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來源｜產(chǎn)業(yè)觀察者；編審｜有料先生 屬于氫能的大時(shí)代到來了，一個(gè)默默無聞的行業(yè)突然變得炙手可熱——電解槽，一個(gè)發(fā)展了220多年的產(chǎn)品正在成為新能源革命的新焦點(diǎn)。我最近翻閱了一些關(guān)于電解水的資料，這個(gè)2020年全球也不過90MW裝機(jī)規(guī)模的產(chǎn)業(yè)關(guān)心的人實(shí)在不多，因?yàn)橄嚓P(guān)的專業(yè)資料太少，我不得不請(qǐng)教行業(yè)內(nèi)的專家來口述這個(gè)行業(yè)的歷史。也許是因?yàn)樗嘘P(guān)，跟氫和氧有關(guān)，跟生命有關(guān)，我們發(fā)現(xiàn)，電解槽的發(fā)展歷史居然與人類工業(yè)發(fā)展歷史、與中國(guó)工業(yè)發(fā)展的歷史高度契合。國(guó)際市場(chǎng):源自軍用航天的基礎(chǔ)工業(yè)氫氣的制取由來已久，1783年法國(guó)物理學(xué)家夏爾鋰提出用硫酸和鐵作用制取氫氣。同年，拉瓦錫設(shè)計(jì)了成本低廉的水蒸氣通過灼紅的槍桶制取氫氣。1800年，世界上有了電解水制取氫氣和氧氣。到十九世紀(jì)中葉，開始有了煤氣化制氫。十九世紀(jì)后半期，開始采用鐵—汽法制取氫氣。電解水技術(shù)來自于航天科技，最早是為了生產(chǎn)航空燃料，因?yàn)楹娇栈睾芷h(yuǎn)，需要?dú)錃猓植荒軓倪h(yuǎn)處運(yùn)輸過去，保密的需要也不能在當(dāng)?shù)亟ɑS，所以需要就地解決氫的來源。
1800年，Nichoson和Carlisle首先以電解法提取了氫氣和氧氣，1888年俄國(guó)的拉奇諾夫取得第一臺(tái)單極性電解槽的專利，二十世紀(jì)開始，德國(guó)的Garuti和Schuc Kert提出第一臺(tái)實(shí)用性的單極性電解槽的設(shè)計(jì)，德國(guó)的Schmidt-Oerikon 提出第一臺(tái)雙極性電解槽設(shè)計(jì)。電解槽的產(chǎn)業(yè)化是基于工業(yè)用氫的需求。1927年，世界第一臺(tái)大型壓濾式電解槽裝置在挪威的諾托登(Notodden)安裝，由海德魯公司(Norsk Hydro)制造，當(dāng)時(shí)的產(chǎn)氫量規(guī)模是10000m3/h，生產(chǎn)的純氫用于化肥生產(chǎn)試驗(yàn)，這是NEL Hydrogen的前身。這一技術(shù)到1965年發(fā)展到90000m3/h。1939年，世界第一臺(tái)大型箱式電解槽在加拿大安裝，產(chǎn)量規(guī)模為17000m3/h；1945年后，世界上已經(jīng)有近十家電解水企業(yè)。1958年印度又安裝了26000m3/h壓濾式電解槽生產(chǎn)裝置；1960年和1977年埃及分別安裝了41000m3/h和21600m3/h壓濾式電解槽生產(chǎn)裝置。1960年以前，電解槽著重在安全、可靠性和操作維護(hù)方面進(jìn)行改進(jìn)。堿性電解槽發(fā)展主要經(jīng)歷了從常壓到加壓，從石棉隔膜到非石棉隔膜電解槽，從小規(guī)模到大規(guī)模，目前加壓非石棉隔膜的兆瓦級(jí)產(chǎn)品成為堿性電解槽的主流產(chǎn)品。1948年Zdansky-Lonza設(shè)計(jì)了壓力電解槽，把電解槽的操作壓力提高到30kg/m3，并由Lurgi公司進(jìn)行制造。1958年產(chǎn)氫量為5000Nm3/h的壓力電解槽在秘魯?shù)膸?kù)斯科安裝。壓力電解槽可以降低操作電壓，同時(shí)亦可以節(jié)省壓縮消耗的電能，這是一項(xiàng)重大的改進(jìn)。我國(guó)是比較早研究壓力電解槽的國(guó)家，中船718所于上世紀(jì)60年代中期開始研究，并在70年代的時(shí)候開始產(chǎn)業(yè)化。