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綠氫制備技術(shù)爭鳴:SOEC前景幾何?

中國經(jīng)營報(bào)發(fā)布時間:2023-04-28 10:50:18  作者:李哲

  隨著氫能產(chǎn)業(yè)的持續(xù)火熱,綠氫制備衍生出多種技術(shù)路線,逐漸形成“百家爭鳴”的發(fā)展格局。

  當(dāng)前大量采用的堿性電解槽技術(shù)因其較低的價格成本迅速占領(lǐng)市場,而應(yīng)用貴金屬的質(zhì)子交換膜電解(PEM)技術(shù)則因其對間歇性電源適應(yīng)性高成為風(fēng)光儲能的新寵,同時,固體氧化物電解(SOEC)技術(shù)正從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化。

  4月25日,上海翌晶氫能科技有限公司(以下簡稱“翌晶氫能”)的SOEC電堆自動化產(chǎn)線在上海下線。《中國經(jīng)營報(bào)》記者從翌晶氫能方面獲悉,本次下線的SOEC電堆產(chǎn)線產(chǎn)能達(dá)100MW,可兼容多種型號電堆生產(chǎn)。

  綠氫迎來發(fā)展機(jī)遇期

  氫能作為一種優(yōu)質(zhì)的二次能源,具備清潔零碳、可再生等優(yōu)勢。業(yè)內(nèi)人士向記者表示,氫能可在多種場景替代汽油、柴油、天然氣等能源,促進(jìn)工業(yè)、交通等領(lǐng)域深度脫碳。同時,綠氫使用風(fēng)電、光伏作為清潔電源制取,是優(yōu)質(zhì)可再生能源。

  目前,氫作為能源應(yīng)用的程度不高,主要作為工業(yè)原料使用。未來,隨著各國大力推廣綠電制氫和氫能應(yīng)用,氫能有望實(shí)現(xiàn)大規(guī)模發(fā)展。

  從全球范圍來看,氫能受到的關(guān)注度同樣居高不下。美國、日本、歐盟等主要經(jīng)濟(jì)體均發(fā)布了與氫能相關(guān)的產(chǎn)業(yè)配套政策。國際能源署(IEA)預(yù)計(jì),2030年全球氫能需求將達(dá)到1.8億噸。

  自2019年氫能首次寫入《政府工作報(bào)告》以來,我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展駛上快車道。2022年3月,國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021-2035年)》中提到,氫能是未來國家能源體系的重要組成部分,是用能終端實(shí)現(xiàn)綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要載體。從我國各地已公布的規(guī)劃目標(biāo)來看,2025年我國氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)模有望達(dá)到7000億元。

  氫能產(chǎn)業(yè)鏈主要包括制氫、儲運(yùn)、加注和應(yīng)用四個環(huán)節(jié)。其中制氫屬于上游環(huán)節(jié),是推動氫能產(chǎn)業(yè)鏈整體大規(guī)模發(fā)展的關(guān)鍵。

  記者了解到,氫氣制備方式主要包括化石燃料制氫、工業(yè)副產(chǎn)氫和電解水制氫三類。其中,從產(chǎn)能現(xiàn)狀來看,全球氫氣產(chǎn)能以化石燃料制氫為主,占據(jù)了2021年產(chǎn)量的80%以上。

  然而,通向碳中和的道路上,綠氫的發(fā)展無疑將更受關(guān)注。業(yè)內(nèi)人士指出,綠氫是零碳排、可持續(xù)的“終極路線”,它的規(guī)?;瘧?yīng)用還需要產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)去綜合推動降本。

  從國內(nèi)市場現(xiàn)狀來看,高工產(chǎn)研氫電研究所(GGII)初步調(diào)研統(tǒng)計(jì),2022年國內(nèi)電解水制氫設(shè)備出貨量達(dá)到722MW(含出口,不含研發(fā)樣機(jī)),同比大幅增長106%。今年一季度,從招標(biāo)量來看,國內(nèi)氫電解槽招標(biāo)量預(yù)計(jì)達(dá)到452兆瓦,相當(dāng)于2022年全年出貨量的60%。

  據(jù)IEA預(yù)計(jì),2023年全球制氫電解槽新增裝機(jī)4.1GW,同比增長356%,產(chǎn)能將達(dá)到21.5GW。

  技術(shù)孰優(yōu)孰劣?

