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堿性電解槽是可再生能源大規(guī)模制氫的關(guān)鍵裝備。日前，中國華能主導(dǎo)研制的世界單槽產(chǎn)能最大堿性制氫水電解槽在蘇州下線，可制氫1300標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時。今年10月，隆基氫能科技有限公司首臺堿性水電解槽下線，單臺制氫能力超1000標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時。

由于碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的提出以及氫能產(chǎn)業(yè)的加速發(fā)展，綠氫在降碳中發(fā)揮的作用備受關(guān)注，電解水制氫的規(guī)模不斷擴(kuò)大。電解槽作為重要的綠氫制取設(shè)備，其技術(shù)發(fā)展及成本優(yōu)勢影響著綠氫規(guī)?；l(fā)展進(jìn)程。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，堿性電解槽作為我國的主流電解制氫技術(shù)，技術(shù)水平不斷提升。

性能指標(biāo)不斷提升

業(yè)內(nèi)研究顯示，與質(zhì)子交換膜水電解制氫和固體氧化物電解制氫技術(shù)相比，堿性電解水制氫是現(xiàn)階段我國發(fā)展最成熟的電解制氫技術(shù)，在成本和壽命方面都具有明顯的優(yōu)勢。

“目前堿性電解槽已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化和大型化，設(shè)備投資降到了2000元/千瓦以下，一些電解槽運(yùn)行壽命超過了20年。”華能清能院氫能部主任王金意說，目前國內(nèi)綠氫項(xiàng)目還是以堿性電解制氫為主，隨著近幾年研發(fā)投入的加強(qiáng)，堿性電解槽性能也有了顯著提升，在保持低成本優(yōu)勢的前提下，關(guān)鍵性能指標(biāo)已經(jīng)和質(zhì)子交換膜電解槽接近。隨著科研力量和產(chǎn)業(yè)投資的注入，堿性電解制氫技術(shù)在規(guī)模、成本、性能等綜合性能上將保持競爭優(yōu)勢。

不過王金意提醒稱，制氫設(shè)備并非越大越好。“準(zhǔn)確地講，氫氣產(chǎn)量大型化和體積小型化的同時實(shí)現(xiàn)，是電解制氫設(shè)備的一個發(fā)展趨勢，解決這一問題的關(guān)鍵是電流密度的提升。通過提升電流密度，實(shí)現(xiàn)單臺氫氣產(chǎn)量的提高和單位產(chǎn)量體積的下降，能夠有效降低占地面積和設(shè)備投資成本，這對電解制氫的大規(guī)模應(yīng)用推廣十分重要。”

尋求進(jìn)一步降本

相對于煤制氫、天然氣制氫等傳統(tǒng)化石燃料制氫來講，堿性電解制氫的成本相對較高。根據(jù)目前的可再生能源度電成本、電解制氫的綜合能耗，考慮電解槽的投資和運(yùn)營成本，氫氣的生產(chǎn)成本約為25-35元/公斤，而化石燃料制氫的成本約為8-18元/公斤。

此外，目前我國普遍使用的是非石棉基的PPS布，價格低廉，但隔氣性差、能耗偏高。今年2月，科技部正式發(fā)布《關(guān)于對“十四五”國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“氫能技術(shù)”等18個重點(diǎn)專項(xiàng)2021年度項(xiàng)目申報指南征求意見的通知》，高效大功率堿水電解槽關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)與裝備研制被列入其中，研究內(nèi)容包括新型非石棉隔膜批量制備技術(shù)、大直徑堿性電解槽結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計與集成技術(shù)等。

對此，王金意分析認(rèn)為，在制氫產(chǎn)業(yè)尚未形成規(guī)模的情況下，為避免出現(xiàn)產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)缺失或發(fā)展薄弱的情況，產(chǎn)業(yè)上下游協(xié)同，實(shí)現(xiàn)電解水制氫的經(jīng)濟(jì)性尤為迫切。

“目前，用電成本約占電解制氫成本的60%以上，通過電極、隔膜、電解槽等關(guān)鍵材料和核心部件的技術(shù)突破，可進(jìn)一步降低制氫電耗。與此同時，挖掘電解制氫在上游電源、電網(wǎng)側(cè)的儲能調(diào)峰作用，可獲得更優(yōu)的綜合用電價格或輔助服務(wù)補(bǔ)償。”在王金意看來，這不僅有利于拓展綠氫的應(yīng)用場景，還能保障綠氫的生產(chǎn)時間和消納渠道，提高效益。

與可再生能源的適配性待加強(qiáng)

“與可再生能源適配性較差”是業(yè)內(nèi)對堿性電解槽制氫的普遍印象。碳達(dá)峰、碳中和背景下，可再生能源規(guī)模將不斷擴(kuò)大，如何突破適配性難題？

王金意認(rèn)為，堿性電解槽與可再生能源適配性較差是相對的。相對于質(zhì)子交換膜電解槽，堿性電解槽的動態(tài)響應(yīng)速率較慢。但在實(shí)際應(yīng)用過程中，基于安全性的考慮，電網(wǎng)并不希望電源或負(fù)荷快速變化。

“事實(shí)上，提升堿性電解槽與可再生能源的適配性，可以從提高制氫系統(tǒng)的快速響應(yīng)能力、提高大規(guī)模電解制氫的電源效率，以及電源和制氫系統(tǒng)間的耦合控制等方面加以解決。”王金意指出，這也是未來制氫技術(shù)發(fā)展的重要方向。 

原標(biāo)題：堿性電解槽取得技術(shù)突破