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

▲考克利爾競(jìng)立準(zhǔn)備發(fā)貨

11月24日，寶豐能源發(fā)布公告稱(chēng)，寶豐能源內(nèi)蒙古“綠氫+”煤制烯烴項(xiàng)目正式獲批，該項(xiàng)目將通過(guò)電解水制取出綠氫和綠氧，用綠氫替代煤作為原料進(jìn)行生產(chǎn)。在碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)推動(dòng)下，氫能產(chǎn)業(yè)熱度不減，我國(guó)可再生能源裝機(jī)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(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展成為行業(yè)共識(shí)。

在政策支持及市場(chǎng)需求帶動(dòng)下，電解水制氫設(shè)備市場(chǎng)迎來(lái)快速發(fā)展。當(dāng)前，電解水制氫技術(shù)如何進(jìn)一步提升？制氫產(chǎn)業(yè)還有哪些問(wèn)題亟待完善？在考克利爾能源亞太區(qū)總裁、考克利爾競(jìng)立(蘇州)氫能科技有限公司總經(jīng)理林立邦看來(lái)，低能耗、低成本和大型化是未來(lái)電解水制氫設(shè)備行業(yè)發(fā)展的重要趨勢(shì)，在此過(guò)程中，設(shè)備關(guān)鍵材料、制造工藝、系統(tǒng)集成等將迎來(lái)持續(xù)變革，產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系亟待進(jìn)一步完善。

堿性電解水制氫技術(shù)

居于領(lǐng)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(guò)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(jìng)立一家企業(yè)的出貨量就達(dá)到160兆瓦，占全球堿性電解槽出貨量的50%左右。預(yù)計(jì)2022年，全球電解槽出貨量大概會(huì)超過(guò)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(nèi)，堿性電解水制氫技術(shù)可以追溯到100多年前，上個(gè)世紀(jì)20年代左右，西方國(guó)家就已開(kāi)始將這一制氫技術(shù)用于工業(yè)產(chǎn)氫。我國(guó)堿性電解水制氫技術(shù)于上世紀(jì)70年代由國(guó)外引進(jìn)，一開(kāi)始用于軍工等領(lǐng)域需求，后來(lái)逐漸轉(zhuǎn)到民用，上世紀(jì)90年代開(kāi)始迎來(lái)大幅發(fā)展。從這個(gè)角度看，國(guó)內(nèi)的堿性電解水制氫技術(shù)一開(kāi)始就引進(jìn)了國(guó)外的成熟技術(shù)，再加上國(guó)內(nèi)這30年來(lái)持續(xù)研發(fā)，因此，我國(guó)堿性電解水制氫技術(shù)水平在國(guó)際已居于領(lǐng)先地位。

從技術(shù)和成本角度看，堿性電解水制氫技術(shù)暫時(shí)難以被其他技術(shù)路線趕超。“堿性電解水制氫在所有制氫路線中，技術(shù)最成熟，成本最低，同時(shí)也最能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。”林立邦表示，現(xiàn)階段，化工、冶金等領(lǐng)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(biāo)方/小時(shí)到1500標(biāo)方/小時(shí)，相對(duì)其他制氫技術(shù)來(lái)說(shuō)規(guī)模最大，成本最便宜。如我國(guó)首個(gè)萬(wàn)噸級(jí)光伏綠氫示范項(xiàng)目——中國(guó)石化新疆庫(kù)車(chē)綠氫示范項(xiàng)目、寶豐能源的電解水制氫項(xiàng)目均采用堿性電解槽。

▲中石化新疆庫(kù)車(chē)綠氫項(xiàng)目4對(duì)1系統(tǒng)實(shí)證基地航拍圖

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

與此同時(shí)，林立邦強(qiáng)調(diào)，對(duì)于技術(shù)本身而言，并不存在互相取代的情況，隨著產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，未來(lái)應(yīng)用場(chǎng)景將不斷拓寬。需要大規(guī)模制氫產(chǎn)能的化工冶金領(lǐng)域?qū)⒊掷m(xù)采用堿性電解槽制氫，而在分布式能源場(chǎng)景中，如現(xiàn)場(chǎng)制氫加氫站這種氫能產(chǎn)量較小的場(chǎng)景，PEM電解槽將具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。“行業(yè)技術(shù)路線應(yīng)百花齊放，‘雙碳’目標(biāo)下，氫能將成為未來(lái)重要能源之一，針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景選擇不同技術(shù)路徑是大勢(shì)所趨。隨著各個(gè)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)整體成本也將進(jìn)一步降低，利好氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。”

大型化、低成本、低能耗

是產(chǎn)業(yè)發(fā)展共識(shí)

2022年6月1日，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局等9部門(mén)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(dòng)可再生能源規(guī)模化制氫利用，開(kāi)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(lán)氫是氫能產(chǎn)業(yè)的重要市場(chǎng)之一。林立邦表示，傳統(tǒng)能源相關(guān)企業(yè)碳減排壓力巨大，石油、煉化、冶金等領(lǐng)域都將是未來(lái)我國(guó)綠氫市場(chǎng)的需求大戶(hù)。與此同時(shí)，氫能在交通方面的應(yīng)用也會(huì)不斷增加。“此外，分布式能源也將成為綠氫重要應(yīng)用場(chǎng)景，如在機(jī)場(chǎng)航站樓屋頂鋪光伏板，再配合電解水制氫設(shè)備制取綠氫，機(jī)場(chǎng)里面的大巴、叉車(chē)等交通工具都可進(jìn)行燃料電池替換，除機(jī)場(chǎng)外，上述模式還可應(yīng)用在大型商場(chǎng)、大型醫(yī)院等。”