  “電解水制氫技術(shù)路線包括堿性電解(ALK、PEM、SOEC)和陰離子交換膜電解(AEM)。其中,目前堿性電解技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用量較大,PEM技術(shù)次之,而SOEC和AEM技術(shù)多處于研發(fā)階段。”翌晶氫能總經(jīng)理劉青向記者介紹道。

  談及上述四種綠氫制備方式的優(yōu)缺點(diǎn),相關(guān)業(yè)內(nèi)人士向記者表示:“電解槽是制氫的核心設(shè)備。堿性電解技術(shù)成熟、設(shè)備成本低,但其對間歇能源的適用性不強(qiáng),運(yùn)維成本高,理論效率低于PEM、SOEC等路線;而PEM技術(shù)制氫效率高,同時對間歇性電源適應(yīng)性高,但其因?yàn)樾枋褂觅F金屬催化劑導(dǎo)致設(shè)備成本居高不下;SOEC技術(shù)路線同樣具備較高的理論效率,同時可使用非貴金屬催化劑,但因?yàn)槠洳捎酶邷胤磻?yīng)環(huán)境,無形中加大了研發(fā)難度。

  目前,國內(nèi)的SOEC技術(shù)方案研發(fā)大多處于實(shí)驗(yàn)室階段。4月25日,翌晶氫能的SOEC電堆自動化產(chǎn)線在上海下線。該產(chǎn)線產(chǎn)能可達(dá)100MW,可兼容多種型號電堆生產(chǎn)。

  劉青向記者介紹稱:“翌晶氫能此次推出的SOEC電堆產(chǎn)品具有可逆化特點(diǎn),既可以制氫,也可以通過氫氣發(fā)電,并且通過采用鎳材料,摒棄了貴金屬帶來的成本壓力,通過高效的電解效率,可以實(shí)現(xiàn)單臺產(chǎn)氫量10000Nm3/h。”

  記者注意到,SOEC電解槽是在高溫狀態(tài)下將水蒸氣電離生成氫離子和氧離子,分別在電極上生成氫氣和氧氣的過程,其反應(yīng)溫度通常在 600攝氏度以上,適用于產(chǎn)生高溫、高壓蒸汽的光熱發(fā)電系統(tǒng)。

  談及SOEC落地,一位曾經(jīng)參與SOEC研發(fā)的業(yè)內(nèi)人士向記者表示:“十年前我就在從事SOEC產(chǎn)品的開發(fā),但最終因資金問題無奈放棄。SOEC的難點(diǎn)在于高溫導(dǎo)致的電池材料研發(fā),我國在SOEC這條技術(shù)路線的儲備已經(jīng)有十余年的時間,我此前參與SOEC產(chǎn)品制造還是手動裝配,自動化生產(chǎn)可以提高產(chǎn)品一致性。希望借助當(dāng)前火熱的氫能市場可以對SOEC技術(shù)路線形成推動效應(yīng)。”

  當(dāng)前我國電解水制氫市場中,堿性電解槽用量占據(jù)絕對優(yōu)勢。記者了解到,國產(chǎn)堿性電解槽價格保持在2000~3000元/kW,PAM電解槽價格則達(dá)到7000~12000元/kW,而翌晶氫能此次推出的SOEC電解槽價格同樣達(dá)到了1萬元/kW。

  提高電流密度是降低電解槽設(shè)備單位投資成本的關(guān)鍵因素,但電流密度的提升通常伴隨著電解槽電壓的升高,從而導(dǎo)致電解效率下降。PEM、SOEC方案可以實(shí)現(xiàn)更高的電流密度和更低的電壓,降本增效的潛力優(yōu)良,未來技術(shù)成熟后存在替代空間。

  談及價格,劉青向記者表示:“我們希望更多的同行能夠加入到SOEC的研發(fā)之中,我國氫能發(fā)展空間巨大,未來隨著SOEC技術(shù)的應(yīng)用,產(chǎn)品價格也會隨之降低。”

  來源:中國經(jīng)營報(bào) 記者 李哲


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