捕集的 SMR 每 kg 约排放 10 kg CO₂
等效用途
7,368 辆燃料电池汽车
或 5,013 t 氨 · 2,959 m³ 柴油当量
LCOH 构成
LCOH 与容量系数关系

电解槽技术（2023–2025 年典型值）

技术系统 kWh/kg效率（LHV）电堆寿命（h）安装投资（€/kW）说明
碱性（AEL）50–5561–67%60,000–90,0001,400–2,000技术成熟、最便宜、爬坡较慢
PEM52–5857–64%50,000–80,0001,700–2,500结构紧凑、响应快，使用铱/铂
SOEC37–42 + 热量75–85%20,000–40,0002,500–4,000+高温运行，有余热/蒸汽时最佳
AEM50–5758–66%<30,000市场早期不用铂族金属，单机规模小
  • LCOH =（投资 × CRF + 电堆更换现值 × CRF + 运维 + 电费 + 水费 + 热量）÷ 每年产氢 kg。不含税费、电网费、储运和补贴。
  • 实际工厂很少按固定容量系数运行。接入波动性可再生能源时，最低负荷限制和爬坡速率会降低产量；缓冲储能或电网补电则能提高利用率。
  • 投资区间很宽，变化也很快，中国碱性电解槽系统的报价远低于西方的安装成本。请查看最新的 IEA Global Hydrogen Review 数据。

这个绿氢计算器是怎么算的

绿氢是在电解槽里用可再生电力把水分解得到的。物理规律不会变：每公斤氢至少需要 39.4 kWh。会变的是成本。成本取决于电解槽的效率和价格、每年运行的小时数，以及电价。计算器把这些因素并排列出来：

  1. **产量。**电解槽功率 × 运行小时数（由供电的容量系数决定）÷ 单位能耗，得到每年的公斤数。电堆衰减会让能耗在每个电堆寿命期内逐步上升，所以计算器取平均值。
  2. **资源消耗。**耗水量、副产氧气，以及 SOEC 需要的蒸汽。
  3. **平准化成本（LCOH）。**投资按你设定的 WACC 用资本回收系数折算成年值。电堆更换费用也先折现到今天，再折算成年值。加上固定运维、电费、压缩、水费和热费，总额除以年产量。
  4. **敏感性分析。**一张图画出三种电价下 LCOH 随容量系数的变化。便宜的间歇性电力和昂贵的稳定电力之间怎么取舍，这张图比任何表格都看得清楚。

公式

H₂ (kg/yr) = P (MW) × 8,760 × CF × 1,000 / SEC (kWh/kg) Efficiency (LHV) = 33.33 / SEC Efficiency (HHV) = 39.41 / SEC Water = H₂ × L/kg (8.94 stoichiometric) O₂ ≈ 7.94 × H₂ CRF = r(1+r)ⁿ / ((1+r)ⁿ − 1) LCOH = (Capex × CRF + PV(stack replacements) × CRF + O&M + E × price + water + heat) / H₂

计算示例：风光 PPA 供电的 10 MW 碱性电解槽

默认输入模拟一台 10 MW 碱性电解槽（新机 52 kWh/kg），由光伏加风电的混合电源供电，容量系数 55%，电价 45 欧元/MWh：

  • 每年约运行 4,820 个满负荷小时，用电 48 GWh；
  • 按 0.12%/1,000 h 的衰减率，一个电堆寿命期内的平均能耗约 54.5 kWh/kg（LHV 效率 61%），每年约产氢 880 吨，即每天 2.4 吨；
  • 需要约 13,000 m³ 水，副产 7,000 吨氧气；
  • 投资按 1,600 欧元/kW 计为 1,600 万欧元，约 16–17 年后更换一次电堆；
  • LCOH ≈ 4.5 欧元/kg：每公斤电费 2.45 欧元、资本 1.55 欧元、运维 0.36 欧元、电堆更换 0.12 欧元、水费 0.03 欧元。

如果按 6 欧元/kg 出售，项目 NPV 为正，约 1,500 万欧元。换成1 MW PEM 光伏供电预设，LCOH 会跳到 10 欧元/kg 以上：规模小、投资高、容量系数只有 22%，三者都在推高成本。2030 目标预设（700 欧元/kW、25 欧元/MWh）展示了政策制定者瞄准的、把成本降到约 2 欧元/kg 的路径。

怎么看计算结果

  • 氢气产量：每年的吨数、日均产量和满载时的每小时产量。
  • LCOH：拿它和灰氢（每 kg 约 1–3）、补贴竞拍价或所替代燃料的价值比较。按每 MWh（LHV）折算的数字可以直接和天然气对比。
  • LCOH 构成：如果电费占大头，就在效率和电价上下功夫；如果资本占大头，就提高利用率。
  • 敏感性图：每条曲线在容量系数低时急剧下降，超过 50–60% 后趋于平缓。最佳点要在更便宜的间歇电力和闲置的资本之间找平衡。

