大型水电解制氢技术现状 - 资讯、资料、信息 - 山东赛克赛斯氢能源有限公司

随着煤炭、石油能源大规模使用，全球气候变化的影响日益显著，将对人类社会和发展造成巨大危机。因此减少化石能源使用带来的温室气体及其他有害气体排放已经成为当前国际社会的共识和重点关注领域。中国政府在 2020 年巴黎气候变化大会上承诺，并提出了自己的“双碳目标”，即二氧化碳排放力争于 2030 年前达到峰值，努力争取 2060 年前实现碳中和的宏伟目标。水电解制氢设备

氢能具有能量密度大、热值高、储量丰富、来源广泛、转化效率高等特点，燃烧后生成水。氢可以作为储存方式与利用形式多样高效储能载体，氢能是可再生能源实现大规模长周期储存的有效解决方案，被专家学者认为是最具有应用前景的能源之一，得到人们的高度关注。

目前国际普遍根据制氢过程中是否有二氧化碳的排放，将氢气分为灰氢、蓝氢、绿氢。灰氢是制取过程中产生并且排放二氧化碳，如煤制氢、煤气化、天然气制氢或工业副产氢；蓝氢是制取过程中产生但不排放二氧化碳，也就是对排放出来的二氧化碳实施碳捕集、碳封存，这也包括化石能源制氢，只是在碳捕集和封存的过程中会产生成本，例如甲烷裂解过程中变成固体炭黑，获得氢气；绿氢是利用可再生能源(如地热、生物质、海洋能、风电、光伏太阳能以及固体废弃物)等制氢，制氢过程完全没有碳排放。2021 年我国氢气产量约 3300 万吨，居全球第一，按照氢气来源分析，其中煤制氢占比 62 %，天然气制氢占比 19 %，工业副产氢占比约 18 %，电解水仅有 1 %。从这些数据看出，绿氢的占比还是比较低的。

水电解是制取绿氢的主要途径，是氢能发展的必要技术，是实现“双碳”目标的重要支柱。随着“双碳”政策的不断推进和深化，可再生能源电力成本的降低，氢燃料电池汽车的规模化推广和氢能市场的逐渐成熟，市场对氢气的需求将呈爆发式增长，但通过水电解技术制取绿氢将是未来低碳经济的主流方向，也是氢能发展的必经之路，将成为氢气的主要来源。 PEM制氢设备

大型水电解制氢技术研究现状

水电解制氢技术为制取绿氢的核心关键技术。水电解制氢是一种将水分解成氢和氧的电化学过程。目前水电解制氢根据电解隔膜的不同分为碱性水电解制氢技术(ALK，Alkaline Electrolysis)，质子交换膜制氢技术(PEM，Proton Exchange Membrane Electrolysis)和固体氧化物水电解制氢技术(SOEC，Solid Oxide Electrolysis)，三种水电解制氢的对比分析见下表1。

目前国内外市场，大型水电解制氢技术主要采用碱性水电解制氢技术和质子交换膜电解制氢技术两种。氢能在往能源级别转变发展过程中，大型水电解制氢技术生产的设备具有规模大、效率高、占地面积小、氢能低成本等优势，一直是全球企业和科研机构在持续研发电解水制氢技术的热点。

大型水电解制氢技术

国内开发研究出了的碱性水电解制氢的单台设备产氢量可达 2000 Nm3/h，采用制氢站式布局，双极性压滤式结构，绝缘密封垫片的密封性能强；采用硅整流替代原有的可控硅整流方式，降低了装置运行时对电网的谐波干扰，有效消除了对电网的高次谐波污染，降低了无功损耗；未经纯化前产品氢气纯度达到 99.8 %，氧气纯度达到 99.2 %，产品氢气纯化后可达到 99.999 %。

质子交换膜大型水电解设备做到 1000-1500 Nm3/h以上并实现商品化，成为世界上最大的质子交换膜水电解制氢设备，输出压力达到 3 MPa，氢气纯度达到 99.998 %，制氢设备紧凑高效，调节范围 5 %~125 %。企业产品应用比较广泛，已成功应用在内蒙新能源公司风光制氢。

大型质子交换膜水电解制氢技术，即使在部分负荷下具有在高功率密度下，高效率，产品氢气质量高；低维护，运行可靠；没有化学物质或杂质；相对碱性电解槽有很多的优势，占地面积更小，对可再生能源的适应性更好，而且碱水处理负担。但大型碱性电解制氢技术技术成熟且产氢量大，大型质子交换膜水电解设备售价是碱性水电解设备的成本贵，对水质的要求非常苛刻且产气量小。

水电解制氢成本

水电解制氢成本是绿氢从工业级到能源级的转变的一个关键因素，且降低成本的技术路径主要有三条：

一是大型化，包括单体水电解制氢设备的大型化和模块化。水电解制氢设备通过改进材料、多槽对应一套净化、集装箱式集成的模块化等各方面，国内大型碱性水电解制氢设备产氢量实现了千立方级，并在绿氢项目及示范工程中实现了中得到应用。

二是是降低电耗。水电解制氢，电耗降低带来的但制氢成本降低具有显著的优势，研究机构和企业都在积极推进降低电耗，研究主要集中在材料、高电流密度大尺寸电极、隔膜等方向。

由于碱性水电解制氢技术中电流密度存在天花板，导致碱性水电解制氢效率到了瓶颈；但质子交换膜水电解制氢能轻松突破电流密度上限，而且能更进一步上升，且热启动冷启动速度更快，使用纯水而无后期碱液回收和治污成本，在此基础上降低制氢成本。

三是与可再生能源的结合。可再生能源具有间歇性、波动性、季节性(特别是水电，风电，光电)三种特性，在双碳背景下，风光氢储一体化发展思路下，氢气作为储能调峰的主要手段，大型水电解制氢能够适应可再生能源三性的能力越强，技术先进，制备绿氢的效率越高，关键系统对可再生能源波动的快速响应。目前我国国内企业已经做到了秒级响应，即一秒钟内可以启停。大型碱性水电解制氢设备对可再生能源适应的幅宽从 20 %~100 %，大型质子交换膜水电解制氢设备的效率更高，已做到全幅覆盖。水电解制氢设备

结论

国内外水电解制氢技术通过大型化、N 对 1 构造、模块化、降低能耗、高电流密度、宽电流适应范围、新型的结构和新材料等多方面进行研究并持续创新，持续降低制取绿氢成本。虽然未来一段时间国内市场主力以大型碱性水电解制氢技术为主，随着绿氢需求旺盛和技术进步，大型质子交换膜水电解制氢技术会快速发展。大型水电解制氢技术是制取绿氢的关键技术，也是未来的发展方向。PEM制氢设备