電解水制氫主流技術實現(xiàn)突破
隨著技術的進步，SOEC已開始逐步走向規(guī)模化發(fā)展，降本路徑清晰，有望成為助力實現(xiàn)碳達峰碳中和目標的重要推動力。
▲翌晶氫能SOEC電堆自動化產線。
4月25日，上海翌晶氫能科技有限公司研發(fā)的國內首條固體氧化物電解水制氫(SOEC)電堆自動化產線正式下線，年產能可達100兆瓦，可兼容多型號電堆生產。
業(yè)界普遍認為，SOEC作為主要電解水制氫方式之一，此前一直處于實驗室驗證階段，但隨著技術的進步，SOEC已開始逐步走向規(guī)模化發(fā)展，降本路徑清晰，有望成為助力實現(xiàn)碳達峰碳中和目標的重要推動力。
多元化技術路線利好產業(yè)發(fā)展
目前，堿性電解水、質子交換膜電解水（PEM）、固體氧化物電解水（SOEC）制氫為三種主流電解水制氫技術。其中，堿性電解水技術最為成熟，已能夠實現(xiàn)大規(guī)模制氫應用，目前國內已實現(xiàn)兆瓦級制氫應用。PEM制氫在過去十年發(fā)展迅速，相比于堿性電解水工藝，其占地面積較小，與可再生能源的適配度更高，國內目前已實現(xiàn)規(guī)模較小的商業(yè)化運作。川財證券研究指出，SOEC制氫的主要特點是工作溫度高、效率高、蒸汽替代液態(tài)水，且可以反向運作，充當燃料電池，目前國際上已實現(xiàn)商業(yè)化，但規(guī)模落后于堿性和PEM電解水制氫。
“堿性電解水制氫與PEM制氫的較快發(fā)展得益于有一定的產業(yè)基礎作支撐，如堿性電解槽原先用來制氧，隨著制氫產業(yè)發(fā)展及氫氣需求加速增長，堿性電解槽開始用于制氫環(huán)節(jié)。”資深從業(yè)者鄭賢玲對記者表示，“SOEC加速發(fā)展是業(yè)內所盼，這一技術路線解決了電解槽的污染、體積大、效率不太高、貴金屬成本等問題，如今SOEC已正式走出實驗室，對于產業(yè)而言是重要的一步。”
佛山環(huán)境與能源研究院上海事業(yè)部部長鄔佳益認為，雖然相較堿性電解水和PEM，SOEC發(fā)展進程較慢，但目前主流電解水制氫方式各有其優(yōu)勢，也分別適用于不同的應用場景。“同時，對產業(yè)而言，技術的不斷更新迭代是大勢所趨，現(xiàn)在的技術能否適應未來的發(fā)展值得關注。因此，多元化的技術路線同時發(fā)展將更好更快適應未來應用場景、商業(yè)模式等的快速變化，最終利好產業(yè)發(fā)展。”
降本增效優(yōu)勢顯著
開源證券研究指出，SOEC擁有不使用貴金屬催化劑、余熱溫度高、能量轉化效率高等優(yōu)勢，可適用于制氫、熱電聯(lián)產等應用場景，是實現(xiàn)我國碳達峰碳中和目標的重要發(fā)展方向。
據(jù)上海翌晶氫能科技有限公司總經理劉青介紹，在電解水制氫的成本構成中，電費占比80%、折舊占比10%、運營維護10%，因此，降低電費成本成為電解水制氫降本的關鍵因素，而SOEC高效優(yōu)勢將引領綠氫技術降本。“數(shù)據(jù)顯示，SOEC系統(tǒng)的電解效率超過84%，與工業(yè)余熱回收結合，能進一步降低電耗達10%，比堿性和PEM電解省電28%。”
關于降本問題，劉青表示，現(xiàn)今，SOEC降本速度已遠超預期，預計到2023年，成本可降為1萬元/kW；2025年有望下降到5000元/kW；至2030年，成本將為1000元/kW，相較2023年下降90%。
“目前，氫氣生產大部分是以化石燃料為主的灰氫，或通過碳捕集和封存技術來減少碳排放制取的藍氫，由清潔能源和可再生能源制取的綠氫所占比重則不足千分之一。”國家能源局原正司級巡視員、中國投資協(xié)會能源投資專委會會長孫耀唯表示，采用先進高效的SOEC技術生產低排放、高效率的綠氫是未來氫能產業(yè)上游優(yōu)化供給的關鍵課題。SOEC技術因電價降本空間擴大而表現(xiàn)出更明顯優(yōu)勢，將成為助力工業(yè)無碳化的關鍵一環(huán)。
產業(yè)鏈需進一步完善
2022年3月出臺的《氫能產業(yè)發(fā)展中長期規(guī)（2021-2035年）》明確提出，要合理布局制氫設施，推進固體氧化物電解池制氫等技術研發(fā)。在政策方向指引下，SOEC技術迎來更多發(fā)展前景。但需要注意的是，目前SOEC相關產業(yè)鏈尚不完善，在產氫規(guī)模、運行時間等方面符合商業(yè)化運行的SOEC產品仍較少。
具體來看，SOEC設計開發(fā)風險大，對材料性能要求高。鄔佳益指出，相比堿性電解水和PEM，SOEC技術壁壘更高。SOEC電解水制氫過程中工作溫度高，對很多材料的耐溫性和耐腐蝕性提出更高要求。“要實現(xiàn)材料在高溫下具有較好熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，不同組件間的熱膨脹系數(shù)匹配，同時保證材料成本盡可能低，行業(yè)還需要持續(xù)技術攻堅。”
產業(yè)鏈不完善也成為制約SOEC發(fā)展的重要因素。鄔佳益表示，由于SOEC發(fā)展相對較晚，產業(yè)鏈基礎不完善，行業(yè)內相關企業(yè)很少，造成產業(yè)發(fā)展速度較慢。“目前，SOEC還沒有完備的供應鏈，舉例來說，如果企業(yè)想要購買或者缺少某個零部件，可能根本找不到廠家。”
劉青表示，氫能產業(yè)將是能源低碳化轉型的主旋律，SOEC作為未來單位制氫成本最低的技術解決方案之一，必將成為綠氫邁向大規(guī)模應用的主要抓手和推動力。期盼業(yè)內上下游各企業(yè)通力合作，打造一個更加完善、更有韌性的SOEC生態(tài)產業(yè)鏈體系，將綠氫產業(yè)做大做強。
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