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氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展如日中天，上游制氫環(huán)節(jié)也在加足馬力，從去年開始，電解水制氫環(huán)節(jié)突然大規(guī)模爆發(fā)，直接影響綠氫產(chǎn)能加速擴(kuò)張，然而風(fēng)風(fēng)火火走過一年多，如今究竟怎么樣？
據(jù)統(tǒng)計，2024年每個月就有10余個氫能項目簽約、落地或投產(chǎn)，其中60%的項目都有綠氫參與。
風(fēng)光制氫一體化、綠氫合成氨、綠氫制綠色甲醇……綠氫項目正在越來越多地被用來生產(chǎn)“綠色燃料”，綠氫發(fā)展快速向綠氨及綠醇延展，這使得氫能產(chǎn)業(yè)鏈越來越長。
以目前國內(nèi)在建及投產(chǎn)的幾個綠氫項目為例，談?wù)劸G氫項目的核心問題都有哪些——
作為我國首個萬噸級光伏制氫項目，新疆庫車光伏制氫示范項目一直以來都飽受爭議。
2021年11月30日，該項目正式啟動；2023年6月，該項目順利產(chǎn)氫；2023年8月30日，隨著配套的光伏電站全部建成、實現(xiàn)全容量并網(wǎng)，該項目全面建成投產(chǎn)。
2021年11月下旬，該項目因新疆突遇的沙塵暴而遭受光伏設(shè)備損毀的消息被各個媒體報道，一時間業(yè)內(nèi)傳言該項目光伏電站收到損壞，事后相關(guān)人員透露稱，因該項目附近還有其他光伏電站項目，所以整體上并未收到太大損壞。
今年8月30日，在該項目平穩(wěn)運(yùn)行一周年之際，多個關(guān)于該項目的“負(fù)面信息”也隨之傳出：首年產(chǎn)量只有預(yù)期目標(biāo)的35%、電解槽一直以不到裝機(jī)容量的三分之一運(yùn)行等等。
開創(chuàng)性的項目如同“摸著石頭過河”，但難能可貴的是我們可以從新疆庫車光伏制氫項目中獲得到許多經(jīng)驗并應(yīng)用到更多的綠氫項目之中。隆基李振國親自回應(yīng)關(guān)于電解槽運(yùn)行情況問題：當(dāng)光伏資源較少時，不需要調(diào)動所有電解槽一起運(yùn)行來產(chǎn)氫，只需要三分之一的電解槽運(yùn)行就足以，借此打破技術(shù)及設(shè)備安全等傳言。而關(guān)于產(chǎn)量問題，中石化也回應(yīng)表示可再生能源的可靠性并不穩(wěn)定，未來仍需優(yōu)化，此外塔河煉化廠所需氫氣量也不大，未來隨著擴(kuò)能改造，氫氣需求量將進(jìn)一步加大。
從新疆庫車光伏制氫項目我們可以看到，在大型制氫項目建設(shè)的過程中，一直在遇到各樣的挑戰(zhàn)，建設(shè)前期的設(shè)備招標(biāo)問題，建設(shè)初期的項目設(shè)計問題，建設(shè)后期的設(shè)備安裝問題以及建設(shè)全過程的資金問題等等，從成本、設(shè)備、技術(shù)等方面，我們總結(jié)——
制氫成本仍舊高昂
新疆庫車光伏制氫項目，根據(jù)行業(yè)內(nèi)測算，該項目制氫成本在12.95元/kg—14.02元/kg之間，與天然氣制氫和工業(yè)副產(chǎn)氫相比，成本相對具備優(yōu)勢。
現(xiàn)階段我國綠氫制取方式仍是電解水制氫，四種電解水制氫方式中，堿性電解水制氫和PEM電解水制氫發(fā)展較快，但成本仍然約為21.9和25.3元/kg，是化石能源制氫成本的2-3倍。盡管今年以來電解水制氫成本已經(jīng)有所下降，但仍舊高于藍(lán)氫和灰氫。
此外，電解水制氫需要耗費(fèi)大量電能，據(jù)測算電解水制氫1千克耗電約35-55度左右，所以電解水制氫成本取決于電價的高低。堿性電解水制氫是綠氫制取最成熟和成本最低的方式，電費(fèi)成本約占堿性電解水制氫總成本的80%左右，據(jù)測算，當(dāng)電費(fèi)降低至0.2元/度時，電解水制氫才具有較大的經(jīng)濟(jì)推廣性。
近年來，可再生能源發(fā)電成本持續(xù)下降，2024年中國東部地區(qū)光伏發(fā)電成本低于0.25元/度，若使用可再生能源直接發(fā)電制氫，綠氫成本與天然氣制氫成本接近，經(jīng)濟(jì)性明顯提升。
但是，可再生能源發(fā)電具有較強(qiáng)的間歇性、波動性、隨機(jī)性，電力輸出系統(tǒng)穩(wěn)定性較差，很難為制氫設(shè)備提供一個持續(xù)穩(wěn)定的電力供應(yīng)。以風(fēng)力發(fā)電為例，日內(nèi)的功率輸出波動范圍極大，極端情況下可在0-100%范圍內(nèi)變化，這就要求制氫系統(tǒng)與風(fēng)光等可再生能源耦合需具備較寬的功率運(yùn)行范圍和較快的啟停響應(yīng)速率。
制氫設(shè)備“卷”到天際
新疆庫車光伏制氫示范項目建設(shè)時間較早，所以應(yīng)用的制氫設(shè)備是52臺單槽制氫能力1000Nm3/h 的堿性電解槽，配套建設(shè)13組電解水氣液分離設(shè)施和7組氫氣純化設(shè)施，供貨商分別是隆基氫能、考克利爾競立以及派瑞氫能，據(jù)測算，單套制氫設(shè)備價格在692萬左右。
