朱信 劉可

申能（集團(tuán)）有限公司

0 引言

2009年，中央政府支持氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向逐漸明確。我國(guó)2019年的《政府工作報(bào)告》提出推動(dòng)加氫站等設(shè)施建設(shè)；3月26日，財(cái)政部等四部委印發(fā)了《關(guān)于調(diào)整完善新能源汽車推廣應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)貼政策的通知》，在其他新能源車型補(bǔ)貼大幅下調(diào)時(shí)，對(duì)燃料電池汽車補(bǔ)貼力度保持不變；3月底，李克強(qiáng)總理在2019海南博鰲亞洲論壇上表示，中國(guó)將加快發(fā)展氫能源等新興產(chǎn)業(yè)；4月，國(guó)家發(fā)改委發(fā)布《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄2019征求意見稿》提出“鼓勵(lì)高效制氫、運(yùn)氫及高密度儲(chǔ)氫技術(shù)開發(fā)應(yīng)用及設(shè)備制造”[1-4]。

國(guó)內(nèi)主要能源企業(yè)加速布局氫能產(chǎn)業(yè)。2018年底，國(guó)家能源集團(tuán)發(fā)起并牽頭成立了中國(guó)氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，國(guó)家電網(wǎng)等十幾家央企參與其中。2019年兩會(huì)期間，中核集團(tuán)與清華大學(xué)、寶武集團(tuán)等國(guó)內(nèi)相關(guān)單位聯(lián)合開展了核能制氫與氫能冶金結(jié)合的前期合作。在2019年進(jìn)博會(huì)期間，中石化和法國(guó)液化空氣集團(tuán)簽署合作備忘錄，雙方將加強(qiáng)在氫能領(lǐng)域的合作[5]。

除氫燃料電池汽車外，發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)還在推廣燃料電池固定式應(yīng)用。美國(guó)Bloom Energy生產(chǎn)固體氧化物燃料電池（SOFC）發(fā)電系統(tǒng)主要用于數(shù)據(jù)中心和辦公樓宇等商業(yè)用戶，2017年銷售量達(dá)到62 MW。日本通產(chǎn)省制定并推動(dòng)了ENE-FARM計(jì)劃，由松下、東芝、愛信精機(jī)等生產(chǎn)商負(fù)責(zé)開發(fā)700 W～750 W家用燃料電池?zé)犭娐?lián)供（CHP）系統(tǒng)。從2009年至今，共銷售30萬(wàn)套產(chǎn)品。韓國(guó)可再生能源組合標(biāo)準(zhǔn)（RPS）要求，到2023年所有擁有500 MW以上發(fā)電容量的國(guó)有和獨(dú)立電力生產(chǎn)商需將可再生能源和綠色技術(shù)的發(fā)電份額增至10%。截至2018年，韓國(guó)已經(jīng)部署了近300 MW燃料電池電站，技術(shù)路線包括SOFC、PEMFC和熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）[6]。

本文分析日本家用燃料電池?zé)犭娐?lián)供產(chǎn)品的基本經(jīng)濟(jì)性情況和在國(guó)內(nèi)尤其是在上海商業(yè)化使用的前景。

1 日本“ENE-FARM”項(xiàng)目

1.1 技術(shù)特點(diǎn)

“ENE-FARM”譯為能源農(nóng)場(chǎng)，該“農(nóng)場(chǎng)”的原料是天然氣，“產(chǎn)品”是電和熱，設(shè)備利用天然氣重整產(chǎn)生氫氣，作為PEMFC的燃料，發(fā)電效率可達(dá)39%，熱利用效率為56%，能源綜合利用率達(dá)到95%，壽命為90 000 h以上，不需要特殊維護(hù)，在日本屬于家用電器。

