第11版:科技·装备

中国能源报 2023年05月01日 星期一

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走向规模化发展,降本路径清晰

电解水制氢主流技术实现突破

本报记者 仲蕊 《 中国能源报 》( 2023年05月01日   第 11 版)

  翌晶氢能SOEC电堆自动化产线

  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)电堆自动化产线正式下线,年产能可达100兆瓦,可兼容多型号电堆生产。

  业界普遍认为,SOEC作为主要电解水制氢方式之一,此前一直处于实验室验证阶段,但随着技术的进步,SOEC已开始逐步走向规模化发展,降本路径清晰,有望成为助力实现碳达峰碳中和目标的重要推动力。

  ■■ 多元化技术路线利好产业发展

  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,已能够实现大规模制氢应用,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,与可再生能源的适配度更高,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制氢的主要特点是工作温度高、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,技术的不断更新迭代是大势所趋,现在的技术能否适应未来的发展值得关注。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,最终利好产业发展。”

  ■■ 降本增效优势显著

  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关键因素,而SOEC高效优势将引领绿氢技术降本。“数据显示,SOEC系统的电解效率超过84%,与工业余热回收结合,能进一步降低电耗达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%。

  “目前,氢气生产大部分是以化石燃料为主的灰氢,或通过碳捕集和封存技术来减少碳排放制取的蓝氢,由清洁能源和可再生能源制取的绿氢所占比重则不足千分之一。”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,采用先进高效的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。

  ■■ 产业链需进一步完善

  2022年3月出台的《氢能产业发展中长期规(2021-2035年)》明确提出,要合理布局制氢设施,推进固体氧化物电解池制氢等技术研发。在政策方向指引下,SOEC技术迎来更多发展前景。但需要注意的是,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温度高,对很多材料的耐温性和耐腐蚀性提出更高要求。“要实现材料在高温下具有较好热稳定性和化学稳定性,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发展的重要因素。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,造成产业发展速度较慢。“目前,SOEC还没有完备的供应链,举例来说,如果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,打造一个更加完善、更有韧性的SOEC生态产业链体系,将绿氢产业做大做强。