綠氫項目的接連開工，使得國內(nèi)電解水制氫設(shè)備從性能到價格都已經(jīng)“卷”到了天際。在設(shè)備性能上，堿性電解槽面臨風(fēng)光波動性適應(yīng)問題，PEM電解槽面臨質(zhì)子交換膜原料和價格問題，AEM電解槽和SOEC電解槽大規(guī)模使用案例較少，各家在電解槽產(chǎn)氫量上的比較已經(jīng)攀升到新的高度。
從2019年有1000標(biāo)方的堿性電解槽下線至今，堿性電解槽產(chǎn)氫量可謂是沒有最高，只有更高，1200標(biāo)方、1500標(biāo)方、2000標(biāo)方、3000標(biāo)方、4000標(biāo)方、5000標(biāo)方接連下線，電流密度、能耗、負(fù)荷范圍等指標(biāo)也是一再創(chuàng)新，然而實際設(shè)備在可靠性、穩(wěn)定性及使用壽命方面究竟如何還需要時間的檢驗。
在價格上，近兩年采購招標(biāo)的制氫項目公布的中標(biāo)價格來看，電解槽價格正在一降再降，甚至已經(jīng)有470萬左右的堿性電解槽價格，讓行業(yè)內(nèi)為之一震。
制氫技術(shù)仍需進(jìn)步
電解水制氫是指水分子在直流電作用下被解離生成氧氣和氫氣，分別從電解槽陽極和陰極析出。
根據(jù)電解槽的不同電解質(zhì)材料和工作原理，國內(nèi)主流的水電解技術(shù)可分為堿性電解水制氫（ALK）、質(zhì)子交換膜電解水制氫（PEM）、陰離子交換膜電解水制氫（AEM）和固體氧化物電解水制氫（SOEC）四種類型。
目前主流的電解槽技術(shù)（如堿性電解槽、PEM 電解槽）轉(zhuǎn)換效率仍有提升空間，尤其是在大規(guī)模應(yīng)用場景下，如何進(jìn)一步提高電能到氫能的轉(zhuǎn)換效率，降低能源損耗，是關(guān)鍵問題。例如，部分堿性電解槽的轉(zhuǎn)換效率在 60%-70%左右，PEM 電解槽的效率雖相對較高，但也有待進(jìn)一步突破。
由于可再生能源發(fā)電的波動性，電解槽需要具備良好的功率調(diào)節(jié)能力，以適應(yīng)不同的電力輸入條件。然而，現(xiàn)有的一些電解槽在面對頻繁的功率波動時，可能出現(xiàn)響應(yīng)速度慢、穩(wěn)定性差等問題，影響制氫的連續(xù)性和質(zhì)量。
大型綠氫項目通常要求電解槽能夠長時間穩(wěn)定運(yùn)行，但部分電解槽在長期運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)電極腐蝕、隔膜損壞等問題，導(dǎo)致設(shè)備的使用壽命縮短，增加了維護(hù)成本和停機(jī)風(fēng)險。
這些都在考驗著電解水制氫技術(shù)的提升和創(chuàng)新，面對我國制氫市場更新迭代如此之快，各家制氫廠商使出渾身解數(shù)，在材料及工藝上不斷創(chuàng)新，同時也在技術(shù)上不斷挖掘，力求能開發(fā)出滿足市場需求的電解水制氫設(shè)備。
作為最早實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的電解水制氫技術(shù)，堿性電解水技術(shù)已能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模制氫應(yīng)用，目前國內(nèi)已實現(xiàn)兆瓦級制氫應(yīng)用。從最初的航空航天工業(yè)，到后來的燃煤電廠發(fā)電機(jī)冷卻用氫，再到如今的大規(guī)?？稍偕茉瘩詈现茪洌静捎昧薃LK技術(shù)。
PEM制氫在過去十年發(fā)展迅速，相比于堿性電解水工藝，其占地面積較小，與可再生能源的適配度更高，國內(nèi)目前已實現(xiàn)規(guī)模較小的商業(yè)化運(yùn)作。AEM 電解水制氫正逐步從小規(guī)模研究應(yīng)用到商業(yè)化示范過渡階段，但是從成本、能效及壽命方面來看，距離大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用還有很長的路要走。
總體而言，可再生能源大規(guī)模制氫是綠色、低碳能源轉(zhuǎn)型和應(yīng)對氣候變化的希望，更是實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)性轉(zhuǎn)型的重要路徑。隨著氫能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展和政策的支持，大型化、低成本、低能耗是產(chǎn)業(yè)發(fā)展共識，電解水制氫的市場需求和應(yīng)用前景將更加廣闊。
2024（第二屆）氫能嘉年華——中國氫能100人論壇年會
總結(jié)2024年產(chǎn)業(yè)鏈情況，展望2025年氫能發(fā)展前景，通過全方位、深層次的交流，合力解決技術(shù)難點(diǎn)、行業(yè)痛點(diǎn)。
主辦：中國氫能100人論壇 HEC100
承辦：氫能觀察 | 新能智庫
2024年12月20日 中國 北京 新世界酒店
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