1.2 項(xiàng)目概況

“ENE-FARM”計(jì)劃由政府主導(dǎo)推動(dòng)，燃?xì)夤?、制造企業(yè)、地產(chǎn)商和金融企業(yè)共同執(zhí)行，是日本氫能社會(huì)戰(zhàn)略的重要組成部分。自2009年，由松下、東芝、愛信等廠商研發(fā)生產(chǎn)，由東京燃?xì)夂痛筅嫒細(xì)獾热細(xì)夤鞠蛴脩翡N售家用燃料電池?zé)犭娐?lián)供產(chǎn)品。

如圖1所示，十年來(lái)各品牌產(chǎn)品累計(jì)銷售300 000套，政府每套補(bǔ)貼由最初的8.9萬(wàn)元逐年下降，直至2019年取消，產(chǎn)品壽命達(dá)10年。利用城市燃?xì)庵卣a(chǎn)生氫氣進(jìn)行熱電聯(lián)供，具備災(zāi)備電源功能，在居民家中斷電的情況下可供電8天。根據(jù)日本松下公司的測(cè)算，安裝ENE-FARM設(shè)備后，家庭平均每年可節(jié)約3 600元左右電費(fèi)和燃?xì)赓M(fèi)，產(chǎn)品售價(jià)在100萬(wàn)日元（約人民幣6.4萬(wàn)元）以內(nèi)時(shí)，居民購(gòu)買該產(chǎn)品具有經(jīng)濟(jì)性。

圖1 日本ENE-FARM銷售量和補(bǔ)貼情況（日元匯率按15.63計(jì)算）

2 ENE-FARM產(chǎn)品在東京的經(jīng)濟(jì)性

2.1 東京氣價(jià)與電價(jià)

東京民用天然氣價(jià)格見表1。例如：一戶家庭某月使用100 m3天然氣，則該月燃?xì)赓M(fèi)計(jì)算公式為76.15+100×7.93=869.15（元）。

東京民用電力價(jià)格見表2。每月電費(fèi)由基礎(chǔ)費(fèi)+電量費(fèi)+合同費(fèi)構(gòu)成。例如，一戶家庭安裝50 A限流器，某月使用200 kWh電，則電費(fèi)計(jì)算公式為88.38+200×1.64+14.58=430.96（元）。

表1 東京民用燃?xì)鈨r(jià)格表

表2 東京民用電力價(jià)格表

2.2 安裝ENE-FARM產(chǎn)品前后燃?xì)鈨r(jià)格變化

東京燃?xì)夤踞槍?duì)購(gòu)買ENE-FARM產(chǎn)品的用戶推出專項(xiàng)套餐，套餐費(fèi)如表3所示。如表4、圖2所示，普通居民和ENE-FARM用戶的燃?xì)鈨r(jià)格均呈現(xiàn)用量越大、單價(jià)越低的特點(diǎn)，其中，月燃?xì)庥昧看笥?0 m3時(shí)，ENE-FARM用戶每立方燃?xì)鈨r(jià)格更低。

表3 東京ENE-FARM用戶燃?xì)鈨r(jià)格表

表4 東京居民加入ENE-FARM計(jì)劃前后每標(biāo)立方燃?xì)赓M(fèi)

圖2 東京居民加入ENE-FARM計(jì)劃前后燃?xì)鈨r(jià)格

2.3 居民使用ENE-FARM產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性

ENE-FARM用戶每月需承擔(dān)設(shè)備折舊費(fèi)和燃?xì)赓M(fèi)，產(chǎn)生電和熱。假設(shè)普通居民需要分別購(gòu)買電和燃?xì)?。?jù)計(jì)算，月均燃?xì)馐褂昧砍^(guò)77 m3左右的家庭安裝ENE-FARM產(chǎn)品有經(jīng)濟(jì)性，燃?xì)庥昧吭酱?，?jīng)濟(jì)效果越明顯，如表5和圖3所示。