到2001年，NHEL（NEL前身）的第一個(gè)加壓電解槽才推出市場(chǎng)。不過，NEL是1988年在全球最早推出非石棉隔膜電解槽的企業(yè)。另一條正在趨于成熟的技術(shù)路線是PEM電解槽，是20世紀(jì)60年代由燃料電池技術(shù)派生出來的一條技術(shù)路線，來自于航天器上利用燃料電池的逆反應(yīng)制氫。最早是GE公司推出用在宇宙飛船的備用系統(tǒng)， 1962年杜邦公司改良了質(zhì)子膜，20世紀(jì)80年代推出民用氫氣發(fā)生器。1996年以來，美國(guó)的Proton OnSite公司開始與聯(lián)合技術(shù)航空航天系統(tǒng)合作，為航空航天和海軍開發(fā)和制造質(zhì)子交換膜電解槽，成為全球PEM電解槽行業(yè)的龍頭。因?yàn)镻EM電解槽更能適應(yīng)可再生能源的波動(dòng)性，所以，國(guó)際市場(chǎng)上更多的目光都投向了這個(gè)方向。2017年，挪威Nel收購(gòu)美國(guó)Proton OnSite獲取領(lǐng)先的PEM電解技術(shù)，成為世界上最大的電解槽公司；康明斯完成收購(gòu)Hydrogenics水吉能；2019年陽(yáng)光電源與中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所簽訂制氫產(chǎn)業(yè)化戰(zhàn)略合作協(xié)議，開始大功率PEM電解制氫技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化研究。目前，PEM水電解制氫已步入商業(yè)化階段，但制約技術(shù)大規(guī)模發(fā)展的瓶頸在于膜電極選用被少數(shù)廠家壟斷的質(zhì)子交換膜，陰、陽(yáng)極催化劑材料需采用鉑、銥等貴金屬，且電解能耗仍然偏高。目前，國(guó)內(nèi)外非貴金屬催化劑研究已取得一定的進(jìn)展。另外，基于融合堿性水電解和PEM水電解各自優(yōu)勢(shì)的研究思路，采用堿性固體電解質(zhì)替代PEM的堿性固體陰離子交換膜（AEM）水電解制氫技術(shù)成為新方向。據(jù)相關(guān)科學(xué)家稱，新的電解制氫有望將堿性和PEM電解槽的成本降低30%。2014年歐盟提出PEM水電解制氫技術(shù)發(fā)展目標(biāo)：第一步開發(fā)分布式PEM水電解系統(tǒng)用于大型加氫站，滿足交通用氫需求；第二步生產(chǎn)10、100、250 MW的PEM電解槽，滿足工業(yè)用氫需求；第三步開發(fā)滿足大規(guī)模氫儲(chǔ)能需求的PEM水電解制氫系統(tǒng)。2015年SIEMENS、Linde Group等公司在德國(guó)美因茨能源園區(qū)投資建設(shè)全球首套MW級(jí)風(fēng)電PEM水電解制氫示范項(xiàng)目，氫氣供應(yīng)當(dāng)?shù)丶託湔?、工業(yè)企業(yè)，富余氫氣直接注入天然氣管網(wǎng)。當(dāng)可再生電力價(jià)格低于3歐分/kWh，項(xiàng)目啟動(dòng)PEM水電解制氫設(shè)備，反之上網(wǎng)發(fā)電。煉油、化工、鋼鐵等碳密集型行業(yè)也是PEM水電解制氫重要的應(yīng)用場(chǎng)景。2019年Shell和ITM Power合作，在德國(guó)Rheinland煉油廠建設(shè)10 MW可再生能源PEM水電解氫工廠，每年可為煉廠提供1300 噸綠氫。目前，PEM制氫開始研究海上風(fēng)電制氫，Shell、SIEMENS、rsted、TenneT等公司正在推動(dòng)歐盟海上風(fēng)電制氫從概念設(shè)計(jì)走向示范應(yīng)用。上世紀(jì)70年代，第一次石油危機(jī)時(shí)，人類開始尋求替代能源就將氫氣譽(yù)為“清潔的氫能”，并對(duì)氫氣的制取方法有了更加廣泛的研究，包括化學(xué)循環(huán)法、熱分解法、光催化法等各種制氫方式。