鄭玉華 卞安娜 劉兆軍,2

1.中國石油大學(xué)(北京)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院, 北京 102249;2.中國石油天然氣股份有限公司河北邯鄲銷售分公司, 河北 邯鄲 056000

0 前言

據(jù)國際氫能委員會(huì)(Hydrogen Council)研究預(yù)測,全球?qū)?030年開始大規(guī)模使用氫能,2050年氫能消費(fèi)量在全球終端能源消費(fèi)中占比將達(dá)到18%[1]。研究還顯示,每公里消耗0.02 kg氫氣的氫燃料電池汽車在生命周期內(nèi)二氧化碳排放當(dāng)量約為每公里消耗0.22 kW·h電動(dòng)車的1/3[2](1公里=1 km)。使用綠色氫氣作為替代成品油的交通燃料,是實(shí)現(xiàn)未來交通部門脫碳的重要途徑之一。加氫站是氫能供應(yīng)的重要保障,是支撐氫燃料電池汽車發(fā)展必不可少的基礎(chǔ)設(shè)施,加氫站的建設(shè)數(shù)量和普及程度,在很大程度上決定了氫燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。包括中國在內(nèi)的主要能源消費(fèi)大國,都在為氫燃料電池汽車的應(yīng)用創(chuàng)造條件,積極布局以加氫站為代表的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。截至2021年1月,中國已建成加氫站118座,2035年預(yù)計(jì)加氫站數(shù)量將達(dá)到1 500座[3]。對現(xiàn)有加油站進(jìn)行油氫合建改造,配套建設(shè)站內(nèi)制氫設(shè)施,已成為各地政府和石油企業(yè)建設(shè)零碳綠氫產(chǎn)業(yè)的先導(dǎo)性項(xiàng)目,對其投資效益及投資風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估既是科學(xué)投資決策的前提,也是政府制定產(chǎn)業(yè)政策的重要參考依據(jù)[4]。

影響加氫站投資效益的因素眾多,對這些不確定性因素進(jìn)行識別和分析,才能有效幫助投資者降低加氫站投資風(fēng)險(xiǎn),保證投資效益的實(shí)現(xiàn)。Reddi K等人[5]和Micena R P等人[6]的研究均發(fā)現(xiàn)加氫站加氫能力與當(dāng)?shù)貧淙剂掀囀褂脭?shù)量的匹配度是影響加氫站投資效益不確定性的重要因素;制氫成本的不確定性,同樣會(huì)帶來加氫站投資風(fēng)險(xiǎn),特別是基于可再生能源的制氫成本較高且不確定性較大,如風(fēng)能太陽能電解水制氫目前的成本約為22.3～61.3元/kg[7]。此外,中國加氫站數(shù)量少,對于氫燃料定價(jià)、稅收、使用等方面的政策也不完善,存在較高的投資風(fēng)險(xiǎn)。目前,對加氫站風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的相關(guān)研究主要集中于對其運(yùn)行安全性的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)[8-10],對加氫站投資風(fēng)險(xiǎn)或市場風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定性、定量評估的相關(guān)研究較少。

中國加氫站建設(shè)正處于探索和示范階段,由于加氫站建設(shè)投資的不確定性,以及氫燃料使用領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化程度不高,目前運(yùn)營的加氫站大多經(jīng)濟(jì)效益不理想,如何正確認(rèn)識和規(guī)避投資風(fēng)險(xiǎn)值得深入研究。本研究基于目前加氫站投資成本效益研究相關(guān)文獻(xiàn)和資料,結(jié)合對張家口某加氫站建設(shè)項(xiàng)目的調(diào)研數(shù)據(jù),對影響加氫站投資效益的各種因素進(jìn)行了敏感性分析,在此基礎(chǔ)上對不同氫氣成本、氫氣售價(jià)和氫氣銷量組合情景下加氫站的投資風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行模擬,對中國加氫站的投資前景和投資策略進(jìn)行了研究。

1 研究方法與參數(shù)

