近年來，我國氫能產(chǎn)業(yè)相關(guān)技術(shù)取得較快發(fā)展，但當前，可再生能源電解水制氫技術(shù)面臨多重挑戰(zhàn)，不同技術(shù)路線也都存在短板。為此，產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)正加大攻關(guān)力度，盡力加快綠氫制備關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)進程。

作為可再生能源利用的重要方向之一，我國綠氫產(chǎn)業(yè)正處風口。

從兩年前國家發(fā)改委、國家能源局印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021—2035年）》，明確氫能的能源屬性和國家能源體系組成部分的角色定位，到兩年間能源企業(yè)加速研發(fā)、加碼項目布局，氫能始終保持著投資熱度和市場關(guān)注度。

產(chǎn)業(yè)發(fā)展離不開多維度的持續(xù)創(chuàng)新，國家層面的規(guī)劃亦有部署——聚焦短板弱項，適度超前部署一批氫能項目，持續(xù)加強基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵技術(shù)和顛覆性技術(shù)創(chuàng)新，建立完善更加協(xié)同高效的創(chuàng)新體系，不斷提升氫能產(chǎn)業(yè)競爭力和創(chuàng)新力。

近年來，我國氫能產(chǎn)業(yè)相關(guān)技術(shù)取得較快發(fā)展，但當前，可再生能源電解水制氫技術(shù)面臨多重挑戰(zhàn)，不同技術(shù)路線也都存在短板。為此，產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)正加大攻關(guān)力度，盡力加快綠氫制備關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)進程。

助力多領(lǐng)域深度脫碳

作為一種來源豐富、綠色低碳、應(yīng)用廣泛的二次能源，氫能對構(gòu)建清潔低碳安全高效的能源體系、實現(xiàn)碳達峰碳中和目標具有重要意義。在能源屬性方面，通過可再生能源電解水制氫，可加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)；在物質(zhì)屬性方面，氫能可作為零碳燃料、高溫熱源、零碳原料，助力交通、工業(yè)、建筑、化工等領(lǐng)域深度脫碳。

公開數(shù)據(jù)顯示，目前我國對氫氣的需求總量約為3300萬噸，保持著供需平衡，其中超過95%的氫氣用于石油煉化、合成氨等產(chǎn)業(yè)。目前，我國氫氣主要來自煤制氫，電解水制氫占比不足1%。根據(jù)中國氫能聯(lián)盟預(yù)測，到2050年，我國氫氣需求量將接近6000萬噸，綠氫占比將提升至70%，氫能在終端能源體系中的占比將超過10%，產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值達到12萬億元。

“‘雙碳’目標共識下，深度脫碳成為當前氫能發(fā)展的第一驅(qū)動力。”陽光氫能科技有限公司解決方案總監(jiān)龍翔飛指出，氫能將可再生能源從電力引向工業(yè)、交通、建筑等領(lǐng)域，有利于拓展可再生能源的消納途徑。同時，氫還有儲能功能，可提供大規(guī)模、長周期、跨季節(jié)調(diào)峰能力，增強電網(wǎng)穩(wěn)定性，從而提升電網(wǎng)對可再生能源的消納能力。

相關(guān)統(tǒng)計顯示，2023年我國綠氫項目規(guī)模持續(xù)擴大，僅四季度公開的項目規(guī)模就達6.27GW，全年累計項目規(guī)模超20.7GW，申報項目以綠氨、綠色甲醇、烯烴、綠色航油等工業(yè)用途為主，也有部分氫能交通、氫儲能示范項目申報。

不同技術(shù)各有長短

值得注意的是，風光等可再生能源發(fā)電的波動性、間歇性以及隨機性，給電解水制氫技術(shù)帶來不少挑戰(zhàn)。

圖片

據(jù)了解，目前電解水制氫主要包括堿性電解水制氫、質(zhì)子交換膜（PEM）電解水制氫、高溫固體氧化物電解水制氫（SOEC）三種技術(shù)路線。其中，堿性電解水制氫技術(shù)成熟度最高，已充分商業(yè)化，也是目前國內(nèi)主流應(yīng)用的技術(shù)，占國內(nèi)綠氫項目95%以上的裝機份額；PEM制氫技術(shù)處在商業(yè)化前期階段，SOEC技術(shù)仍處于實驗室或示范階段。