在毛宗強(qiáng)、毛志明、余皓等編著的《制氫工藝與技術(shù)》（2021年）一書中，列舉了各種化石能源制氫、可再生能源制氫、生物質(zhì)能源制氫等共19種。不過，因?yàn)槌杀镜木壒?，目前，主要制氫方式是化石燃料轉(zhuǎn)換制氫和工業(yè)副產(chǎn)氫。1974年全球產(chǎn)氫量3000萬(wàn)噸，到現(xiàn)在還只有7000萬(wàn)噸，其中電解水制氫不過4%左右。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)：兩條自主研發(fā)的裝備技術(shù)路線電解槽不是一個(gè)大產(chǎn)業(yè)，但因?yàn)闅浜脱醵际浅Ｓ玫幕瘜W(xué)原料，所以，電解槽屬于基礎(chǔ)工業(yè)中必不可少的裝備。中國(guó)電解槽產(chǎn)業(yè)發(fā)展已有60多年，其間也有過成熟產(chǎn)品直接引進(jìn)的經(jīng)歷，但目前主流產(chǎn)品堿性電解槽和PEM電解槽的產(chǎn)品都是在共性理論基礎(chǔ)上獨(dú)立研發(fā)而成的。因?yàn)橹袊?guó)沒有參與過第一次工業(yè)革命和第二次工業(yè)革命，很多基礎(chǔ)工業(yè)都是在上世紀(jì)兩次技術(shù)引進(jìn)的大背景下形成的。第一次是上世紀(jì)50年代-60年代前蘇聯(lián)的156個(gè)援助項(xiàng)目下的技術(shù)引進(jìn)；第二次是上世紀(jì)80年代改革開放，中國(guó)向歐美日等發(fā)達(dá)國(guó)家引進(jìn)技術(shù)、設(shè)備、甚至是企業(yè)管理。我國(guó)電解槽最早的生產(chǎn)技術(shù)也是50年代初期從前蘇聯(lián)引進(jìn)到北京電子管廠的常壓電解槽，當(dāng)時(shí)承接這一基礎(chǔ)制造的是東北地區(qū)的企業(yè)——哈爾濱聯(lián)合機(jī)械廠（行業(yè)內(nèi)簡(jiǎn)稱“哈機(jī)聯(lián)”），哈機(jī)聯(lián)推出的常壓電解槽DY-24、DY-75、DY-125等型號(hào)一度應(yīng)用于我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)特別是電子、化工廠。當(dāng)時(shí)，廣州重型機(jī)械廠和上海重型機(jī)械廠參與了電解槽的技術(shù)“會(huì)戰(zhàn)”。第二次技術(shù)引進(jìn)的浪潮上世紀(jì)80年代，我國(guó)冶金行業(yè)和電子行業(yè)也在這一時(shí)期采購(gòu)了一些進(jìn)口的電解水設(shè)備，分別從德國(guó)和美國(guó)進(jìn)口了一部分產(chǎn)品。不過，今天在市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品既不是60年代從前蘇聯(lián)引進(jìn)的電解槽，也不是從80年代從歐美引進(jìn)的電解槽，而是中國(guó)自主設(shè)計(jì)的加壓電解槽。
1965年，畢業(yè)于天津大學(xué)燃料化學(xué)工學(xué)專業(yè)的許俊明開始從事水電解制氧工藝研究及設(shè)備設(shè)計(jì)研制工作，任水電解制氧裝置課題組長(zhǎng)，1976年-1978年，因?yàn)槲覈?guó)核潛艇員需要呼吸氧氣，許俊明的課題組開發(fā)出中壓電解槽，并獲中國(guó)船舶工業(yè)公司科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)、河北省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、加壓水電解制氫（氧）系列產(chǎn)品已列入1990年國(guó)家級(jí)火炬項(xiàng)目計(jì)劃。