1.1 研究方法

對加氫站投資效益進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析的思路見圖1。

圖1 加氫站投資效益風(fēng)險(xiǎn)分析思路示意圖

首先,構(gòu)建加氫站投資效益評價(jià)方法,并初步識別影響加氫站投資效益的敏感性因素,確定這些敏感性因素的數(shù)據(jù)來源與參數(shù)分布;其次,以加氫站投資效益評價(jià)模型為基礎(chǔ),對敏感性因素設(shè)置風(fēng)險(xiǎn)模擬情景,利用蒙特卡洛模擬方法研究各情景下加氫站投資效益;最終根據(jù)上述結(jié)果從風(fēng)險(xiǎn)分析的角度評價(jià)各情景下加氫站的投資風(fēng)險(xiǎn)水平,并提出相應(yīng)的投資建議。

1.1.1 加氫站投資效益評價(jià)方法

為了反映加氫站的投資獲利能力,采用凈現(xiàn)值指標(biāo)對加氫站的投資效益進(jìn)行評價(jià)。凈現(xiàn)值是項(xiàng)目未來現(xiàn)金流入與現(xiàn)金流出現(xiàn)值的差額,反應(yīng)項(xiàng)目能夠獲得的超額收益,加氫站投資的凈現(xiàn)值見式(1)。

(1)

Si=λnAH2Td

(2)

式中:NPVHRS為加氫站建設(shè)項(xiàng)目的凈現(xiàn)值,萬元;n為加氫站加氫設(shè)備數(shù)量,套;I為單套加氫設(shè)備投資,萬元/套;Si為第i年加氫站氫氣銷量(i=1，2，3…m),kg;Pi為第i年氫氣售價(jià),萬元/kg;CH2為氫氣成本,萬元/kg;Co為除氫氣成本外其他經(jīng)營成本及稅費(fèi),包括設(shè)備的運(yùn)營維護(hù)成本、電力成本和人工成本等,萬元/a;r為基準(zhǔn)折現(xiàn)率;λ為加氫站的加氫能力利用率;AH2為單套加氫設(shè)備的加氫能力,kg/d;Td為加氫站每年運(yùn)營天數(shù),d。

1.1.2 加氫站投資風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法

根據(jù)式(1)～(2),結(jié)合查閱文獻(xiàn)和調(diào)研數(shù)據(jù),初步判斷影響加氫站投資效益的不確定性因素,主要是加氫站建設(shè)投資、氫氣銷量、氫氣售價(jià)和氫氣成本?；趯埣铱谀臣託湔窘ㄔO(shè)項(xiàng)目的調(diào)研數(shù)據(jù),在其他經(jīng)營成本因素不變的情況下,通過對以上不確定性因素進(jìn)行 ±10% 和±20%的變動(dòng),分析其對加氫站投資凈現(xiàn)值的影響,見圖2。最終確定氫氣售價(jià)、氫氣成本和氫氣銷量為影響加氫站投資效益的敏感性因素,將氫氣售價(jià)、氫氣成本和氫氣銷量看作相互獨(dú)立的隨機(jī)變量,將氫氣銷量和氫氣成本設(shè)為均勻分布,認(rèn)為其在分布區(qū)間內(nèi)每個(gè)數(shù)字出現(xiàn)的概率相同;將氫氣售價(jià)設(shè)為正態(tài)分布,認(rèn)為加氫站氫氣價(jià)格按照市場規(guī)律進(jìn)行波動(dòng),具體分布形式和參數(shù)見表1。運(yùn)用蒙特卡洛模擬方法對影響加氫站投資效益的因素進(jìn)行綜合風(fēng)險(xiǎn)評價(jià),具體步驟包括:首先考慮其他因素不變的情況下,同時(shí)考慮不同制氫方式的制氫成本和氫氣售價(jià)兩種因素隨機(jī)性的影響,依據(jù)表1中概率密度函數(shù)隨機(jī)抽取模擬數(shù)值帶入式(1),進(jìn)行 30 000 次以上的蒙特卡洛模擬,得到一組凈現(xiàn)值模擬值和概率分布;然后,綜合考慮氫氣成本、氫氣售價(jià)和氫氣銷量三種因素隨機(jī)性的影響,進(jìn)行模擬得到凈現(xiàn)值模擬值和概率分布并對比分析。

