在考克利爾能源亞太區(qū)總裁、考克利爾競立(蘇州)氫能科技有限公司總經(jīng)理林立邦看來，低能耗、低成本和大型化是未來電解水制氫設備行業(yè)發(fā)展的重要趨勢，在此過程中，設備關鍵材料、制造工藝、系統(tǒng)集成等將迎來持續(xù)變革，產(chǎn)業(yè)標準體系亟待進一步完善。

▲考克利爾競立準備發(fā)貨

11月24日，寶豐能源發(fā)布公告稱，寶豐能源內蒙古“綠氫+”煤制烯烴項目正式獲批，該項目將通過電解水制取出綠氫和綠氧，用綠氫替代煤作為原料進行生產(chǎn)。在碳達峰碳中和目標推動下，氫能產(chǎn)業(yè)熱度不減，我國可再生能源裝機規(guī)模目前居全球第一，綠氫供給潛力巨大，以綠電制綠氫，促進氫能產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展成為行業(yè)共識。

在政策支持及市場需求帶動下，電解水制氫設備市場迎來快速發(fā)展。當前，電解水制氫技術如何進一步提升？制氫產(chǎn)業(yè)還有哪些問題亟待完善？在考克利爾能源亞太區(qū)總裁、考克利爾競立(蘇州)氫能科技有限公司總經(jīng)理林立邦看來，低能耗、低成本和大型化是未來電解水制氫設備行業(yè)發(fā)展的重要趨勢，在此過程中，設備關鍵材料、制造工藝、系統(tǒng)集成等將迎來持續(xù)變革，產(chǎn)業(yè)標準體系亟待進一步完善。

堿性電解水制氫技術

居于領先地位

一組數(shù)字即可體現(xiàn)堿性電解槽發(fā)展現(xiàn)狀。2021年，全球電解槽出貨量超過458兆瓦，其中堿性電解槽出貨量占比將近70%，約317兆瓦左右。僅考克利爾競立一家企業(yè)的出貨量就達到160兆瓦，占全球堿性電解槽出貨量的50%左右。預計2022年，全球電解槽出貨量大概會超過2吉瓦，堿性電解槽占比提升至75%左右。

林立邦指出，全球范圍內，堿性電解水制氫技術可以追溯到100多年前，上個世紀20年代左右，西方國家就已開始將這一制氫技術用于工業(yè)產(chǎn)氫。我國堿性電解水制氫技術于上世紀70年代由國外引進，一開始用于軍工等領域需求，后來逐漸轉到民用，上世紀90年代開始迎來大幅發(fā)展。從這個角度看，國內的堿性電解水制氫技術一開始就引進了國外的成熟技術，再加上國內這30年來持續(xù)研發(fā)，因此，我國堿性電解水制氫技術水平在國際已居于領先地位。

從技術和成本角度看，堿性電解水制氫技術暫時難以被其他技術路線趕超。“堿性電解水制氫在所有制氫路線中，技術最成熟，成本最低，同時也最能夠實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。”林立邦表示，現(xiàn)階段，化工、冶金等領域需要大規(guī)模的氫氣產(chǎn)能，堿性電解槽產(chǎn)能目前已能做到1000標方/小時到1500標方/小時，相對其他制氫技術來說規(guī)模最大，成本最便宜。如我國首個萬噸級光伏綠氫示范項目——中國石化新疆庫車綠氫示范項目、寶豐能源的電解水制氫項目均采用堿性電解槽。

▲中石化新疆庫車綠氫項目4對1系統(tǒng)實證基地航拍圖

林立邦指出，雖然另一主要制氫方式——質子交換膜(PEM)電解具有響應速度快的優(yōu)勢，但其成本、壽命仍有待進一步提升。例如，目前質子交換膜仍主要依賴進口，PEM使用的貴金屬催化劑導致其制氫成本是堿性電解水制氫的4-5倍，同時，PEM電解槽的壽命只有堿性電解槽的1/4-1/5。由此看來，未來至少8-10年內，堿性電解水制氫將持續(xù)成為主流制氫技術。

與此同時，林立邦強調，對于技術本身而言，并不存在互相取代的情況，隨著產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展，未來應用場景將不斷拓寬。需要大規(guī)模制氫產(chǎn)能的化工冶金領域將持續(xù)采用堿性電解槽制氫，而在分布式能源場景中，如現(xiàn)場制氫加氫站這種氫能產(chǎn)量較小的場景，PEM電解槽將具有獨特優(yōu)勢。“行業(yè)技術路線應百花齊放，‘雙碳’目標下，氫能將成為未來重要能源之一，針對不同應用場景選擇不同技術路徑是大勢所趨。隨著各個技術的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)整體成本也將進一步降低，利好氫能產(chǎn)業(yè)高質量發(fā)展。”

大型化、低成本、低能耗

是產(chǎn)業(yè)發(fā)展共識

2022年6月1日，國家發(fā)改委、國家能源局等9部門聯(lián)合印發(fā)了《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》，提出推動可再生能源規(guī)模化制氫利用，開展規(guī)模化可再生能源制氫示范，打造規(guī)模化的綠氫生產(chǎn)基地。