上世紀(jì)80年代中期，中國(guó)制造業(yè)以引進(jìn)技術(shù)為主，獨(dú)立的研究機(jī)構(gòu)資金來源遭遇挑戰(zhàn)，國(guó)家鼓勵(lì)廠所掛鉤，把設(shè)備推向社會(huì)化。許俊明與中國(guó)建材設(shè)計(jì)院探討工業(yè)應(yīng)用，建材設(shè)計(jì)院提出，浮法玻璃需要的是氫而不是氧。這樣，浮法玻璃成為我國(guó)電解槽民用市場(chǎng)規(guī)模化的第一個(gè)驅(qū)動(dòng)力，718所的電解水制氫項(xiàng)目開始進(jìn)入市場(chǎng)化，蚌埠玻璃廠、青島玻璃廠都開始采購(gòu)電解槽。
第二個(gè)驅(qū)動(dòng)力是電子領(lǐng)域，京東方的前生國(guó)營(yíng)東光電工廠(簡(jiǎn)稱878廠)、北京電子管廠(簡(jiǎn)稱774廠)等電子企業(yè)也成為了加壓電解槽的用戶。第三個(gè)驅(qū)動(dòng)力是鋼鐵的還原劑對(duì)氫的需求，上世紀(jì)80年代中期，包鋼、首鋼、唐鋼、馬鞍山鋼鐵等企業(yè)也陸續(xù)采購(gòu)了718所的加壓電解槽。
進(jìn)入90年代，加壓電解槽已經(jīng)做到單槽100Nm3以上，電解槽規(guī)格覆蓋80Nm3，100Nm3、120Nm3、125Nm3、200Nm3，至此，第一批蘇聯(lián)引進(jìn)的常壓電解槽企業(yè)基本上已經(jīng)退出市場(chǎng)，進(jìn)口設(shè)備也基本上被國(guó)產(chǎn)設(shè)備所替代。1992年，我國(guó)制造的加壓電解槽開始通過包鋼、杭氧等企業(yè)在蘇州推出成套出口，我國(guó)加壓電解槽設(shè)備走向了國(guó)際市場(chǎng)。
電解槽進(jìn)入蘇州還得從1992年7月18日開始說起。90年代初期，各階層對(duì)中國(guó)的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)出現(xiàn)了較大的分歧，身處軍工企業(yè)的718所也不例外，所里電解槽業(yè)務(wù)的紅火同樣遭遇了分歧，有人質(zhì)疑科研院所的定位，此時(shí)，正值鄧小平南巡，718副總工程師許俊明堅(jiān)定走市場(chǎng)化路線，就在1992年的7月18日帶領(lǐng)18個(gè)中國(guó)電解槽工程師南下蘇州，在當(dāng)時(shí)的地方官員張碧航（現(xiàn)在競(jìng)立的董事長(zhǎng)）支持下成立了蘇州蘇氫設(shè)備公司，后來改為蘇州競(jìng)立。1994年，因?yàn)閺谋狈降教K州的一些工程師不適應(yīng)蘇州的氣候環(huán)境和文化環(huán)境，蘇氫一分為二，一部分人留在了蘇州，而另一部分人則跟隨許俊明返回北方，落地天津——成立天津市大陸制氫設(shè)備有限公司。至此，由718所在1992年的7月18日18個(gè)工程師南下的“718大裂變“就形成了我國(guó)加壓堿性電解槽行業(yè)三足鼎立的格局。最早成立公司的是1993年的蘇州競(jìng)立；回到天津的科研人員于1995年成立天津大陸，718所于2008年成立了派瑞氫能科技有限公司。不過，這并不是最終的結(jié)局，實(shí)際上，這個(gè)源自718所的裂變還在不斷演變，從現(xiàn)在的電解水制氫設(shè)備企業(yè)來看，中電豐業(yè)、隆基股份、凱豪達(dá)都有來自718、蘇州競(jìng)立和天津大陸的工程師。圖4 “718裂變”形成的溝內(nèi)堿性電解槽主要企業(yè)
注：圖中“蘇州競(jìng)立”包括了考克利爾競(jìng)立