圖2 敏感性因素分析圖

表1 敏感性因素的分布形式表

1.2 參數(shù)分析與數(shù)據(jù)來源

1.2.1 單套加氫設(shè)備投資

加氫站建設(shè)投資包括各類設(shè)備(壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣瓶、加氫機(jī)等)的購置安裝費(fèi)和其他投資。通過查閱文獻(xiàn)和整理表2的加氫站單位投資調(diào)研數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)加氫站加氫能力規(guī)模和建設(shè)投資差異較大,加氫能力約200～1 000 kg/d,加氫站建設(shè)投資約254～2 500萬元。根據(jù)文獻(xiàn)[11-12]以及對張家口某加氫站建設(shè)項(xiàng)目單位設(shè)備加氫能力調(diào)研的結(jié)果,定義單套加氫設(shè)備加氫能力標(biāo)準(zhǔn)值為700 kg/d,單套加氫設(shè)備投資額在620～2 100萬元/套之間。

表2 加氫站的單位投資表

1.2.2 氫氣成本

不同制氫方式的氫氣成本差異較大,見表3。中國煤炭資源豐富,煤制氫有良好的應(yīng)用基礎(chǔ),制氫成本相對較低但污染較高;天然氣制氫比煤制氫更加環(huán)保,但制氫成本也相對較高;風(fēng)能太陽能電解水制氫可以從源頭上實(shí)現(xiàn)凈零碳排放,是較清潔的制氫方式,但制氫成本最高;生物質(zhì)氣化制氫和煤制氫成本相近,且較節(jié)能環(huán)保。由于影響制氫成本的因素眾多,因此不同地區(qū)、不同原料條件和不同工藝下制氫成本的分布在一定區(qū)間內(nèi)具有隨機(jī)性,可以近似認(rèn)為在制氫成本分布區(qū)間內(nèi),每個(gè)數(shù)字出現(xiàn)的概率相同,這與均勻分布的特點(diǎn)近似,故本研究將制氫成本設(shè)為服從均勻分布,其邊界值a、b的參數(shù)取值見表3。

表3 不同制氫方式的氫氣成本與其均勻分布參數(shù)取值表

此外,氫氣的運(yùn)輸成本隨著距離、運(yùn)輸方式等因素的變化而變化,也具有一定的差異性。在對加氫站投資風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析時(shí),首先考慮現(xiàn)場制氫,即運(yùn)輸成本為零的情景,以更好地分析不同制氫方式、不同氫氣售價(jià)和不同氫氣銷量等因素的影響;在此基礎(chǔ)上加入考慮氫氣運(yùn)輸成本的情景,結(jié)合現(xiàn)有資料,本研究考慮運(yùn)輸距離在300 km以內(nèi),氫氣運(yùn)輸成本取平均值8.72元/kg進(jìn)行計(jì)算，見表4。

表4 氫氣運(yùn)輸成本表

1.2.3 氫氣售價(jià)

