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绿氢制备技术争鸣:SOEC前景几何?

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2023-04-28
来源:中国经营报
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  随着氢能产业的持续火热,绿氢制备衍生出多种技术路线,逐渐形成“百家争鸣”的发展格局。

  当前大量采用的碱性电解槽技术因其较低的价格成本迅速占领市场,而应用贵金属的质子交换膜电解(PEM)技术则因其对间歇性电源适应性高成为风光储能的新宠,同时,固体氧化物电解(SOEC)技术正从实验室走向产业化。

  4月25日,上海翌晶氢能科技有限公司(以下简称“翌晶氢能”)的SOEC电堆自动化产线在上海下线。《中国经营报》记者从翌晶氢能方面获悉,本次下线的SOEC电堆产线产能达100MW,可兼容多种型号电堆生产。

绿氢迎来发展机遇期

  氢能作为一种优质的二次能源,具备清洁零碳、可再生等优势。业内人士向记者表示,氢能可在多种场景替代汽油、柴油、天然气等能源,促进工业、交通等领域深度脱碳。同时,绿氢使用风电、光伏作为清洁电源制取,是优质可再生能源。

  目前,氢作为能源应用的程度不高,主要作为工业原料使用。未来,随着各国大力推广绿电制氢和氢能应用,氢能有望实现大规模发展。

  从全球范围来看,氢能受到的关注度同样居高不下。美国、日本、欧盟等主要经济体均发布了与氢能相关的产业配套政策。国际能源署(IEA)预计,2030年全球氢能需求将达到1.8亿吨。

  自2019年氢能首次写入《政府工作报告》以来,我国氢能产业发展驶上快车道。2022年3月,国家发展改革委、国家能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》中提到,氢能是未来国家能源体系的重要组成部分,是用能终端实现绿色低碳转型的重要载体。从我国各地已公布的规划目标来看,2025年我国氢能产业规模有望达到7000亿元。

  氢能产业链主要包括制氢、储运、加注和应用四个环节。其中制氢属于上游环节,是推动氢能产业链整体大规模发展的关键。

  记者了解到,氢气制备方式主要包括化石燃料制氢、工业副产氢和电解水制氢三类。其中,从产能现状来看,全球氢气产能以化石燃料制氢为主,占据了2021年产量的80%以上。

  然而,通向碳中和的道路上,绿氢的发展无疑将更受关注。业内人士指出,绿氢是零碳排、可持续的“终极路线”,它的规模化应用还需要产业链各环节去综合推动降本。

  从国内市场现状来看,高工产研氢电研究所(GGII)初步调研统计,2022年国内电解水制氢设备出货量达到722MW(含出口,不含研发样机),同比大幅增长106%。今年一季度,从招标量来看,国内氢电解槽招标量预计达到452兆瓦,相当于2022年全年出货量的60%。

  据IEA预计,2023年全球制氢电解槽新增装机4.1GW,同比增长356%,产能将达到21.5GW。

技术孰优孰劣?

  “电解水制氢技术路线包括碱性电解(ALK、PEM、SOEC)和阴离子交换膜电解(AEM)。其中,目前碱性电解技术在国内的应用量较大,PEM技术次之,而SOEC和AEM技术多处于研发阶段。”翌晶氢能总经理刘青向记者介绍道。

  谈及上述四种绿氢制备方式的优缺点,相关业内人士向记者表示:“电解槽是制氢的核心设备。碱性电解技术成熟、设备成本低,但其对间歇能源的适用性不强,运维成本高,理论效率低于PEM、SOEC等路线;而PEM技术制氢效率高,同时对间歇性电源适应性高,但其因为需使用贵金属催化剂导致设备成本居高不下;SOEC技术路线同样具备较高的理论效率,同时可使用非贵金属催化剂,但因为其采用高温反应环境,无形中加大了研发难度。

  目前,国内的SOEC技术方案研发大多处于实验室阶段。4月25日,翌晶氢能的SOEC电堆自动化产线在上海下线。该产线产能可达100MW,可兼容多种型号电堆生产。

  刘青向记者介绍称:“翌晶氢能此次推出的SOEC电堆产品具有可逆化特点,既可以制氢,也可以通过氢气发电,并且通过采用镍材料,摒弃了贵金属带来的成本压力,通过高效的电解效率,可以实现单台产氢量10000Nm3/h。”

  记者注意到,SOEC电解槽是在高温状态下将水蒸气电离生成氢离子和氧离子,分别在电极上生成氢气和氧气的过程,其反应温度通常在 600摄氏度以上,适用于产生高温、高压蒸汽的光热发电系统。

  谈及SOEC落地,一位曾经参与SOEC研发的业内人士向记者表示:“十年前我就在从事SOEC产品的开发,但最终因资金问题无奈放弃。SOEC的难点在于高温导致的电池材料研发,我国在SOEC这条技术路线的储备已经有十余年的时间,我此前参与SOEC产品制造还是手动装配,自动化生产可以提高产品一致性。希望借助当前火热的氢能市场可以对SOEC技术路线形成推动效应。”

  当前我国电解水制氢市场中,碱性电解槽用量占据绝对优势。记者了解到,国产碱性电解槽价格保持在2000~3000元/kW,PAM电解槽价格则达到7000~12000元/kW,而翌晶氢能此次推出的SOEC电解槽价格同样达到了1万元/kW。

  提高电流密度是降低电解槽设备单位投资成本的关键因素,但电流密度的提升通常伴随着电解槽电压的升高,从而导致电解效率下降。PEM、SOEC方案可以实现更高的电流密度和更低的电压,降本增效的潜力优良,未来技术成熟后存在替代空间。

  谈及价格,刘青向记者表示:“我们希望更多的同行能够加入到SOEC的研发之中,我国氢能发展空间巨大,未来随着SOEC技术的应用,产品价格也会随之降低。”

  来源:中国经营报 记者 李哲



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