現(xiàn)階段，綠氫替代灰氫和藍氫是氫能產(chǎn)業(yè)的重要市場之一。林立邦表示，傳統(tǒng)能源相關企業(yè)碳減排壓力巨大，石油、煉化、冶金等領域都將是未來我國綠氫市場的需求大戶。與此同時，氫能在交通方面的應用也會不斷增加。“此外，分布式能源也將成為綠氫重要應用場景，如在機場航站樓屋頂鋪光伏板，再配合電解水制氫設備制取綠氫，機場里面的大巴、叉車等交通工具都可進行燃料電池替換，除機場外，上述模式還可應用在大型商場、大型醫(yī)院等。”

▲考克利爾競立員工在調試現(xiàn)場

政策激勵和市場需求驅動下，我國綠氫未來供不應求的趨勢極為明顯，實現(xiàn)設備大型化、低成本、低能耗成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展重要共識。記者了解到，在制氫設備大型化方向上，考克利爾競立已在2017年研制出全球首臺套產(chǎn)氫量1000標方/小時的制氫設備，2021年研制出國際首臺套1200標方/小時和1300標方/小時電解水制氫設備，未來將積極發(fā)力1500標方/小時及以上的制氫設備。

在堿性制氫設備快速向大型化躍進過程中，如何兼顧成本能耗的降低、提升系統(tǒng)集成能力持續(xù)考驗著整個行業(yè)。“以設備大型化為方向，業(yè)界都在進行持續(xù)研發(fā)，1500標方/小時的單臺產(chǎn)能還遠遠不夠。”林立邦同時提醒，如果單臺設備越來越大，在運行、運輸、維修等各方面都會遇到問題，一味增加電解槽體積，最后的邊際效應將呈現(xiàn)遞減狀態(tài)。因此大型化并非無止境的一直放大，在此過程中，尋求成本、能耗以及大型化之間的平衡點尤為重要。

在林立邦看來，系統(tǒng)的優(yōu)化集成是關鍵。“以多臺電解制氫設備集成生產(chǎn)替代單臺大體積設備，將更為靈活和方便。在此過程中，提高電流密度、降低能耗、優(yōu)化結構等，都是系統(tǒng)優(yōu)化集成的重要著力點。

“事實上，行業(yè)內不同企業(yè)已經(jīng)在從不同角度為之努力。以考克利爾競立為例，去年下線的1300標方/小時的電解制氫設備，由于在增加單臺制氫產(chǎn)能的同時，顧及了結構的優(yōu)化和材料效率的提高，該設備比原先1000標方/小時設備體積還要小25%。”林立邦指出，如果要進一步突破目前技術研發(fā)的“天花板”，隔膜和電極等關鍵材料都有待革新，業(yè)界應各顯神通、不斷創(chuàng)新，持續(xù)追求更高效的隔膜以及效能更好的電極。

建立標準體系

為產(chǎn)業(yè)提供權威參考

企業(yè)不斷尋求技術突破外，產(chǎn)業(yè)發(fā)展也離不開更多維度的支持。林立邦提出，隨著堿性電解槽應用規(guī)模不斷擴大，堿性電解槽相關標準需要不斷完善。“與其他工業(yè)設備有更明確、統(tǒng)一的標準不同，目前雖然已有部分堿性電解水制氫相關行業(yè)標準出臺，但還遠遠不夠。”

除此之外，制氫設備相關的產(chǎn)品標準也有待完善。林立邦指出，由于不同客戶有不同的需求，把產(chǎn)品標準化可以給行業(yè)和客戶一個具體明確的參考指標，同時自身產(chǎn)品標準化后，有利于量產(chǎn)步伐進一步加快，整體成本也將迎來降低，對企業(yè)和用戶而言都是利好。“當前，我國約有100多家電解水制氫企業(yè)，但總體而言魚龍混雜，雖已有中國氫能聯(lián)盟等氫能行業(yè)內較有公信力的組織開始制定電解水制氫相關標準，但整體標準體系的建立和完善仍在路上，需要政府或權威行業(yè)協(xié)會牽頭，制定更加權威、科學的標準體系。”

▲考克利爾競立生產(chǎn)的堿性電解槽

“‘雙碳’目標下，我國綠氫產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展?jié)摿薮螅瑢Ξa(chǎn)業(yè)而言，企業(yè)間相互協(xié)作尤為重要。”林立邦認為，正常的企業(yè)行為外，企業(yè)間應加強交流合作，發(fā)揮“1+1＞2”的作用，共同推動技術創(chuàng)新。

制氫產(chǎn)業(yè)作為氫能全產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)之一，離不開全產(chǎn)業(yè)鏈的共同發(fā)力。“整個氫能產(chǎn)業(yè)基礎應用環(huán)環(huán)相扣，一方面，整個價值鏈上的不同產(chǎn)業(yè)要有更多的溝通合作，另一方面，在電解水制氫產(chǎn)業(yè)、企業(yè)間要在競爭中求合作，創(chuàng)造好的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，共同推動制氫技術的快速普及。”林立邦稱，在此過程中，需要權威行業(yè)協(xié)會、大型國企央企或者政府這樣有公信力的第三方牽頭，為企業(yè)溝通交流搭建有效平臺，加快推動產(chǎn)業(yè)協(xié)作。