加氫站氫氣售價(jià)不僅受到氫氣成本、加氫站運(yùn)營成本和市場等因素的影響,同時(shí)也與所在地政府的產(chǎn)業(yè)政策緊密相關(guān),存在一定的不確定性。根據(jù)不同制氫方式的氫氣成本差異,分別運(yùn)用式(1)～(2)計(jì)算得出不同制氫方式下加氫站氫氣售價(jià)的盈虧平衡區(qū)間,見圖3。從圖3可以看出,煤制氫與生物質(zhì)氣化制氫的氫氣售價(jià)盈虧平衡區(qū)間近似,且生物質(zhì)氣化制氫整體在環(huán)保方面優(yōu)勢更突出,故僅研究更具環(huán)境優(yōu)勢的風(fēng)能太陽能電解水制氫、生物質(zhì)氣化制氫和天然氣制氫三種制氫方式。根據(jù)不同制氫方式的氫氣售價(jià)盈虧平衡區(qū)間,將其三等分為高、中、低售價(jià)區(qū)間,其中低售價(jià)區(qū)間氫氣售價(jià)為21.4～39元/kg,中售價(jià)區(qū)間氫氣售價(jià)為39～56.7元/kg,高售價(jià)區(qū)間氫氣售價(jià)為56.7～74.4元/kg。加氫站氫氣售價(jià)在市場定價(jià)條件下,應(yīng)該反映市場供求關(guān)系,因此,在競爭性市場條件下加氫站的氫氣售價(jià)通常圍繞市場均衡價(jià)格上下波動(dòng)。故本文設(shè)定氫氣售價(jià)服從正態(tài)分布,正態(tài)分布具有以期望值所在的位置為中心均勻向兩側(cè)下降的分布規(guī)律,能夠反映氫氣售價(jià)以市場均衡價(jià)格為中心波動(dòng)的特征。根據(jù)三西格瑪準(zhǔn)則,數(shù)值分布在μ-3σ～μ+3σ的概率為99.73%,假設(shè)氫氣售價(jià)數(shù)值全部落入此區(qū)間范圍內(nèi),正態(tài)分布的參數(shù)值見表5。

圖3 不同制氫方式下氫氣售價(jià)盈虧平衡區(qū)間圖

表5 氫氣售價(jià)正態(tài)分布參數(shù)取值表

1.2.4 氫氣銷量

本文通過加氫能力利用率來反映氫氣銷量的風(fēng)險(xiǎn),將其劃分為低銷量、高銷量區(qū)間,低銷量區(qū)間加氫能力利用率為50%～75%,高銷量區(qū)間加氫能力利用率為75%～100%。加氫站氫氣銷量主要受到加氫站地理位置、氫燃料汽車保有數(shù)量和消費(fèi)者出行行為的影響,其中前兩者決定了加氫站的銷量范圍,而消費(fèi)者的出行具有一定的隨機(jī)性,在銷量范圍中各處出現(xiàn)的機(jī)會(huì)均一致。在各種隨機(jī)數(shù)分布形式中,均勻分布具有分布區(qū)間內(nèi)每個(gè)數(shù)字出現(xiàn)概率相同的特征,故在風(fēng)險(xiǎn)模擬中假設(shè)加氫能力利用率服從均勻分布,其分布參數(shù)取值見表6。

表6 加氫能力利用率均勻分布參數(shù)取值表

1.2.5 其他數(shù)據(jù)

加氫站除外購氫氣成本外其他經(jīng)營成本及稅費(fèi)等數(shù)據(jù)主要來源于對張家口某加氫站建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)地調(diào)研,具體數(shù)據(jù)見表7。

表7 加氫站投資評價(jià)其他數(shù)據(jù)表

2 加氫站投資效益風(fēng)險(xiǎn)模擬結(jié)果及分析

設(shè)定一個(gè)基準(zhǔn)情景,其中加氫站建設(shè)2套加氫設(shè)備,涉及單套加氫設(shè)備投資、氫氣成本、氫氣售價(jià)以及氫氣銷量等因素,根據(jù)1.2.1～1.2.4節(jié)因素分布區(qū)間,取中位數(shù)值作為基準(zhǔn),具體為660萬元/套、34.8元/kg、47.9元/kg和394 200 kg/a(加氫能力利用率為75%)。此外,在風(fēng)險(xiǎn)模擬過程中,為了更好地分類研究風(fēng)險(xiǎn)因素,體現(xiàn)出不同層次的風(fēng)險(xiǎn)疊加對加氫站投資效益的影響,根據(jù)1.1.2節(jié)對加氫站的敏感性分析的結(jié)果,在影響加氫站投資效益的敏感性因素中,凈現(xiàn)值對加氫站的氫氣售價(jià)最敏感,對氫氣成本的敏感性次之,然后才是氫氣銷量,本研究首先對氫氣售價(jià)和氫氣成本進(jìn)行雙因素風(fēng)險(xiǎn)模擬和分析,再加入氫氣銷量進(jìn)行三因素風(fēng)險(xiǎn)模擬。

