齊宇博，高 達，鄭賢鈴

（1中廣核研究院有限公司，廣東 深圳 518124；2中國國際海運集裝箱（集團）股份有限公司，廣東 深圳 518067）

2021 年國家能源局、科學技術部發(fā)布的《十四五能源領域科技創(chuàng)新規(guī)劃》指出，國際能源署預測可再生能源在全球發(fā)電量中占比將從當前的25%攀升至2050 年的86%，世界各國為有效應對可再生能源大規(guī)模發(fā)展給能源系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性帶來的全新挑戰(zhàn)，都在積極探索和發(fā)展氫能與燃料電池產業(yè)。氫能作為一種新興能源技術，正以前所未有的速度更新迭代，成為全球能源向綠色低碳轉型的核心驅動力之一。我國氫能尚處于產業(yè)化初期階段，正取得突破并跨越技術商業(yè)化臨界點，從模式探索向多元化示范邁進。氫能與燃料電池等關鍵技術裝備全面突破，承擔著引領新能源占比逐漸提高的新型電力系統(tǒng)建設任務。

2022 年國家發(fā)改委、國家能源局發(fā)布《氫能產業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021—2035 年)》高度重視制氫端的發(fā)展，規(guī)劃提出要重點提高電解制氫的轉化效率和單臺裝置制氫規(guī)模，因地制宜利用焦化煤、焦爐煤氣、氯堿、丙烷脫氫等工業(yè)副產氫技術，布局推進一批先進制氫技術，包括光解水制氫、固體氧化物電解池制氫、海水制氫、核能制氫、高溫制氫等技術。明確作為能源的氫氣主要為可再生能源制氫，不斷提高綠氫占比，減少灰氫比例。從儲能和電網(wǎng)來看，發(fā)展適用新能源功率寬幅波動、靈活可調的固體聚合物(solid polymer electrolysis，SPE)電解水制氫及與電網(wǎng)的互動技術，將新能源電力轉化為氫氣儲存，實現(xiàn)日、月，甚至季節(jié)性儲能，是支撐供給側可再生能源儲能和消納的關鍵手段，具有重要的理論和實踐意義[1]。

SPE是采用固體聚合物膜作為電解質的電解水制氫技術，1966 年由General Electric 公司推出第一臺實用性SPE 電解池。SPE 采用固體聚合物膜為電解質，一般指質子交換膜(PEM)，如Nafion、Fumapem 類固體聚合物膜，它主要作用為質子傳輸提供通道，隔絕產物氣體的滲透和混合。盡管SPE電解制氫技術使用更薄的離子導通隔膜和膜電極的電極構成，運行電流密度顯著提高、體積更小，具有快速響應能力和較高的制氫效率，然而卻使用貴金屬為催化劑，設備成本顯著提高?，F(xiàn)階段，我國以SPE 電解制氫技術工程化項目為對象的經濟性分析研究較少，特別是針對我國特殊棄電制氫場景下的工程項目投融資財務探索，缺少相關研究報道。

本文以可再生能源的SPE 電解制氫工程實際為背景，使用工程經濟的相關計算模型，提出1000 Nm3/h 綠電制氫廠的投融資建設財務報表，并識別對結果影響較大的參數(shù)，開展敏感性分析，幫助SPE 制氫技術投資者或市場主體客觀分析及理性決斷。本文探討可再生能源SPE 制氫廠建設期為1 年，運營期25 年，計算期26 年，行業(yè)基準收益率按8%。

1 財務模型

本文分析是充分考慮資金時間價值與資金等值換算，相同時間節(jié)點(通常為年末)的現(xiàn)金流入與流出代數(shù)和作為凈現(xiàn)金流量，按照一定的利率進行動態(tài)折算。

式中：NPV為凈現(xiàn)值，元；CI為節(jié)點現(xiàn)金流入量，元；CO為節(jié)點現(xiàn)金流出量，元；i為利率，無量綱；t為計算年份，無量綱。

關鍵財務指標選擇靜態(tài)投資回收期Pt和內部收益率IRR，靜態(tài)投資回收期(也稱投資返本年限)，反映財務上投資回收能力的重要指標，當Pt不大于行業(yè)基準投資回收期或設定的基準投資回收期(Pc)時，認為在財務上是能夠接受。IRR是指凈現(xiàn)值為0 時的折現(xiàn)率，廣泛應用于投融資項目的經濟性評價，當IRR大于行業(yè)基準投資折現(xiàn)率時，認為在財務上是能夠接受的。

