第01版:要闻

中国能源报 2024年03月25日 星期一

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我国绿氢制备关键技术研发提速

■本报记者 李玲 《 中国能源报 》( 2024年03月25日   第 01 版)

  作为可再生能源利用的重要方向之一,我国绿氢产业正处风口。

  从两年前国家发改委、国家能源局印发《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》,明确氢能的能源属性和国家能源体系组成部分的角色定位,到两年间能源企业加速研发、加码项目布局,氢能始终保持着投资热度和市场关注度。

  产业发展离不开多维度的持续创新,国家层面的规划亦有部署——聚焦短板弱项,适度超前部署一批氢能项目,持续加强基础研究、关键技术和颠覆性技术创新,建立完善更加协同高效的创新体系,不断提升氢能产业竞争力和创新力。

  《中国能源报》记者了解到,近年来,我国氢能产业相关技术取得较快发展,但当前,可再生能源电解水制氢技术面临多重挑战,不同技术路线也都存在短板。为此,产业链相关企业正加大攻关力度,尽力加快绿氢制备关键技术研发进程。

  ■ 助力多领域深度脱碳

  作为一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源,氢能对构建清洁低碳安全高效的能源体系、实现碳达峰碳中和目标具有重要意义。在能源属性方面,通过可再生能源电解水制氢,可加快构建新型电力系统;在物质属性方面,氢能可作为零碳燃料、高温热源、零碳原料,助力交通、工业、建筑、化工等领域深度脱碳。

  公开数据显示,目前我国对氢气的需求总量约为3300万吨,保持着供需平衡,其中超过95%的氢气用于石油炼化、合成氨等产业。目前,我国氢气主要来自煤制氢,电解水制氢占比不足1%。根据中国氢能联盟预测,到2050年,我国氢气需求量将接近6000万吨,绿氢占比将提升至70%,氢能在终端能源体系中的占比将超过10%,产业链年产值达到12万亿元。

  “‘双碳’目标共识下,深度脱碳成为当前氢能发展的第一驱动力。”阳光氢能科技有限公司解决方案总监龙翔飞指出,氢能将可再生能源从电力引向工业、交通、建筑等领域,有利于拓展可再生能源的消纳途径。同时,氢还有储能功能,可提供大规模、长周期、跨季节调峰能力,增强电网稳定性,从而提升电网对可再生能源的消纳能力。

  相关统计显示,2023年我国绿氢项目规模持续扩大,仅四季度公开的项目规模就达6.27GW,全年累计项目规模超20.7GW,申报项目以绿氨、绿色甲醇、烯烃、绿色航油等工业用途为主,也有部分氢能交通、氢储能示范项目申报。

  ■ 不同技术各有长短

  值得注意的是,风光等可再生能源发电的波动性、间歇性以及随机性,给电解水制氢技术带来不少挑战。

  据了解,目前电解水制氢主要包括碱性电解水制氢、质子交换膜(PEM)电解水制氢、高温固体氧化物电解水制氢(SOEC)三种技术路线。其中,碱性电解水制氢技术成熟度最高,已充分商业化,也是目前国内主流应用的技术,占国内绿氢项目95%以上的装机份额;PEM制氢技术处在商业化前期阶段,SOEC技术仍处于实验室或示范阶段。

  具体来看,上述三种技术各具优势和短板。比如,碱性电解水制氢技术单槽规模较大,最大超过1000Nm3/h,单位成本低,但单位电耗相对较高,且动态响应能力不足;PEM制氢技术单槽最大规模能达到500Nm3/h,动态响应能力较强,但设备成本较高,约为碱性电解槽价格的三倍以上;SOEC制氢技术单槽最大规模小于10Nm3/h,效率较高,但系统寿命较短。

  华能清洁能源技术研究院氢能技术部主任王金意认为,碱性电解水制氢在设备大型化方面具有优势,但低电耗和高功率仍是攻关方向。“PEM制氢技术动态响应能力强,但成本有待降低,SOEC技术具有明显的能效优势,但寿命问题亟待解决。”

  ■ 企业发力攻克关键技术

  “为适应大规模可再生能源制氢,电解槽大型化、降低制氢电耗、提高运行调节范围、提高寿命是技术发展趋势。”王金意表示,核心材料的基础研发在PEM电解槽实现低电耗、耐高压和大型化过程中扮演着关键角色。

  《中国能源报》记者了解到,在SOEC制氢技术上,目前国内单电池和电堆基础研发已达到国际先进水平,但系统集成能力不足,高温气冷堆核电站的投运为应用示范带来良好契机。另外,阴离子交换膜(AEM)电解水制氢技术融合了碱性电解水和PEM电解水的技术优势,作为新兴技术,已成为欧美国家的研发热点。未来,一旦突破AEM和高活性非贵金属催化剂等关键材料瓶颈,有望显著提升电解槽性能、降低电解槽制造成本,为可再生能源电解制氢产业带来突破性变革。

  当前,国内相关企业和研究机构均在加快绿氢制备关键技术研发布局。

  3月20日,中国石化氢能技术重大科技项目——由中国石化(大连)石油化工研究院自主研发、中原油田承建的国内百千瓦级SOEC(固体氧化物电解水制氢项目)电解水制氢项目开工。据了解,该项目施工预期30天,试验周期60天,以高纯氢气安全生产和高效生产为目标,针对百千万级SOEC电解水制氢系统在高温、高湿、涉氢、富氧及微正压环境下稳定运行、健康管控和低能耗展开攻关,提高电堆和材料的运行稳定性。

  此外,华能清洁能源技术研究院目前已自主研发电催化剂、隔膜等关键材料,掌握电解槽设计、组装关键技术,设备级、场站级制氢系统控制优化与集成等。同时,该院正加强氢能产业链技术及示范,与上游可再生能源动态耦合,拓展下游氢能交通、化工领域多元利用场景,开展全产业链项目规划和示范。

  阳光氢能科技有限公司于2023年发布可再生能源柔性制氢系统解决方案,通过柔性组网技术、电力电子技术、电化学技术、化工动态技术、能量管理技术等六大核心技术,使制氢更灵活、高效和友好。