2.1 氫氣成本和氫氣售價(jià)對加氫站投資效益的影響

首先,在保持其他變量采用基準(zhǔn)情景參數(shù)值的前提下,將天然氣制氫、風(fēng)能太陽能電解水制氫、生物質(zhì)氣化制氫三種不同制氫成本的不確定性與氫氣售價(jià)的不確定性進(jìn)行組合,然后對加氫站的投資效益進(jìn)行蒙特卡洛模擬,模擬結(jié)果見表8。

表8 氫氣成本和氫氣售價(jià)雙風(fēng)險(xiǎn)因素模擬結(jié)果表

由表8可看出,生物質(zhì)氣化制氫、天然氣制氫在中高價(jià)格區(qū)間情景下,NPVHRS>0的概率約為100%,項(xiàng)目投資風(fēng)險(xiǎn)較低;風(fēng)能太陽能電解水制氫在高價(jià)格區(qū)間情景下,NPVHRS>0的概率超過70%,項(xiàng)目投資具有一定的風(fēng)險(xiǎn);其他情境下,加氫站項(xiàng)目投資風(fēng)險(xiǎn)較高。結(jié)合模擬結(jié)果,考慮不同地區(qū)氫氣售價(jià)的接受程度不同,可以根據(jù)氫氣售價(jià)合理選擇適宜的制氫方式:當(dāng)加氫站所在地區(qū)氫氣售價(jià)在低售價(jià)區(qū)間時(shí),可以選擇生物質(zhì)氣化制氫來降低成本、減少投資風(fēng)險(xiǎn)，在低售價(jià)區(qū)間的盈利概率超過50%,和其他兩種制氫方式相比,有更低的成本優(yōu)勢;當(dāng)加氫站所在地區(qū)氫氣售價(jià)在中售價(jià)區(qū)間時(shí),可以根據(jù)該地區(qū)的能源資源條件,選擇天然氣制氫和生物質(zhì)氣化制氫方式,這兩種制氫方式的盈利概率均接近100%,加氫站的投資收益比較安全;當(dāng)加氫站所在地區(qū)氫氣售價(jià)在高售價(jià)區(qū)間時(shí),三種制氫方式均可以選擇。但在實(shí)際建設(shè)加氫站過程中,要結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況,考慮每種制氫方式的成本,以及區(qū)域市場的競爭情況和完善程度,盡量將風(fēng)險(xiǎn)降到最低。

在中國,氫燃料電池短期內(nèi)以客車和輕型物流車作為市場應(yīng)用的主體,中長期以重型卡車為主體。為了對比本研究中設(shè)定的氫氣售價(jià)與其他交通燃料相比的競爭力,選取純電動(dòng)公交車、燃油公交車和氫燃料電池公交車進(jìn)行比較,見表9(數(shù)據(jù)來源于生產(chǎn)商官方網(wǎng)站以及《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》)。

表9 不同類型車輛能耗和燃料成本表

由表9可以看出,三種公交車中,比亞迪電動(dòng)公交車最有競爭力;在當(dāng)氫氣售價(jià)為低價(jià)區(qū)間、中價(jià)區(qū)間時(shí),使用氫燃料電池公交車和燃油公交車的燃料成本相當(dāng);當(dāng)氫氣售價(jià)為高價(jià)區(qū)間時(shí),氫燃料電池汽車不具有競爭力,可能需要一定的補(bǔ)貼支持。程婉靜等人[20]通過對長三角、珠三角、京津冀等地的調(diào)研發(fā)現(xiàn),當(dāng)前國內(nèi)主流加氫站用戶終端氫氣使用價(jià)格通常超過60元/kg。徐東等人[21]調(diào)研發(fā)現(xiàn)2018年日本加氫站的氫氣售價(jià)折合人民幣約為62～68元/kg。根據(jù)公開資料顯示,目前中國加氫站售價(jià)低于40元/kg時(shí),會(huì)有不同程度的政府補(bǔ)貼。

