一文了解電解槽選型技術評估標準

電解技術利用電能分解水分子產生氫氣與氧氣，起源可追溯至19世紀：

·1833年，邁克爾·法拉第提出電解定律奠定理論基礎；

·1888年，德米特里·拉奇諾夫首創工業電解槽，采用鐵容器與羊皮紙隔膜，提出雙極電極概念；

·1899年，奧斯卡·施密特開發首臺工業級雙極電解槽（壓濾機式堆疊結構），后由歐瑞康商業化；

·1902年全球運行超400臺工業裝置；1939年首座萬噸級工廠（10,000Nm3/h）投產；

·早期大規模應用集中于鹽水電解制氯領域（海水電解副產氯氣），氫氣僅作為副產品。現代制氫需采用去離子水，其經濟性依賴淡水供應，故綠氫突破始于淡水資源豐富區。

·挪威1927年建成尤坎135MW水電電解裝置（30,000Nm3/h），運行至70年代；1953年格洛姆峽灣同等規模裝置持續至1991年。

·因生態問題棄用大型水壩后，天然氣蒸汽重整成主流制氫方案。近年為應對氣候危機，水電解技術重新受關注，雖受制于電力與設備成本。

電解槽技術評估框架

目前僅堿性電解槽（Alkaline）與質子交換膜電解槽（PEM）商業化，未來將涌現新技術。因應用場景多樣（工業/民用供熱、交通燃料、綠氨、冶金等），需建立統一評估標準：

1. 可再生能源適配性

風電/光伏的間歇性會降低效率并加速設備老化。PEM響應快但抗波動性弱，堿性槽反之。電網取電方案依賴電網穩定性，純可再生能源項目需超配容量與儲氫系統。

2. 操作壓力

常規壓力0-3MPa（表壓）。高壓運行增加氫氣滲透風險，需強化機械結構與隔膜：

加氫站場景中，氫氣壓縮機成本占比高（3800美元/千瓦），高壓電解可顯著降本。高壓堿性槽技術成熟：

PEM高壓化面臨膜蠕變、泄漏及效率下降等挑戰。

3. 操作溫度

溫度升高提升反應速率但縮短壽命。堿性/PEM操作溫度40-90℃，固體氧化物電解槽（SOEC）需650-1000℃。溫度控制需平衡效率與冷卻系統負載：

4. 核心性能參數

5. 運維與壽命指標

啟動時間：PEM冷啟動快于堿性槽，但頻繁啟停均加速衰減

電極材料：PEM需鉑/銥等貴金屬，堿性槽可用廉價鎳基電極

隔膜風險：PEM/AEM膜缺陷易引發氣體滲透，堿性槽隔膜易堵塞腐蝕

更換周期：堿性槽75,000小時 vs PEM 60,000小時（理想條件）

催化劑中毒：水質不純或腐蝕產物導致催化劑失效

6. 工程化因素

尺寸重量：PEM體積比堿性槽小30%，適合移動場景

成熟度：堿性槽依托氯堿工業百年積累，PEM/堿性制氫均達TRL9級。