许卫：产量低、效率却高？大规模制氢系统有何优势

在当前主流四种制氢技术中，碱性电解槽和PEM已逐步实现商业化，但考虑到成本和可靠性因素，大规模制氢仍会在一段时间内以碱性电解槽为主。

在2024第四届绿氢论坛中，针对大规模电解水制氢的发展机遇，许卫提出：更大的电解设备会降低投资和运行成本，更有利于水电解设备的大规模应用。

许卫对制氢系统进行了详细介绍。典型的水电解制氢系统由5部分组成：

·水电解槽：是整个系统的核心

·附属设备：包括气液处理系统和补水系统，主要负责产品气和电解液的分离和电解液的循环，以及补充电解所需的原料水

·控制系统：控制整个电解过程的温度、压力流量等

·整流系统

·气体纯化系统：可以使氢气纯化也可以使氧气纯化

在制氢系统的基础上，许卫介绍，大规模制氢系统有两个主要发展方向，一是大规模、二是高波动。

发展大规模的关键技术包括高电流密度、低能耗、大产气量单体电解槽技术；大规模气液分离系统设计；大规模氢气和氧气纯化技术。

对于高波动的需求，要开发匹配新能源波动性电网的大容量直流电源系统设计；适应波动电源工况的能源管理系统及自动化控制策略。

水和电是影响大规模电解水制氢最终成本的两个因素。

绿氢是所有清洁氢类型中最节水的。从用水成本方面来看，制氢用水量一般为9立方水产1吨氢或9升水产1公斤氢。用各地方行业用水定额举例，内蒙古电解水制氢用水定额为10立方水/吨氢和12立方水/吨氢，可以实现电解水制氢。河北制氢用水定额则是1.2立方水/吨氢和1.5立方水/吨氢，远低于制氢所需用水量。

当用水量超过用水定额时，可能出现罚款或阶梯水价的情况，最终导致成本的提升。根据计算来看，制氢用水成本与地方行业用水定额政策有关。

电力降本方面，许卫表示：一方面要开发新的析氢、析氧电极，另一方面要降低电解小室的总电阻。

效率方面，制氢系统和我们通常使用的电器有很大的区别，从图中可以看出，随着氢气产量由20%增加到100% 直流效率可以从95%下降到80%以下，电解装置在较低产气量下具有更高的运行效率。

这也体现了大规模制氢系统的成本优势。举例来说，当加氢站内制氢使用网电制氢时，可以选择低电压（高效率）操作点，以降低用电成本；而当光伏制氢可能选择高电密操作点，这样可以降低投资成本。

大规模电解水制氢面临成本、标准以及法规三方面挑战。

成本方面，设备成本依然高。

作为设备供应商，许卫表示，首先要降低制造成本，持续研发投入以研制高效、低成本的制氢设备；其次是大规模生产对降低设备制造成本可起到更大的作用。

对此，大陆制氢在今年融资1个亿，建设新的8000m2生产车间，计划在年底前完成。

标准方面，国际上有更高的标准要求。

目前我国现行的水电解设备现行标准有6项，其中2项关于氢氧发生器，4项关于水电解制氢。这些国家标准的发布和实施，统一和规范了我国水电解产品，保证了行业健康有序的发展。

但我国的水电解设备标准仅涉及ALK和PEM，ISO/TC197 在2019年 发布了新版22734，包括了AEM技术，在标准设定上具有更高的要求。如果我国也采用此ISO标准作为国家标准 将使我国水电解制氢设备满足国际通用技术和安全要求，为我国设备开拓更大的国际市场创造有利条件。

法规方面，国家层面仍将氢气作为危险化学品，禁止在化工园区外生产。

虽然近三年内地方层面如山东、河北、广东、四川等地表示绿氢生产可以不在化工园区，但这些法规仅仅是地方性政策。

随着国内外碳减排压力日益增大，在国家相关政策的支持下，可再生能源电力的价格将继续下降，大规模电解水制氢系统的更合理配置也会进一步降低绿氢生产成本，绿氢的经济性将逐步显现，基于可再生能源电力消纳的电解水制氢系统规模有望持续扩大。

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来源：氢能观察  记者：李航