為了更好地對氫氣成本和氫氣售價(jià)進(jìn)行對比分析,將在六種NPVHRS>0的累計(jì)概率小于100%的情景中(即風(fēng)能太陽能電解水制氫高售價(jià)區(qū)間、中售價(jià)區(qū)間、低售價(jià)區(qū)間，天然氣制氫中售價(jià)區(qū)間、低售價(jià)區(qū)間，生物質(zhì)氣化制氫低售價(jià)區(qū)間)，對加氫站投資NPVHRS對氫氣成本和氫氣售價(jià)的敏感性程度進(jìn)行分析,結(jié)果見圖4。

圖4 NPVHRS對氫氣成本和氫氣售價(jià)的敏感性程度圖

圖4中橫條的長度表示不同情景中,項(xiàng)目投資NPVHRS對氫氣售價(jià)和氫氣成本的敏感性程度,正值表示與NPVHRS同向變動(dòng),負(fù)值表示與NPVHRS反向變動(dòng)。綜合各種情景可見,氫氣成本對NPVHRS的影響程度要高于氫氣售價(jià)的影響程度,即制氫方式及其成本在一定程度上更能決定加氫站投資效益和風(fēng)險(xiǎn)性。其中,風(fēng)能太陽能電解水制氫低售價(jià)區(qū)間、中售價(jià)區(qū)間、高售價(jià)區(qū)間三種情景,氫氣成本對NPVHRS的影響占比均超過80%,因此對于該類加氫站,合理的制氫成本是保障投資效益的關(guān)鍵,且最好保證氫氣售價(jià)在中售價(jià)區(qū)間以上,以降低NPVHRS對氫氣售價(jià)的敏感程度。天然氣制氫低售價(jià)區(qū)間和中售價(jià)區(qū)間,氫氣售價(jià)對NPVHRS的影響程度高于風(fēng)能太陽能電解水制氫,且天然氣制氫本身存在一定的成本優(yōu)勢,因此對于此類加氫站,應(yīng)在保持現(xiàn)有較低成本的基礎(chǔ)上合理制定價(jià)格,減少價(jià)格波動(dòng)對加氫站投資效益的影響。生物質(zhì)氣化制氫的低售價(jià)區(qū)間情景,氫氣成本和氫氣售價(jià)兩種因素占比相當(dāng),氫氣售價(jià)對NPVHRS的影響程度要高于其他情景。若選擇生物質(zhì)氣化制氫或天然氣制氫這兩種方式,則應(yīng)選擇成本較低的技術(shù)路線、合理制定價(jià)格方案,才能更好地應(yīng)對加氫站投資風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 氫氣成本、氫氣售價(jià)和氫氣銷量對加氫站投資效益的影響

對氫氣成本、氫氣售價(jià)和氫氣銷量的不確定性情景進(jìn)行綜合,進(jìn)行三因素蒙特卡洛模擬,得到加氫站投資效益評價(jià)結(jié)果，見表10。