▲考克利爾競(jìng)立員工在調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)

政策激勵(lì)和市場(chǎng)需求驅(qū)動(dòng)下，我國(guó)綠氫未來(lái)供不應(yīng)求的趨勢(shì)極為明顯，實(shí)現(xiàn)設(shè)備大型化、低成本、低能耗成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展重要共識(shí)。記者了解到，在制氫設(shè)備大型化方向上，考克利爾競(jìng)立已在2017年研制出全球首臺(tái)套產(chǎn)氫量1000標(biāo)方/小時(shí)的制氫設(shè)備，2021年研制出國(guó)際首臺(tái)套1200標(biāo)方/小時(shí)和1300標(biāo)方/小時(shí)電解水制氫設(shè)備，未來(lái)將積極發(fā)力1500標(biāo)方/小時(shí)及以上的制氫設(shè)備。

在堿性制氫設(shè)備快速向大型化躍進(jìn)過(guò)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(yàn)著整個(gè)行業(yè)。“以設(shè)備大型化為方向，業(yè)界都在進(jìn)行持續(xù)研發(fā)，1500標(biāo)方/小時(shí)的單臺(tái)產(chǎn)能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。”林立邦同時(shí)提醒，如果單臺(tái)設(shè)備越來(lái)越大，在運(yùn)行、運(yùn)輸、維修等各方面都會(huì)遇到問(wèn)題，一味增加電解槽體積，最后的邊際效應(yīng)將呈現(xiàn)遞減狀態(tài)。因此大型化并非無(wú)止境的一直放大，在此過(guò)程中，尋求成本、能耗以及大型化之間的平衡點(diǎn)尤為重要。

在林立邦看來(lái)，系統(tǒng)的優(yōu)化集成是關(guān)鍵。“以多臺(tái)電解制氫設(shè)備集成生產(chǎn)替代單臺(tái)大體積設(shè)備，將更為靈活和方便。在此過(guò)程中，提高電流密度、降低能耗、優(yōu)化結(jié)構(gòu)等，都是系統(tǒng)優(yōu)化集成的重要著力點(diǎn)。

“事實(shí)上，行業(yè)內(nèi)不同企業(yè)已經(jīng)在從不同角度為之努力。以考克利爾競(jìng)立為例，去年下線的1300標(biāo)方/小時(shí)的電解制氫設(shè)備，由于在增加單臺(tái)制氫產(chǎn)能的同時(shí)，顧及了結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和材料效率的提高，該設(shè)備比原先1000標(biāo)方/小時(shí)設(shè)備體積還要小25%。”林立邦指出，如果要進(jìn)一步突破目前技術(shù)研發(fā)的“天花板”，隔膜和電極等關(guān)鍵材料都有待革新，業(yè)界應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)體系

為產(chǎn)業(yè)提供權(quán)威參考

企業(yè)不斷尋求技術(shù)突破外，產(chǎn)業(yè)發(fā)展也離不開(kāi)更多維度的支持。林立邦提出，隨著堿性電解槽應(yīng)用規(guī)模不斷擴(kuò)大，堿性電解槽相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)需要不斷完善。“與其他工業(yè)設(shè)備有更明確、統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)不同，目前雖然已有部分堿性電解水制氫相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)，但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。”

除此之外，制氫設(shè)備相關(guān)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)也有待完善。林立邦指出，由于不同客戶(hù)有不同的需求，把產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化可以給行業(yè)和客戶(hù)一個(gè)具體明確的參考指標(biāo)，同時(shí)自身產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化后，有利于量產(chǎn)步伐進(jìn)一步加快，整體成本也將迎來(lái)降低，對(duì)企業(yè)和用戶(hù)而言都是利好。“當(dāng)前，我國(guó)約有100多家電解水制氫企業(yè)，但總體而言魚(yú)龍混雜，雖已有中國(guó)氫能聯(lián)盟等氫能行業(yè)內(nèi)較有公信力的組織開(kāi)始制定電解水制氫相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，但整體標(biāo)準(zhǔn)體系的建立和完善仍在路上，需要政府或權(quán)威行業(yè)協(xié)會(huì)牽頭，制定更加權(quán)威、科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)體系。”

▲考克利爾競(jìng)立生產(chǎn)的堿性電解槽

“‘雙碳’目標(biāo)下，我國(guó)綠氫產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展?jié)摿薮螅瑢?duì)產(chǎn)業(yè)而言，企業(yè)間相互協(xié)作尤為重要。”林立邦認(rèn)為，正常的企業(yè)行為外，企業(yè)間應(yīng)加強(qiáng)交流合作，發(fā)揮“1+1＞2”的作用，共同推動(dòng)技術(shù)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(kāi)全產(chǎn)業(yè)鏈的共同發(fā)力。“整個(gè)氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)應(yīng)用環(huán)環(huán)相扣，一方面，整個(gè)價(jià)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(jìng)爭(zhēng)中求合作，創(chuàng)造好的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，共同推動(dòng)制氫技術(shù)的快速普及。”林立邦稱(chēng)，在此過(guò)程中，需要權(quán)威行業(yè)協(xié)會(huì)、大型國(guó)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(tái)，加快推動(dòng)產(chǎn)業(yè)協(xié)作。