式中：Pt為靜態(tài)投資回收期，(年)；T*為累計凈現(xiàn)金流量開始出現(xiàn)正值的年份數(shù)，年；NPV為上一年累計凈現(xiàn)金流量的絕對值，元；NPVT*為當年凈現(xiàn)金流量值，元。

IRR按照下述公式來計算。

在投融資項目不確定性分析方面，常用敏感性分析和盈虧平衡分析兩種方法。敏感性分析用以考察投融資項目涉及的各種不確定因素對項目基本方案的經濟性指標的影響，找出敏感因素，估算它們對效益的敏感程度，預測投融資行為可能承擔的風險，敏感度系數(shù)通常按照公式(4)來計算

式中：SR為敏感度系數(shù)，無量綱；ξ為選擇的評價指標；P為選擇的評價指標。

2 工程投資估算

2.1 購置設備費

購置設備費是SPE 制氫工程的大項支出，主要設備包括：制氫電源、電解制氫系統(tǒng)、純水制取系統(tǒng)、儲氫罐、氫氣壓縮機、以及其他的機械管路、儀表、電纜和電控系統(tǒng)等。目前，我國單臺套AEL 制氫裝備最大容量為1300 Nm3/h，單臺套SPE制氫裝備最大容量為200 Nm3/h，國外加拿大氫能公司SPE制氫定型產品為400 Nm3/h，有報道稱國外公司能夠提供600 Nm3/h 的制氫裝備[2]。因此，額定產能1000 Nm3/h的制氫工程，擬采用2套500 Nm3/h的SPE電解制氫裝備。

購置設備清單和費用見表1

表1 購置設備費估算表Table 1 The estimation table of equipment

2.2 建筑工程費

建筑工程費是指為建造永久性建筑物和構筑物所需要的費用，包括制氫車間、中控室、人員辦公室、庫房、門衛(wèi)室、食堂等生活設施、車庫、廠區(qū)圍墻和大門、廠區(qū)道路和綠化等。常用估算方法有：單位建筑工程投資估算法、單位實物工程投資估算法和概算指標投資估算法等，本文擬采用單位建筑工程投資估算法。根據(jù)有關公開文獻報道，結合神華集團負責建造實施的北京張家口示范項目統(tǒng)計數(shù)據(jù)[3]，額定產能1000 Nm3/h的制氫工程建筑工程費為512.8萬元，分項見表2。

2.3 安裝工程費

安裝工程費一般包括針對生產、動力、起重、運輸、傳動和醫(yī)療、實驗等各種需要安裝的機電設備、專用設備、儀器儀表等設備的安裝費，也包括工藝、供暖、供電、給排水、通風空調、凈化及除塵、自控、電訊等，管道、管線、電纜等材料費和安裝費，及設備和管道保溫、絕緣、防腐、設備內部填充物等材料費和安裝費。根據(jù)文獻[3]報道，制氫廠安裝工程費按照建筑工程費和設備購置費之和的5%估算。因此，本文安裝工程費420.64萬元。

2.4 工程建設其他費

工程建設其他費用是指建設投資中除工程費用外，為保障制氫廠按時交付和投運而產生的各項費用，一般包含前期工程咨詢費、研究試驗費、招標代理費、工程勘察設計費等19個分項。根據(jù)表2建筑工程統(tǒng)計的占地情況，1000 Nm3/h 制氫廠需要征地為10.47畝，建設用地費用估算為51.67萬元。建設管理費按工程費用1.5%[3]，估算為132.5 萬元。前期工程咨詢費按工程費用的0.5%計算[3]，估算為44.17萬元。招標代理費按國家發(fā)改委文件《計價格[2002]1980號》、發(fā)改辦價格[2003]857號規(guī)定及國家發(fā)改委關于降低部分建設項目收費標準規(guī)范收費行為等有關問題通知[發(fā)改價格[2011]534 號]，本項目招標代理費計算為28.22萬元。工程勘察設計費按工程費用的5%[3]，估算為441.67 萬元。工程監(jiān)理費參照發(fā)改價格[2007]670 號文件計取，按工程費用1.1%，估算97.17萬元。環(huán)境評價費對照編制環(huán)境影響報告書的收費標準(15萬～35萬)，本文按15萬計。工程保險費按工程費用的0.2%[3]，估算為17.67 萬元。聯(lián)合運轉非按工程費用的0.5%[3]，估算為44.17萬元。生產準備費按10萬元計[3]，辦公及生活家具購置費按定員15 人，每人1000元標準計取，為1.5萬元。因此，工程建設其他費用總計883.72萬元。