中電豐業(yè)成立的背景有別于其他氫能裝備公司，創(chuàng)始人王德軍是海軍出身，曾在軍隊(duì)做設(shè)備翻譯，從部隊(duì)退役后從事國(guó)外電解槽的代理，2018年引進(jìn)股東山東濰焦創(chuàng)新投資管理有限公司，并在濰坊成立生產(chǎn)基地——山東海氫能源科技有限公司。說PEM是新一代技術(shù)是相對(duì)的，因?yàn)閴A性電解槽技術(shù)在國(guó)外的生產(chǎn)制造已經(jīng)有220多年，但PEM電解槽是燃料電池的逆反應(yīng)。1984年由電子工業(yè)部第十研究院編著的《氫氣生產(chǎn)與純化》一書中提到了多種制氫方法，其中電解水重點(diǎn)介紹了堿性電解槽，也提到了與PEM燃料電池逆反應(yīng)的固體聚合物電解質(zhì)電解槽（SPE）。在我國(guó)，中科院大連物化所、718研究所對(duì)PEM電解槽已有較深的研究，2021年大連物化所與陽(yáng)光電源合作聯(lián)合開發(fā)250kW（50標(biāo)方）PEM電解槽，目前，該項(xiàng)目已經(jīng)開始在鄂爾多斯市伊金霍洛旗展開示范應(yīng)用。不過，真正在PEM電解水領(lǐng)域投入時(shí)間最長(zhǎng)、具有產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)的國(guó)內(nèi)企業(yè)是濟(jì)南的賽克賽斯。濟(jì)南市化工院的劉青藍(lán)教授自1988年開始研究PEM電解水技術(shù)，并在濟(jì)南設(shè)立了公司探索產(chǎn)業(yè)化，不過，直到劉教授夫婦到退休年齡他們經(jīng)營(yíng)的PEM電解設(shè)備也沒有盈利。2007年在地方政府的推薦下，當(dāng)?shù)蒯t(yī)藥器械公司賽克賽斯接手該項(xiàng)技術(shù)，并已經(jīng)開發(fā)了四代該技術(shù)的氫氣發(fā)生器產(chǎn)品，公司產(chǎn)品在行業(yè)中獲得了BCEIA金獎(jiǎng)，歐洲CE認(rèn)證，出口美國(guó)，英國(guó)，韓國(guó)，日本等20多個(gè)國(guó)家，目前PEM電解槽已經(jīng)升級(jí)到MW級(jí)能源產(chǎn)品。2018年12月，賽克賽斯首臺(tái)兆瓦級(jí)50m3/h大型純水電解制氫設(shè)備中標(biāo)佛山市藍(lán)箭電子股份有限公司項(xiàng)目，進(jìn)入半導(dǎo)體行業(yè)；2020年9月，公司承擔(dān)的國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)專項(xiàng)“MW級(jí)固體聚合物電解質(zhì)電解水制氫技術(shù)”項(xiàng)目完成中期驗(yàn)收，2021年6月首臺(tái)套兆瓦級(jí)PEM制氫系統(tǒng)開機(jī)運(yùn)行。表1 國(guó)內(nèi)主要電解槽企業(yè)
2021年12月9日，由中國(guó)石化資本公司發(fā)起設(shè)立的恩澤基金與康明斯按50：50比例共同出資并于中國(guó)境內(nèi)設(shè)立合資公司——康明斯恩澤(廣東)氫能源科技有限公司。合資公司將康明斯領(lǐng)先的質(zhì)子交換膜(PEM)電解水制氫技術(shù)在中國(guó)進(jìn)行本地化生產(chǎn)。市場(chǎng)選擇：堿性電解槽與PEM電解槽的比較目前，世界主流的電解水制氫技術(shù)路線包括堿性電解水制氫（ALE）、PEM電解水制氫（SPE）及固態(tài)氧化物電解水制氫（SOEC）三種。其中，相對(duì)比較成熟的是堿性電解槽和PEM電解槽。2020年-2021年，全球堿性電解槽裝機(jī)比例75-78%。從挪威1927年推出世界第一套堿水制氫裝置算起，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)近200年的歷史，我國(guó)自主研發(fā)的堿性電解槽也有50年，是目前發(fā)展最為成熟、商業(yè)化程度最高的電解水制氫方式。堿性電解槽具有技術(shù)成熟、單堆規(guī)模大、一次性投入設(shè)備成本相對(duì)比較低、產(chǎn)品使用壽命周期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。