水电解制氢技术成本是绿色氢气从工业级向能源级转化的关键因素,降低成本的技术路径有三种:
1、大型化,包括单体水电解制氢设备的大型化和模块化。
通过改进材料、多罐一套净化、容器一体化模块化等措施,国产大型碱水电解制氢设备的制氢能力已达到1000立方米,并在绿色氢项目和示范项目中得到应用。然而,质子交换膜水电解制氢能力达到100立方米。模块化是具有多个水电解制氢设备的系统。
2、降低功耗。
电解水制氢由于降低了电耗,具有明显的优势,但降低了制氢成本。研究机构和企业都在积极推动降低电耗,研究主要集中在材料、高电流密度和大尺寸电极、隔膜等方向。降低功耗涉及材料、结构等多个学科,以及加工方法的影响。目前国内还没有创新的指标方案,所以降低功耗的难度很大。由于碱性水电解制氢技术中电流密度的上限,碱性水电解制氢的效率已经达到瓶颈。而质子交换膜水电解制氢容易突破电流密度上限,进一步提高,热启动和冷启动速度更快。使用纯水,没有后期碱回收和污染治理的费用,在此基础上降低了制氢成本。
3、与可再生能源相结合。
可再生能源具有间歇性、波动性和季节性(尤其是水电、风电和光电)三大特点。在双碳背景下,随着风光储氢一体化,氢成为储能调峰的主要手段。大规模水电解制氢适应可再生能源三大特性的能力越强,技术越先进,制备绿色氢气的效率越高,关键系统对可再生能源波动的响应速度越快。目前国内企业在中国已经实现了秒级响应,即可以在一秒内启动和停止。可再生能源大型碱性水电解制氢设备宽度从20%到100%,大型质子交换膜水电解制氢设备效率更高,已实现全覆盖。
目前,国内外水电解制氢技术在大型化、N比1结构、模块化、降低能耗、高电流密度、电流应用范围广、新结构、新材料等方面进行了研究和创新,不断降低绿色制氢的成本。虽然未来国内市场将以大规模碱性水电解制氢技术为主,但随着绿色氢气的强烈需求和技术进步,大规模质子交换膜水电解制氢技术将快速发展。然而,大规模水电解制氢技术是制备绿色氢气的关键技术,也是未来的发展方向。
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