表2 建筑工程費估算表Table 2 The estimation table of construction cost

2.5 預備費

預備費分基本預備費和漲價預備費兩類，基本預備費是指實際實施過程中可能發(fā)生的、但在項目決策階段難以預料的支出，通常按工程費用和工程建設其他費用的10%計取，估算為971.72 萬元。漲價預備費針對建設期較長工程，價格上漲而引起投資增加，需要預留的費用，本工程建設期為1 年，暫不考慮漲價預備費。因此，預備費總計971.72萬元。

表3 建設用地費估算Table 3 The estimation table of construction land

2.6 項目總投資

項目投資數(shù)額較大，假設自有資金占比50%，從銀行貸款占比50%，銀行貸款利率按5%計取，建設期利息為267.22 萬元。流動資金按工程費用按2.5%計取，估算為220.84 萬元。因此，一個1000 Nm3/h制氫廠總投資為11176.94萬元。

3 總成本費用估算

1000 Nm3/h 制氫廠總成本費用是指經營期間(某一年)生產和銷售純氫產品、服務而發(fā)生的全部費用，一般包括經營成本、固定資產折舊、無形資產攤銷以及運營期利息支出等，必須要準確估算總成本費用。

3.1 經營成本

經營成本通?？紤]外購原料、燃料和動力費，人員工資或薪酬[4]、維修費[5]和其他費用。

外購原料、燃料和動力費方面。1000 Nm3/h制氫廠初始電耗為5 kWh/Nm3，這是包括電解槽、冷卻、循環(huán)水等的綜合電耗[6]。制氫廠25年運營期間，電解槽材料老化致使產氫能力緩慢下降，假設按照線性衰減關系下降至壽期末6 kWh/Nm3。氫氣壓縮機按50%絕熱效率，假設壓縮機冷卻電耗占壓縮電耗30%，按產氫出口壓力1.6 MPa，氫氣灌裝平均壓力12.5 MPa，核算壓縮機綜合壓縮電耗為0.134 kWh/Nm3。假設電解制氫綠電價格優(yōu)惠至0.28 元/kWh，制氫廠年運行時間為8640 h，可核算出制氫廠逐年的電耗情況。理論上，每制取1 Nm3氫氣，消耗純水為0.8 L，純水制取效率為80%，則制氫過程消耗水量為1 L/Nm3，工業(yè)用水價格按4.1 元/m3計，可核算出制氫廠逐年的水耗情況。

人員工資或薪酬方面。設置制氫廠廠長1 人、制氫廠專職安全管理員1 人、財務和會計員1 人，運行人員配置3 人每班次，施行3 班倒生產制度，需要設置運行人員9人，管理或技術人員工資待遇按10 萬元/年計取。為維持制氫廠正常運營，還需設置3 名安保人員，3 名食堂、采購等后勤保障人員，工資待遇按5萬元/年計取。考慮人工費會逐年增長，其增長率按4%計取，可核算出制氫廠逐年的人工支出情況。

維修費用和其他費用方面。制氫廠的維護費用按照設備費3%計取[2]，可核算制氫廠逐年的維修費用情況。18 名配員每日飲食歸為其他費用，每人每日餐補費用50 元，可核算制氫廠逐年的其他費用。

綜上，1000 Nm3/h 制氫廠的經營成本詳見圖1。

圖1 經營成本估算Fig.1 The operating costs

3.2 固定資產折舊與無形資產攤銷

固定資產原值考慮工程費用、工程建設其他費用中形成固定資產原值的部分(按50%計取)、預備費、建設期利息和可抵扣的固定資產進項稅，估算為10138.63 萬元。折舊年限為25年，凈殘值率按5%，核算制氫廠年折舊金額為385.27萬元。