表10 氫氣銷量、氫氣成本和氫氣售價(jià)三因素風(fēng)險(xiǎn)模擬結(jié)果表

由表10可見,當(dāng)增加氫氣銷量不確定性進(jìn)行三因素風(fēng)險(xiǎn)模擬時(shí),在同一制氫方式和售價(jià)區(qū)間下,低銷量情景盈利概率降低、高銷量情景盈利概率增加。對于選擇生物質(zhì)氣化制氫的加氫站,由于成本較為低廉,只需保證合理的加氫能力利用率,即有一定數(shù)量氫燃料商用車或重型車作為穩(wěn)定的客戶,項(xiàng)目投資的風(fēng)險(xiǎn)即可降低。以天然氣制氫作為氫源的加氫站,低售價(jià)區(qū)間投資風(fēng)險(xiǎn)較高,即使增加氫氣銷量,對降低投資風(fēng)險(xiǎn)的作用也有限,而中售價(jià)區(qū)間、高售價(jià)區(qū)間加氫站的投資風(fēng)險(xiǎn)很低,即使加氫能力利用率在50%～75%,投資風(fēng)險(xiǎn)也非常低。而氫氣售價(jià)較低的加氫站,在市場上不具備投資效益,項(xiàng)目投資的風(fēng)險(xiǎn)很高,需要通過制定其他產(chǎn)品的多元化經(jīng)營策略,提升除加氫業(yè)務(wù)之外的其他效益來源,以彌補(bǔ)加氫站的投資風(fēng)險(xiǎn)。

相比之下,風(fēng)能太陽能電解水制氫的風(fēng)險(xiǎn)性較高,這是由于該制氫方式基于可再生能源風(fēng)力和光伏發(fā)電,目前作為加氫站的氫氣來源不同地區(qū)之間的成本差異較大,且這種制氫方式受到地區(qū)產(chǎn)業(yè)布局和自然條件的影響,區(qū)域性的可再生能源發(fā)展和利用政策以及風(fēng)光條件,都可能會(huì)對制氫成本產(chǎn)生制約。以風(fēng)能太陽能電解水制氫方式作為氫源的加氫站,考慮到制氫成本較高,即使提高氫氣銷量也無法彌補(bǔ)由于高成本帶來的風(fēng)險(xiǎn),故目前只有在高售價(jià)區(qū)間才能有效規(guī)避投資風(fēng)險(xiǎn)，這類加氫站的建設(shè),需要結(jié)合建設(shè)地區(qū)的可再生資源優(yōu)勢,合理規(guī)劃加氫站的氫源,同時(shí)應(yīng)對可再生能源的制氫成本進(jìn)行科學(xué)測算,并實(shí)時(shí)關(guān)注相關(guān)政府扶持政策,從而降低加氫站投資風(fēng)險(xiǎn)。

為了使研究結(jié)果能夠同時(shí)反映出氫氣運(yùn)輸成本不確定性的影響,在三因素蒙特卡洛模擬后,在NPVHRS>0的概率高于80%的情景中加入氫氣運(yùn)輸成本,即考慮站外制氫方式,風(fēng)險(xiǎn)模擬的結(jié)果見表10第5列?？梢?在考慮氫氣運(yùn)輸成本的情況下,采取天然氣制氫作為氫源的加氫站,在中售價(jià)區(qū)間情境下投資風(fēng)險(xiǎn)增加,尤其當(dāng)氫氣銷量較低時(shí),NPVHRS>0的概率下降約26%;在高售價(jià)區(qū)間情境下,由于項(xiàng)目盈利情況較好,能夠彌補(bǔ)氫氣運(yùn)輸成本增加所產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn),因此投資風(fēng)險(xiǎn)仍然較低。采取風(fēng)能太陽能電解水制氫作為氫源的加氫站,在考慮氫氣運(yùn)輸成本后投資風(fēng)險(xiǎn)大幅增加,即使在高售價(jià)區(qū)間投資,NPVHRS>0的概率也下降了23%,給投資帶來較大的風(fēng)險(xiǎn)。相比前兩種制氫方式,生物質(zhì)氣化制氫由于具有成本優(yōu)勢,考慮氫氣運(yùn)輸成本后,在中售價(jià)區(qū)間、高售價(jià)區(qū)間仍然具有較低的投資風(fēng)險(xiǎn),可以考慮站外制氫方式。