表5 東京居民安裝ENE-FARM設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性測(cè)算

圖3 東京居民安裝ENE-FARM產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性

具有經(jīng)濟(jì)性的原因包括：（1）燃?xì)馀c電力存在一定價(jià)差。即如果把熱電聯(lián)供的燃?xì)赓M(fèi)用全部計(jì)入發(fā)電成本，則度電燃?xì)赓M(fèi)和單獨(dú)購(gòu)電的費(fèi)用相當(dāng)，余熱價(jià)值相當(dāng)于收益。在用氣量較大時(shí)，余熱的價(jià)值高于設(shè)備折舊成本，具備經(jīng)濟(jì)性。（2）存在燃?xì)鈨?yōu)惠價(jià)格。購(gòu)買ENE-FARM產(chǎn)品后，無(wú)論燃?xì)馐欠裼扇剂想姵厥褂茫搼艟用袷褂玫乃腥細(xì)饩硎蹺NE-FARM套餐的價(jià)格。因此，有冬季采暖需求的家庭，可以另外安裝燃?xì)鉅t，或者購(gòu)買裝備外置燃?xì)鉅t的ENE-FARM產(chǎn)品，燃?xì)庀牧看髸r(shí)更具經(jīng)濟(jì)性。

3 上海地區(qū)使用ENE-FARM產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性

3.1 上海氣價(jià)、電價(jià)情況

上海居民階梯燃?xì)鈨r(jià)格和電力價(jià)格如表6、表7所示。

表6 上海居民用戶階梯氣價(jià)

表7 上海居民用戶階梯電價(jià)

3.2 上海與東京單位熱值的氣價(jià)、電價(jià)對(duì)比

假設(shè)上海、東京每戶居民一年用氣550 m3、用電4 000 kWh，燃?xì)鉄嶂?6 MJ/m3，東京居民安裝30 A限流器，燃?xì)庥昧堪丛缕骄?，上海居民用電峰谷電各占一半?/p>

如表8、表9所示，上海居民單位熱值燃?xì)夂碗娏Φ膬r(jià)格比約為0.68，東京為0.43。

3.3 在上海推廣家用燃料電池CHP系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性

如表10所示，即使計(jì)算熱利用的價(jià)值，將燃?xì)赓M(fèi)由發(fā)電和熱利用分?jǐn)偅入姵杀疽廊桓哂陔妰r(jià)。

表8 上海民用單位熱值電價(jià)與氣價(jià)關(guān)系

表9 東京民用單位熱值電價(jià)與氣價(jià)關(guān)系

4 敏感性分析

4.1 設(shè)備價(jià)格

計(jì)算熱利用價(jià)值時(shí)，PEMFC價(jià)格每下降10%，度電成本下降7.14%。見圖4。

4.2 燃?xì)鈨r(jià)格

燃?xì)鈨r(jià)格每變化10%，度電成本同向變化2.86%。見圖5。

圖5 燃?xì)鈨r(jià)格對(duì)度電成本的影響

綜合考慮設(shè)備價(jià)格下降以及燃?xì)鈨r(jià)格變化時(shí)，熱電聯(lián)供的度電成本如表11所示。居民第一階梯峰電電價(jià)為0.617元/kWh，第二階梯峰電電價(jià)為0.677元/kWh，第三階梯峰電電價(jià)為0.977元/kWh。如果設(shè)備價(jià)格大幅度下降，則即使燃?xì)鈨r(jià)格不變，度電成本較居民電價(jià)也會(huì)出現(xiàn)一定競(jìng)爭(zhēng)力。

5 結(jié)論及啟示

我國(guó)目前在燃料電池相關(guān)技術(shù)與國(guó)外還存在差距，用于供能領(lǐng)域的產(chǎn)品多處于研發(fā)階段，尚未實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，產(chǎn)量較小、價(jià)格較高。受資源稟賦、體制等因素影響，我國(guó)民用氣價(jià)、電價(jià)不僅低于工商業(yè)，甚至低于實(shí)際成本。隨著整個(gè)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，技術(shù)持續(xù)進(jìn)步，產(chǎn)品成本預(yù)計(jì)會(huì)出現(xiàn)大幅度下降，在某些特定區(qū)域或特定場(chǎng)景將率先出現(xiàn)市場(chǎng)需求。