考慮工程假設其他費用中形成無形資產原值按50%計取，攤銷年限為25 年，制氫廠無形資產年攤銷金額為17.67萬元。

4 銷售收入及稅費

4.1 銷售收入

盡管傳統(tǒng)化石原料制氫成本較低(10～15元/kg)[7]，綠電制氫是氫能利用重要方式，SPE 電解裝置具有更強的負載波動適應能力[8]，使用光伏耦合SPE電解模式綜合制氫成本最低[9]，制氫純度最高[10]。1000 Nm3/h制氫廠年產氫量為8640000 Nm3，氫氣密度0.08998 kg/Nm3。采用氫氣終端價格，即加氫站槍口價為40元/kg，政府補貼為20元/kg，加氫站經營增值平攤價格為10 元/kg，氫氣運輸主要以壓縮氣態(tài)或低溫液態(tài)儲運[11]，運輸費用為8 元/kg(注：150 km 以內)，反推氫氣出廠價格為42 元/kg，即3.77元/m3，跟文獻[11]報道的綜合制氫成本3.55元/m3接近。假設社會通貨膨脹率為4%，核算出制氫廠逐年氫氣銷售收入情況，如第1 年為3258.66 萬元，第2年為3389.01萬元……第25年為8352.94萬元。

圖2 稅費估算Fig.2 The tax estimation

4.2 稅費情況

企業(yè)所得稅稅率按25%計取，增值稅稅率按17%計取[12]，稅金及附加按10%計取，包括城市維護建設稅稅率5%、教育費附加3%、地方教育附加2%。

5 結果與不確定性分析

5.1 財務分析

用戶現(xiàn)金流量得出：累計靜態(tài)凈現(xiàn)金流量(NPV)為21732.1萬元≥0，是制氫廠總投資的1.94倍，顯示該制氫廠有良好的經濟性。累計動態(tài)凈現(xiàn)金流量(NPVi=12%)為-265.7 萬元≤0，表示當折現(xiàn)率為12%時，該制氫廠將不具有經濟性。內部收益率(IRR)為11.63%，假定行業(yè)基準投資折現(xiàn)率為8%，提示該制氫廠有良好經濟性。靜態(tài)投資回收期Pt為8.8 年，占制氫廠壽期35.2%，表示該制氫廠投運8.8年后收回全部總投資，經濟性良好。

圖3 現(xiàn)金流量Fig.3 The cash flow statement

5.2 敏感性分析

盡管SPE 制氫技術的電耗低于堿性電解水[13]，然而SPE 制氫廠是一種開放系統(tǒng)，外部環(huán)境和內部構成都存有一定的不確定性[14-16]，如設備購置費變化(離岸價變化、運輸保險費變化、關稅變化等等)、加氫站槍口價格的變動、綠電電價的變動以及政府補貼政策變化等。因此，有必要遴選出不確定性因素，展開敏感性分析。

研究表明：設備購置費變化和綠電價格浮動，與財務效益變化方向相反，當設備購置費增加23.73%或綠電價格上調35.41%時，制氫廠財務收益率下探至基準收益率8%，提示出設備購置費和綠電價格上漲限值。同時，加氫站槍口價格和政府補貼變化，與財務效益變化方向相同，當加氫站槍口價格下調13.57%或政府補貼減少29.88%時，制氫廠財務收益率下探至基準收益率8%，提示出加氫站槍口價格和政府補貼的下沉限值。從敏感度系數(shù)絕對值看，從大到小依次是綠電電價、政府補貼、設備購置費和加氫站槍口價格的浮動，說明綠電價格對制氫工程的經濟性最敏感。表明制氫廠選址時，首要考慮因素是當?shù)鼐G電價格。詳細敏感性分析圖如圖4。

表4 敏感性分析表Table 4 Sensitivity analysis table

圖4 敏感性分析圖Fig.4 Sensitivity analysis chart

5.3 盈虧平衡分析

采用另一種不確定性分析方法(盈虧平衡分析)，擇取運營期第1年基本情況，假設用戶固定成本(人員工資、維修費、其他費用、折舊、攤銷和利息支出)不變化，綠電和工業(yè)用水消耗作為可變成本，因而不同制氫產能，對應著不同的經濟效益。經計算，該制氫廠產能達到308 Nm3/h時，即生產能力利用率(EBP)為30.08%，開始達到盈虧平衡點，表明該制氫廠要盡可能多制、滿制，以獲取更多的經濟收益。