具體來看，上述三種技術(shù)各具優(yōu)勢和短板。比如，堿性電解水制氫技術(shù)單槽規(guī)模較大，最大超過1000Nm3/h，單位成本低，但單位電耗相對較高，且動態(tài)響應(yīng)能力不足；PEM制氫技術(shù)單槽最大規(guī)模能達到500Nm3/h，動態(tài)響應(yīng)能力較強，但設(shè)備成本較高，約為堿性電解槽價格的三倍以上；SOEC制氫技術(shù)單槽最大規(guī)模小于10Nm3/h，效率較高，但系統(tǒng)壽命較短。

華能清潔能源技術(shù)研究院氫能技術(shù)部主任王金意認為，堿性電解水制氫在設(shè)備大型化方面具有優(yōu)勢，但低電耗和高功率仍是攻關(guān)方向。“PEM制氫技術(shù)動態(tài)響應(yīng)能力強，但成本有待降低，SOEC技術(shù)具有明顯的能效優(yōu)勢，但壽命問題亟待解決。”

企業(yè)發(fā)力攻克關(guān)鍵技術(shù)

“為適應(yīng)大規(guī)模可再生能源制氫，電解槽大型化、降低制氫電耗、提高運行調(diào)節(jié)范圍、提高壽命是技術(shù)發(fā)展趨勢。”王金意表示，核心材料的基礎(chǔ)研發(fā)在PEM電解槽實現(xiàn)低電耗、耐高壓和大型化過程中扮演著關(guān)鍵角色。

《中國能源報》記者了解到，在SOEC制氫技術(shù)上，目前國內(nèi)單電池和電堆基礎(chǔ)研發(fā)已達到國際先進水平，但系統(tǒng)集成能力不足，高溫氣冷堆核電站的投運為應(yīng)用示范帶來良好契機。另外，陰離子交換膜（AEM）電解水制氫技術(shù)融合了堿性電解水和PEM電解水的技術(shù)優(yōu)勢，作為新興技術(shù)，已成為歐美國家的研發(fā)熱點。未來，一旦突破AEM和高活性非貴金屬催化劑等關(guān)鍵材料瓶頸，有望顯著提升電解槽性能、降低電解槽制造成本，為可再生能源電解制氫產(chǎn)業(yè)帶來突破性變革。

當前，國內(nèi)相關(guān)企業(yè)和研究機構(gòu)均在加快綠氫制備關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)布局。

3月20日，中國石化氫能技術(shù)重大科技項目——由中國石化（大連）石油化工研究院自主研發(fā)、中原油田承建的國內(nèi)百千瓦級SOEC（固體氧化物電解水制氫項目）電解水制氫項目開工。據(jù)了解，該項目施工預(yù)期30天，試驗周期60天，以高純氫氣安全生產(chǎn)和高效生產(chǎn)為目標，針對百千萬級SOEC電解水制氫系統(tǒng)在高溫、高濕、涉氫、富氧及微正壓環(huán)境下穩(wěn)定運行、健康管控和低能耗展開攻關(guān)，提高電堆和材料的運行穩(wěn)定性。

此外，華能清潔能源技術(shù)研究院目前已自主研發(fā)電催化劑、隔膜等關(guān)鍵材料，掌握電解槽設(shè)計、組裝關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)備級、場站級制氫系統(tǒng)控制優(yōu)化與集成等。同時，該院正加強氫能產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)及示范，與上游可再生能源動態(tài)耦合，拓展下游氫能交通、化工領(lǐng)域多元利用場景，開展全產(chǎn)業(yè)鏈項目規(guī)劃和示范。

陽光氫能科技有限公司于2023年發(fā)布可再生能源柔性制氫系統(tǒng)解決方案，通過柔性組網(wǎng)技術(shù)、電力電子技術(shù)、電化學(xué)技術(shù)、化工動態(tài)技術(shù)、能量管理技術(shù)等六大核心技術(shù)，使制氫更靈活、高效和友好。