價(jià)格只有PEM電解槽的1/3-1/5。不過，堿性電解槽的體積和重量是同等功率PEM電解槽的4倍以上，除了占地面積，流水線加工性也不如PEM電解槽；轉(zhuǎn)換效率相對(duì)比較低，一般在60%左右，而PEM在70%以上；而且堿性電解槽相對(duì)PEM響應(yīng)速度比較慢，適合的負(fù)荷范圍比PEM窄，對(duì)可再生能源的適應(yīng)性不如PEM電解槽；從維護(hù)性來看，堿性電解液以KOH為例，與空氣中CO2反應(yīng)會(huì)形成不溶于水的碳酸鹽，進(jìn)一步堵塞多孔催化層，降低電解槽性能，維護(hù)成本會(huì)比較高。現(xiàn)階段綠氫成本還比較高，國(guó)內(nèi)PEM電解產(chǎn)業(yè)化才剛剛起步，核心零部件還依賴進(jìn)口，而且可能受制于貴金屬供應(yīng)與成本；而我國(guó)堿性電解槽特別是加壓式堿性電解槽并不落后，單槽規(guī)模在國(guó)際市場(chǎng)相對(duì)領(lǐng)先，有一定的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。不過國(guó)內(nèi)外電解槽在設(shè)計(jì)上也有一些區(qū)別，國(guó)外企業(yè)一般用多個(gè)電解槽模塊組合集成，他們認(rèn)為這樣更便于后市場(chǎng)維護(hù)；國(guó)內(nèi)更強(qiáng)調(diào)單機(jī)產(chǎn)氫量規(guī)模，這樣相對(duì)成本比較便宜。因?yàn)閴A性電解槽和PEM電解槽性能上的差異，堿水更適合穩(wěn)定性電源，如水電或網(wǎng)電，而PEM電解槽在波動(dòng)的可再生能源場(chǎng)景有更好的適應(yīng)性。歐盟規(guī)定了電解槽響應(yīng)時(shí)間小于5秒，目前只有PEM電解水技術(shù)可以達(dá)到這一要求。為此，歐盟規(guī)劃了PEM電解水逐漸取代堿性電解制氫的方案。2020年7月，歐盟委員會(huì)發(fā)布了氫能戰(zhàn)略規(guī)劃，重點(diǎn)發(fā)展利用風(fēng)電、光伏等可再生能源來生產(chǎn)可再生氫。2020年-2024年，支持安裝超過6GW可再生氫電解槽，產(chǎn)氫量達(dá)到100萬(wàn)噸；2025年-2030年，建設(shè)40GW可再生氫電解槽，產(chǎn)氫量達(dá)到1000萬(wàn)噸；2030年-2050年，可再生氫產(chǎn)業(yè)成熟，將在眾多難以脫碳的行業(yè)，如航空、海運(yùn)、貨運(yùn)交通領(lǐng)域展開大規(guī)模應(yīng)用。行業(yè)前景：市場(chǎng)突變，企業(yè)需有備據(jù)1984年出版的《氫氣生產(chǎn)與純化》一書記載，到1974年全球氫氣產(chǎn)量3000萬(wàn)噸，其中電解水制氫只有4%；而到現(xiàn)在40多年年過去了，全球氫氣產(chǎn)量7000萬(wàn)噸，其中電解水制氫依然不到5%，在我國(guó)更是只有1%左右。顯然，在過去相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里，電解水是一個(gè)規(guī)模不大且成長(zhǎng)性不高的產(chǎn)業(yè)。就連全球最大的電解槽企業(yè)NEL的營(yíng)收也不到8億挪威克朗，而且大部分電解槽企業(yè)都不是公眾公司，很難拿到準(zhǔn)確的銷售數(shù)據(jù)，不過從國(guó)內(nèi)外項(xiàng)目招投標(biāo)情況來看，國(guó)外PEM制氫近年示范應(yīng)用比較多，國(guó)內(nèi)堿水電解槽更加活躍。但這一產(chǎn)業(yè)正在因?yàn)椤疤歼_(dá)峰、碳中和”而發(fā)生深刻的變化。2021年被視為電解水制氫的分水嶺，從全球范圍來看，在這個(gè)極度爆發(fā)的市場(chǎng)我們很難準(zhǔn)確預(yù)測(cè)未來5-10年的規(guī)模。