典型数值

技术 系统能耗 效率（LHV） 电堆寿命 安装投资（2023–24）
碱性（AEL） 50–55 kWh/kg 61–67% 60,000–90,000 h 每 kW 1,400–2,000
PEM 52–58 kWh/kg 57–64% 50,000–80,000 h 每 kW 1,700–2,500
SOEC 37–42 kWh/kg + 热量 约 75–85%（含热量） 20,000–40,000 h 每 kW 2,500–4,000 以上
AEM 50–57 kWh/kg 58–66% < 30,000 h 市场早期

常用换算：1 kg H₂ = 33.3 kWh（LHV）= 39.4 kWh（HHV）≈ 11.1 Nm³；一辆燃料电池汽车每 100 km 约用 0.8–1 kg 氢；1 吨氢约可生产 5.7 吨氨。

降低 LCOH 的技巧

  • **提高利用率。**把风电和光伏组合起来，或者用少量电网电补充，即使平均电价更高，LCOH 也往往更低。
  • 可再生电源相对电解槽超配，让电解槽有更多小时满载运行。
  • **出售副产品。**氧气或回收的低温余热可以把成本压低几个百分点。
  • **关注电堆寿命和衰减。**电堆寿命更长，可能帮你省掉一次昂贵的中期更换。
  • **算上压缩和储存。**以 350–700 bar 高压或液态交付，每公斤要多耗 2–12 kWh（填在压缩一栏），还要加上储存成本。
  • 用风电场计算器或太阳能板计算器为供电电源本身建模。

局限

模型假设容量系数恒定、电价不变。实际的可再生电力是波动的，最低负荷限制、爬坡速率、储氢和下游消纳约束都会降低有效利用率。税费、电网费用、土地、融资结构、运输和补贴都没有计入。投资数据变化很快，不同供应商和地区差别很大，所以在依赖任何单一数字之前，请查阅 IEA Global Hydrogen Review 等最新资料。

方法与假设

氢气（kg/年）= MW × 8,760 × CF × 1,000 ÷ 单位能耗（kWh/kg）。单位能耗随电堆衰减（%/1,000 h）上升，每次更换后复位，因此采用一个电堆寿命期内的平均值。效率（LHV）= 33.33 ÷ kWh/kg。用水 = kg × L/kg；副产氧气约为每 kg H₂ 7.94 kg。LCOH =（按你的 WACC 计算资本回收系数后的年化投资 + 电堆更换现值的年化值 + 固定运维 + 电费 + 压缩 + 水费（SOEC 另加蒸汽））÷ 年产氢 kg。

常见问题

生产 1 kg 氢气需要多少电？
目前的电解槽系统每 kg 约耗电 50–55 kWh（碱性）、52–58 kWh/kg（PEM），固体氧化物电解约 40 kWh/kg 电力外加热量。由氢气高位热值决定的理论最低值是 39.4 kWh/kg。
制氢需要多少水？
按化学反应计算，每 kg 氢气需要 8.9 升水。算上净化损耗，实际工厂约用 10–15 L/kg；如果采用蒸发冷却，要 20–30 L/kg 甚至更多。即便如此，水费通常每 kg 也只有几分钱。
绿氢成本是多少？
目前大多数项目的绿氢成本约为每 kg 4–8（欧元或美元），而在没有碳价的情况下，用天然气制取的灰氢约为每 kg 1–3。影响最大的两个因素是电价和电解槽每年运行多少小时（即容量系数）。
1 MW 电解槽能产多少氢？
满载时每小时约 18–20 kg，连续运行每天约 440–480 kg。容量系数为 50% 时，一年约 80–85 吨。
LCOH 是什么？
LCOH 是平准化制氢成本：把工厂全寿命期的总成本（投资、电堆更换、运营、电费、水费）除以它生产的氢气，按每公斤计。可以把它理解为氢气版的 LCOE。
PEM 和碱性电解，哪个更好？
碱性电解槽更便宜、技术成熟、寿命长，在稳定负载下效率也略高一些。PEM 设备更紧凑，跟随波动的可再生电力更快，出氢压力也更高，但依赖铂族金属。如果手头有便宜的高温热源，SOEC 是三者中效率最高的。
容量系数为什么这么重要？
因为电解槽很贵。如果只在有太阳时运行（全年 20–25% 的时间），投资成本只能分摊到很少的氢气上，LCOH 可能是风光互补、运行 50–60% 时间的工厂的两倍。

资料来源与参考

  1. IEA — Global Hydrogen Review 2024
  2. IRENA (2020). Green Hydrogen Cost Reduction: Scaling up Electrolysers to Meet the 1.5 °C Climate Goal
  3. Clean Hydrogen Partnership — Strategic Research and Innovation Agenda（电解槽关键绩效指标）
  4. US DOE Hydrogen and Fuel Cell Technologies Office — 电解水制氢

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