電解水制氫高成本難題咋破解？

近年來，隨著可再生能源成本的下降和氫能應(yīng)用需求的增加，電解水制氫行業(yè)快速發(fā)展。在業(yè)內(nèi)人士看來，盡管電解水制氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景樂觀，但成本控制仍是其能否快速發(fā)展的關(guān)鍵。

或成主流

中國華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院氫能部主任王金意指出，目前，我國總體氫能需求量為3300萬噸。根據(jù)2030年100GW儲能需求的預(yù)測，大約需要接近2萬臺1000標(biāo)方堿性電解槽。目前，綠氫從裝備制造到產(chǎn)能整體發(fā)展前景看好，預(yù)計未來綠氫直接產(chǎn)值將達(dá)到千億級別，產(chǎn)業(yè)輻射能力將達(dá)到萬億級別。

“堿性電解水制氫技術(shù)的主要優(yōu)勢在于容易大型化；質(zhì)子交換膜（PEM）電解水制氫技術(shù)則主要面向動態(tài)運行特性，特別是冷啟動和熱響應(yīng)特性更為優(yōu)越，主要問題是成本偏高；固體氧化物（SOEC）電解水制氫技術(shù)效率較高，但目前仍處于技術(shù)驗證和迭代過程中。”王金意說。

在中國電力科學(xué)研究院技術(shù)戰(zhàn)略研究中心室主任康建東看來，隨著技術(shù)進(jìn)步等因素推動，可再生能源度電成本及制氫設(shè)備成本呈下降趨勢。綜合考慮環(huán)境、碳排放等因素，電制氫經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢將逐漸顯現(xiàn)。氫能為電力系統(tǒng)靈活性資源提供了更多技術(shù)選項，同時，氫儲能具有儲能容量大、儲存時間長、清潔無污染等優(yōu)點，能夠?qū)崿F(xiàn)電能跨季節(jié)長周期大規(guī)模存儲。據(jù)全球長時儲能理事會預(yù)計，當(dāng)可再生能源發(fā)電量占比超過60%—70%時，包括氫儲能在內(nèi)的長時儲能的作用和優(yōu)勢將會進(jìn)一步凸顯。

成本偏高

不過，在業(yè)內(nèi)人士看來，電解水制氫成本偏高。電解水制氫過程需要大量電能，而電能生產(chǎn)成本較高，使用太陽能和風(fēng)能可以降低部分電能成本。此外，電解水制氫設(shè)備，包括電解槽、輸氫管道、儲氫設(shè)施等初始投資和維護(hù)費用相對較高。

氫輝能源董事長李輝表示，目前來看，電解水制氫成本高于傳統(tǒng)化石燃料制氫、工業(yè)副產(chǎn)制氫。“假設(shè)煤價為800元/噸，煤制氫成本約為11元/千克、焦?fàn)t氣制氫成本約為10元/千克—15元/千克；假設(shè)電價為0.6元/千瓦時，電解水制氫目前成本仍大于35元/千克。目前，電解水制氫電價成本占比約為60%—70%，不同技術(shù)路線制氫成本構(gòu)成稍有浮動。”

“核心材料及設(shè)備降本將直接影響電解水制氫的推廣應(yīng)用。”李輝直言，“以煤制氫為例，煤炭材料成本超過50%，與電解水制氫中60%的電價成本占比相差并不大，但傳統(tǒng)灰氫、藍(lán)氫發(fā)展時間長、供應(yīng)鏈成熟，占據(jù)成本優(yōu)勢，所以，目前我國以傳統(tǒng)制氫為主。隨著‘雙碳’目標(biāo)推進(jìn)，電解水制氫應(yīng)用將會提速。”

在王金意看來，針對隔膜技術(shù)，第三代有極無極負(fù)荷隔膜有助于降低綜合電耗，每標(biāo)方可少用0.1度至0.3度電。

康建東也認(rèn)為，隨著電制氫參與電力市場的推進(jìn)，綠氫制取成本有望進(jìn)一步下降。

“隨著全球綠氫認(rèn)證的不斷推進(jìn)，可再生能源電力制氫的應(yīng)用規(guī)模和范圍將逐步增加。”康建東建議，“氫能布局需要與新型電力系統(tǒng)建設(shè)規(guī)劃相銜接，明確氫能在新型電力系統(tǒng)應(yīng)用發(fā)展的路線圖，開展激勵政策設(shè)計，進(jìn)行應(yīng)用引導(dǎo)和優(yōu)化補(bǔ)貼。”

降本成關(guān)鍵

為降低電解水制氫的成本，行業(yè)內(nèi)正在采取多種措施，包括改進(jìn)電解技術(shù)、優(yōu)化降解機(jī)制、電解槽能量密度分布、推動規(guī)模化生產(chǎn)等。

李輝建議，在行業(yè)層面，相關(guān)部門、協(xié)會應(yīng)制定行業(yè)規(guī)范性標(biāo)準(zhǔn)，讓氫能產(chǎn)業(yè)鏈更加規(guī)范成熟；在企業(yè)層面，要持續(xù)聚焦創(chuàng)新，堅持研發(fā)投入，靠產(chǎn)品打天下。

談及如何降本，李輝表示：“以PEM電解水制氫為例，可通過自主研發(fā)的雙增強(qiáng)質(zhì)子交換膜替換進(jìn)口產(chǎn)品、提高膜電極、電解槽等核心產(chǎn)品的性能、建設(shè)自動化、批量化產(chǎn)線等方式降本。未來，隨著產(chǎn)品成本的降低、上下游供應(yīng)鏈的成熟，PEM電解水制氫在對可再生能源的消納、綠色脫碳、多能互補(bǔ)、經(jīng)濟(jì)性等方面的綜合性價值將進(jìn)一步提升。”

另外，記者采訪發(fā)現(xiàn)，電解水制氫裝備方面，主流廠家以2000標(biāo)方、3000標(biāo)方大規(guī)模制氫裝備為主，電耗基本可達(dá)到每標(biāo)方4.5度電。不過，中船（邯鄲）派瑞氫能科技有限公司總經(jīng)理張玉廣直言：“雖然市場上已有單槽達(dá)到3000標(biāo)方制氫規(guī)模的設(shè)備，但設(shè)備過大可能帶來生產(chǎn)、運輸、維護(hù)等問題。因此，未來制氫設(shè)備不是越大越好。”