圖5 盈虧平衡分析圖Fig.5 Break even analysis chart

上述是擇取運營期第1年的基本情況，假設用戶固定成本(人員工資、維修費、其他費用、折舊、攤銷和利息支出)都不變化。事實上，每年的年總固定成本、年總可變成本、年稅金及附加都是變化的，即盈虧平衡點是逐年動態(tài)移動的，因此有必要參數(shù)化研究EBP 隨年份的動態(tài)變化情況，詳見圖6。研究表明，該制氫廠壽期末的產能要達到476.6 Nm3/h 時，即生產能力利用率(EBP)為47.65%，才能達到盈虧平衡點。

圖6 EBP隨年份變化Fig.6 The EBP changes with years

5.4 大修分析

上述分析盡管考慮制氫廠日常維修成本，SPE電解制氫壽命和功率衰減是限制大規(guī)模投運的關鍵[17]，壽期內停機大修是有可能的，例如堿性電解水制氫廠電解槽性能下降至初始80%時，需要更換電解槽或大修，通常間隔10年或15年。堿性電解制氫廠的大修成本占設備購置費的20%[2]，本文以20%為基準，從10%～100%范圍進行參數(shù)化研究，即從790 萬～7900 萬元變化。研究表明：大修投入按購置設備費20%估算為1580 萬元，累計靜態(tài)凈現(xiàn)金流量(NPV)20152.1 萬元≥0，靜態(tài)投資回收期Pt為8.8 年(這是假設大修發(fā)生在第13 年，故不影響靜態(tài)投資回收期)，內部收益率11.05%，大修投入對制氫廠經濟性指標有一定影響。參數(shù)化研究結果見圖7。

圖7 大修分析Fig.7 Overhaul analysis

5.5 補貼分析

政府補貼貫穿制氫廠整個壽期的可能性較低，因此須分析補貼取消可能帶來的政策風險，即20元/kg售氫補貼持續(xù)5、10、15、20、25 年，分別考察IRR、NPV和Pt等財務指標，同時區(qū)分無大修和大修一次(設備購置費20%)兩種情形。研究表明：當補貼只持續(xù)5年，IRR、NPV等小于零，Pt值超過制氫廠壽期，揭示該情形下無經濟性。當補貼持續(xù)15年，IRR(壽期一次大修)為8.1%，NPV為7438.6 萬元；IRR(壽期無大修)為9.1%，NPV 為9018.6 萬元，詳見圖8。

6 結論

本文針對1000 Nm3/h 的SPE 制氫廠，探討使用綠電制氫、售氫的經濟性，使用NPV、IRR、Pt等經濟分析的基本方法，結合敏感性分析和盈虧平衡分析，主要結論為：

（1）1000 Nm3/h 制氫廠總投資為11176.94 萬元，占地面積為10.47 畝，經營成本中年電量消耗占比達86.4%，是制氫廠運營期間最大成本。

（2）本文分析條件下，制氫廠累計靜態(tài)凈現(xiàn)金流量(NPV)21732.1 萬元≥0，靜態(tài)投資回收期Pt為8.8年，內部收益率IRR指標為11.63%。

（3）研究發(fā)現(xiàn)對設備購置費、加氫站槍口價格、綠電電價和政府補貼最敏感，為保持8%的基準收益率，允許設備購置費上漲臨界點23.73%(9774.7萬元)或加氫站槍口價格下調13.57%(34.6 元/kg)或綠電電價上漲35.41%(0.38 元/kWh)或政府補貼減少29.88%(14.02元/kg)。

（4）研究發(fā)現(xiàn)制氫廠產能達到308 Nm3/h 時，即生產能力利用率(EBP)為30.08%時，達到盈虧平衡點，表明該制氫廠要盡可能多制、滿制，以獲取更多經濟收益。

（5）研究發(fā)現(xiàn)制氫廠壽期實施大修1次，大修投入按購置設備費20%估算為1580萬元，那么累計靜態(tài)凈現(xiàn)金流量(NPV)20152.1萬元≥0，靜態(tài)投資回收期Pt為8.8年不變，內部收益率指標為11.05%，制氫廠大修投入對經濟性指標有一定影響。

（6）研究發(fā)現(xiàn)政府補貼只持續(xù)5 年，IRR、NPV小于零，Pt值超出制氫廠壽期，揭示該情形下無經濟性。補貼持續(xù)15年，IRR(壽期一次大修)為8.1%，NPV 為7438.6 萬元；IRR(壽期無大修)為9.1%，NPV為9018.6 萬元。