圖5～7為三種制氫方式下加氫能力利用率與項(xiàng)目累計(jì)凈現(xiàn)金流的關(guān)系。天然氣制氫的加氫站在中售價(jià)區(qū)間時(shí),投資回收期對加氫能力利用率并不敏感,加氫能力利用率達(dá)到75%以上時(shí),加氫站約2.5～3 a收回投資;在低售價(jià)區(qū)間時(shí),加氫能力利用率在75%～90%時(shí),項(xiàng)目投資回收期在12～19 a。風(fēng)能太陽能電解水制氫的加氫站在高售價(jià)區(qū)間下才具有效益,加氫能力利用率在50%～90%時(shí),項(xiàng)目投資回收期在3～9 a。生物質(zhì)氣化制氫的加氫站在中售價(jià)區(qū)間時(shí),投資回收期對加氫能力利用率并不敏感,加氫能力利用率達(dá)到60%以上時(shí),加氫站約2.5～4 a收回投資;在低售價(jià)區(qū)間時(shí),加氫能力利用率在70%～90%時(shí),項(xiàng)目投資回收期在8～13 a。目前中國加氫站項(xiàng)目投資回收期較長,許多加氫站較難盈利,需依靠政府補(bǔ)貼政策維持加氫站的基本運(yùn)營。在降低加氫站成本的同時(shí)提高加氫能力利用率,爭取縮短投資回收期,也是降低投資風(fēng)險(xiǎn)的重要舉措。

圖5 天然氣制氫方式下加氫能力利用率與項(xiàng)目累計(jì)凈現(xiàn)金流的關(guān)系圖

圖6 風(fēng)能太陽能電解水制氫方式下加氫能力利用率與項(xiàng)目累計(jì)凈現(xiàn)金流的關(guān)系圖

圖7 生物質(zhì)氣化制氫方式下加氫能力利用率與項(xiàng)目累計(jì)凈現(xiàn)金流的關(guān)系圖

3 結(jié)論

在對張家口某加氫站建設(shè)項(xiàng)目的投資和運(yùn)營情況進(jìn)行調(diào)研和結(jié)合國內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了加氫站投資效益的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法,評估了不同情景下加氫站投資的風(fēng)險(xiǎn)性。

不同制氫方式的氫氣成本對加氫站投資的經(jīng)濟(jì)效益具有較大的影響,相比較下氫氣售價(jià)對NPVHRS的影響程度要低于氫氣成本對NPVHRS的影響程度。在不同的制氫方式中,生物質(zhì)氣化制氫、天然氣制氫在中、高售價(jià)區(qū)間,項(xiàng)目投資風(fēng)險(xiǎn)較低;而風(fēng)能太陽能電解水制氫即使在高售價(jià)區(qū)間情景下,項(xiàng)目投資仍具有一定的風(fēng)險(xiǎn),需要對制氫技術(shù)方案的成本進(jìn)行密切關(guān)注。

加氫站氫氣銷量對項(xiàng)目投資效益評價(jià)結(jié)果的影響有限,或者說并不是決定項(xiàng)目投資風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵因素。但是加氫站氫氣銷量是決定項(xiàng)目投資回收期的重要因素,因此加氫站具有穩(wěn)定的客源,也是降低投資風(fēng)險(xiǎn)的有效保障。

生物質(zhì)氣化制氫的加氫站,只需保證合理的加氫能力利用率,項(xiàng)目投資的風(fēng)險(xiǎn)即可大幅降低。天然氣制氫的加氫站,低售價(jià)區(qū)間投資風(fēng)險(xiǎn)較高,即使增加氫氣銷量,對降低投資風(fēng)險(xiǎn)的作用也有限,而中、高售價(jià)區(qū)間加氫站的投資風(fēng)險(xiǎn)很低。風(fēng)能太陽能電解水制氫的加氫站,需要有較低的制氫成本優(yōu)勢或價(jià)格保障,才能有效避免投資的風(fēng)險(xiǎn)。

由于數(shù)據(jù)缺乏,對氫氣銷量、氫氣售價(jià)和氫氣成本等風(fēng)險(xiǎn)因素分布的假設(shè)尚缺乏進(jìn)一步的實(shí)證分析,以及對不同地區(qū)加氫站投資缺乏針對性分析,還有待于進(jìn)一步研究和完善。