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电解水制氢主流技术实现突破
发布时间:2024-01-20 11:05:26   作者: 半岛综合

  4月25日,上海翌晶氢能科技有限公司研发的国内首条固体氧化物电解水制氢(SOEC)电堆自动化产线兆瓦,可兼容多型号电堆生产。业界一致认为,SOEC作为主要电解水制氢方式之一,此前长期处在实验室验证阶段,但随技术的进步,

  目前,碱性电解水、质子交换膜电解水(PEM)、固体氧化物电解水(SOEC)制氢为三种主流电解水制氢技术。其中,碱性电解水技术最为成熟,已可以在一定程度上完成大规模制氢应用,目前国内已实现兆瓦级制氢应用。PEM制氢在过去十年发展迅速,相比于碱性电解水工艺,其占地面积较小,与可再次生产的能源的适配度更高,国内目前已实现规模较小的商业化运作。川财证券研究指出,SOEC制氢的主要特征是工作时候的温度高、效率高、蒸汽替代液态水,且可以反向运作,充当燃料电池,目前国际上已实现商业化,但规模落后于碱性和PEM电解水制氢。“碱性电解水制氢与PEM制氢的较快发展得益于有一定的产业基础作支撑,如碱性电解槽原先用来制氧,随着制氢产业高质量发展及氢气需求加速增长,碱性电解槽开始用于制氢环节。”资深从业者郑贤玲对记者表示,“SOEC加速发展是业内所盼,这一技术路线解决了电解槽的污染、体积大、效率不太高、贵金属成本等问题,如今SOEC已正式走出实验室,对于产业而言是重要的一步。”佛山环境与能源研究院上海事业部部长邬佳益认为,虽然相较碱性电解水和PEM,SOEC发展进程较慢,但目前主流电解水制氢方式各有其优势,也分别适用于不同的应用场景。“同时,对产业而言,技术的一直更新迭代是大势所趋,现在的技术能否适应未来的发展需要我们来关注。因此,多元化的技术路线同时发展将更好更快适应未来应用场景、商业模式等的快速变化,最终利好产业高质量发展。”

  开源证券研究指出,SOEC拥有不使用贵金属催化剂、余热温度高、能量转化效率高等优势,可适用于制氢、热电联产等应用场景,是实现我国碳达峰碳中和目标的重要发展方向。

  据上海翌晶氢能科技有限公司总经理刘青介绍,在电解水制氢的成本构成中,电费占比80%、折旧占比10%、运营维护10%,因此,降低电费成本成为电解水制氢降本的重要的条件,而SOEC高效优势将引领绿氢技术降本。“多个方面数据显示,SOEC系统的电解效率超过84%,与工业余热回收结合,能逐步降低电耗达10%,比碱性和PEM电解省电28%。”关于降本问题,刘青表示,现今,SOEC降本速度已远超预期,预计到2023年,成本可降为1万元/kW;2025年有望下降到5000元/kW;至2030年,成本将为1000元/kW,相较2023年下降90%。国家能源局原正司级巡视员、中国投资协会能源投资专委会会长孙耀唯表示,使用先进高效的SOEC技术生产低排放、高效率的绿氢是未来氢能产业上游优化供给的关键课题。SOEC技术因电价降本空间扩大而表现出更明显优势,将成为助力工业无碳化的关键一环。

  2022年3月出台的《氢能产业高质量发展中长期规(2021-2035年)》明白准确地提出,要合理地布局制氢设施,推进固体氧化物电解池制氢等研发技术。在政策方向指引下,SOEC技术迎来更多发展前景。但必须要格外注意的是,目前SOEC相关产业链尚不完善,在产氢规模、运行时间等方面符合商业化运行的SOEC产品仍较少。具体来看,SOEC设计开发风险大,对材料性能要求高。邬佳益指出,相比碱性电解水和PEM,SOEC技术壁垒更高。SOEC电解水制氢过程中工作时候的温度高,对很多材料的耐温性和抵抗腐蚀能力提出更加高的要求。“要实现材料在高温下具有较好耐热性和化学稳定性,不同组件间的热膨胀系数匹配,同时保证材料成本尽可能低,行业还需要持续技术攻坚。”产业链不完善也成为制约SOEC发展的主要的因素。邬佳益表示,由于SOEC发展相对较晚,产业链基础不完善,行业内相关企业很少,造成产业高质量发展速度较慢。“目前,SOEC还没有完备的供应链,举例来说,若企业想要购买或者缺少某个零部件,可能根本找不到厂家。”刘青表示,氢能产业将是能源低碳化转型的主旋律,SOEC作为未来单位制氢成本最低的技术解决方案之一,必将成为绿氢迈向大规模应用的主要抓手和推动力。期盼业内上下游各企业通力合作,打造一个更完善、更有韧性的SOEC生态产业链体系,将绿氢产业做大做强。

  6月6日,亿华通首套PEM电解水制氢产品发布 电耗低至4.19kWh/Nm。该产品为自主研发,并实现了多项关键性能的突破,具备更快的动态响应速度、更高的电解效率、更高的产氢压力和更小的设备占地面积。 该产品通过自主设计开发的控制管理系统,提高了系统温度控制准确性和敏捷性,相比碱液制氢产品,可以实时动态跟随风、光电的瞬时波动性,实现秒级响应速度,最大限度将电力转化为氢气。电解槽电耗低于4.19kWh/Nm,系统效率达80%,系统电耗低于4.4kWh/Nm,优于碱液制氢系统均值5.0kWh/Nm,且系统体积只有碱液制氢系统的1/4。此外,该产品相较其他电解水制氢产品提高了产氢压力,电解槽稳定产氢压力可达到4MPa,结构可承受最高6MPa压差的瞬时冲击,较行业均值提高了50%以上,该设计能节约储氢过程的能耗,降低氢气在储运环节的成本。

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