鉅大LARGE | 點擊量：1449次 | 2022年12月03日
幾種電解水制氫技術(shù)哪種應(yīng)用更具經(jīng)濟性
氫能，作為一種與石油一樣可以廣泛同時應(yīng)用于熱、電和交通工具三種燃料的全能型能源，被國際能源署定義為“高級”能源，是一種理想的優(yōu)質(zhì)清潔能源。
2017年作為國內(nèi)燃料電池產(chǎn)業(yè)化的元年，氫能終端應(yīng)用——燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)化標志著國內(nèi)已逐漸形成完整的閉環(huán)氫能產(chǎn)業(yè)鏈。其中燃料電池和燃料電池汽車最受人矚目，大量資金和許多大型企業(yè)開始布局燃料電池產(chǎn)業(yè)，以期在不久的未來占據(jù)行業(yè)制高點，反觀產(chǎn)業(yè)鏈上游的制氫企業(yè)卻屬鳳毛麟角。
眾所周知，目前氫能行業(yè)的痛點有二：一是兼具經(jīng)濟性和安全性的氫氣制取和儲運方式；二是高昂的氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)費。這兩點都和氫氣的制取和儲運方式的選擇有關(guān)。
長期以來，國內(nèi)的制氫大多都是煉油廠自建用來滿足本廠的氫氣需求，國內(nèi)專門制氫的企業(yè)數(shù)量并不多且發(fā)展滯緩。傳統(tǒng)煤制氫、天然氣制氫和其他化工原料制氫技術(shù)都存在一定的高能耗、高污染、工藝流程長且出氫純度低等缺點，而電解水制氫技術(shù)則具有零排放和產(chǎn)品純度高等優(yōu)勢，耦合可再生能源電解水制氫，還能有效消納“三棄”電力，調(diào)整電力系統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)。
德國最早引入P2G(powertogas)的概念，即利用可再生能源導入量的擴大，利用風力發(fā)電、太陽能發(fā)電等的剩余電力電解水生成氫，然后提供給現(xiàn)有的燃氣管道網(wǎng)絡(luò)電解水技術(shù)路線。目前電解水技術(shù)可分為三種，堿水電解、固體氧化物電解和PEM純水電解水技術(shù)，技術(shù)參數(shù)對比詳見表1。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
堿水電解技術(shù)發(fā)展最為成熟商業(yè)化程度最高，因其技術(shù)最為成熟且成本更低，國外代表企業(yè)有法國Mcphy公司、美國Teledyne公司和挪威Nel公司，國內(nèi)代表企業(yè)有蘇州競立制氫、天津大陸制氫和特種718所。
2015年，河北建投新能源有限公司與德國McPhy公司、Encon等公司進行技術(shù)合作，引進德國風電制氫先進技術(shù)及設(shè)備，在河北省張家口市沽源縣建設(shè)200MW風力發(fā)電場，并建設(shè)電解制氫裝置以及氫能的儲存、運輸及綜合利用系統(tǒng)。
PEM純水電解技術(shù)因其出色的可再生能源適應(yīng)性和清潔無污染等特點，目前也成為各大電解水制氫企業(yè)的研究重點，但是其成本高一直阻礙其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的難點(單位產(chǎn)能的PEM純水電解設(shè)備是堿水的兩到三倍)。大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化是一條有效的降低PEM純水電解裝置的手段。
目前，國內(nèi)有關(guān)PEM純水電解技術(shù)研究僅限于特種718所、中電豐業(yè)、中科院大連化物所、安思卓和山東賽克賽斯氫能這幾家科研單位或者企業(yè)，且產(chǎn)業(yè)化程度低。而國外的Proton公司和Hydrogenics公司的幾乎囊括了世界范圍內(nèi)的PEM電解水產(chǎn)品市場。
2018年3月，三峽資本與美國Proton(已被挪威Nel收購)簽署氫能產(chǎn)業(yè)合作協(xié)議，雙方將在濰坊市高新區(qū)成立合資公司，設(shè)立生產(chǎn)工廠和研發(fā)中心，以期大幅度降低設(shè)備造價，使低成本、大規(guī)模制氫成為可能。
PEM電解水制氫與質(zhì)子交換膜燃料電池工作流程互為逆過程，如圖1所示。但是兩者的關(guān)鍵材料如催化劑、MEA和雙極板卻不盡相同，當然，可逆燃料電池是一個個例。
單純就PEM電解水技術(shù)而言，本身是比較成熟的，2018年“可再生能源與氫能技術(shù)”國家重點專項指南，就把“MW級固體聚合物電解質(zhì)電解水制氫技術(shù)”列為重點科研專項，指南明確指出要攻克PEM電解水制氫裝置的共性關(guān)鍵技術(shù)的難點，并對其功率、直流電耗、功率調(diào)節(jié)范圍和儲氫壓力都提出了很高的要求，遠超過目前市面上歐美商業(yè)化產(chǎn)品。PEM純水電解水技術(shù)產(chǎn)業(yè)化事業(yè)已變得迫在眉睫。
據(jù)了解，三峽資本認為在引進Proton的PEM電解水設(shè)備生產(chǎn)線后，設(shè)備價格將會降低到原來的1/3，而目前國內(nèi)代理報價400Nm3/h的PEM產(chǎn)品銷售價格為2000萬RMB左右(不含稅運)，按照這個估算，產(chǎn)業(yè)化后的MW級PEM電解水設(shè)備可降至1.5萬RMB/(Nm3/h)。以500Nm3/h(1MW，同等規(guī)格堿水制氫設(shè)備售價1.0萬RMB/(Nm3/h))為日供氫量300Kg的加氫站為例，針對不同電價對PEM純水電解制氫成本進行敏感性分析。
(1)利用工業(yè)用電現(xiàn)場制氫
假設(shè)大工業(yè)用電平均電價為0.687元/(kW？h)，通過成本核算計算得到制氫成本約為3.68元/Nm3，另折算加氫站建設(shè)和管理運行成本，與目前加氫站示范運營加氫定價40元/Kg(3.965元/Nm3)相近，所以用大工業(yè)電現(xiàn)場制氫加氫這種方式不具經(jīng)濟性。
(2)利用可再生能源制氫+輸氫
假設(shè)可再生能源發(fā)電價格0.1元/(kW？h)，氫源距離加氫站50km，則利用長管拖車輸氫成本為0.3元/Nm3，加氫站建設(shè)運營成本折算為1元/Nm3(折算年限15年，不包含加氫站土地購買費用)。綜上，利用可再生能源制氫和長管拖車高壓輸氫的方式加氫，制氫成本為2元/Nm3，預(yù)期氫氣售賣利潤空間高達50%。當然，隨著可在能源制氫地與加氫站距離的增加，輸氫成本會相應(yīng)升高，這時，需要更具經(jīng)濟性和規(guī)模性的儲氫輸氫技術(shù)路線，例如有機液態(tài)儲氫、固態(tài)儲氫或深冷液氫等。