據(jù)彭博新能源財(cái)經(jīng)（BNEF）氫電解器數(shù)據(jù)庫(kù)信息，2020年全球完成電解槽項(xiàng)目裝機(jī)90MW，2021年達(dá)到240MW，但很多項(xiàng)目都是長(zhǎng)周期和大規(guī)模的投入，電解槽出貨量在2022年將翻兩番，至少達(dá)到1.8GW，中國(guó)在全球裝機(jī)量中預(yù)計(jì)占60-63%。根據(jù)開發(fā)商披露的信息，到2030年，全球累計(jì)裝機(jī)量會(huì)超過40GW。其中堿性電解槽因經(jīng)濟(jì)效益更好將繼續(xù)主導(dǎo)市場(chǎng)，2022年市場(chǎng)份額為80%。圖6 國(guó)際市場(chǎng)規(guī)劃綠氫制造項(xiàng)目
在歐洲的綠氫規(guī)劃里，2020—2024年，支持安裝超過6GW 的可再生氫電解槽，產(chǎn)氫量達(dá)100萬(wàn)噸；2025—2030年，建設(shè)40GW 的可再生氫電解槽，產(chǎn)氫量達(dá) 1000萬(wàn)噸；2030—2050年，可再生氫產(chǎn)業(yè)成熟，在眾多難以脫碳的行業(yè)（如航空、海運(yùn)、貨運(yùn)交通等）進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用。根據(jù)國(guó)際能源研究中心數(shù)據(jù)，2050年電解水制氫市場(chǎng)份額有望從現(xiàn)階段的不到1%提高至70%，電解系統(tǒng)市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)可以超過7000億。
余卓平教授預(yù)測(cè)，到2030年，風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)量將達(dá)到12—16億千瓦時(shí)，按照可再生能源電解水制氫5%比例配置，裝機(jī)規(guī)模有望達(dá)到70GW，到2060年，我國(guó)電解槽裝機(jī)規(guī)模有望達(dá)到400GW，綠氫年產(chǎn)量提升至1億噸。全球范圍內(nèi)，電解槽核心廠商主要包括Nel Hydrogen、Elogen、H-TEC Siemens、Proton OnSite和Cummins等。其中，Cummins通過收購(gòu)Hydrogenics進(jìn)入到燃料電池和電解槽領(lǐng)域。日本松下在燃料電池和電解水領(lǐng)域都有大量的投入，企業(yè)技術(shù)在全球領(lǐng)先。對(duì)老牌工業(yè)企業(yè)來說，巨大的市場(chǎng)空間是值得投入的，近期德國(guó)的Thyssenkrupp、美國(guó)的Honeywell International也宣布要進(jìn)入電解槽市場(chǎng)。Proton On-site、Hydrogenics、Gin-er、西門子等相繼將 PEM 電解槽規(guī)格規(guī)模提高到兆瓦級(jí)。其中，Proton Onsite 公司的 PEM 水電解制氫裝置的部署量超過 2000 套（分布于 72 個(gè)國(guó)家和地區(qū)），擁有全球 PEM 水電解制氫 70% 的市場(chǎng)份額。Proton Onsite2014年被挪威的NEL收購(gòu)，不斷兼并重組的NEL目前已經(jīng)成為全球最大的電解槽制造商。從國(guó)際市場(chǎng)看，過去十年各地持續(xù)推出了綠電制綠氫項(xiàng)目，2010 年前后的多數(shù)電解制氫項(xiàng)目規(guī)模低于 0.5 MW，而 2017—2019 年的項(xiàng)目規(guī)?；緸?~5 MW。項(xiàng)目規(guī)模逐漸達(dá)到10MW級(jí)以上、甚至100MW。 近年比較有影響力的項(xiàng)目包括：日本NEDO，東芝能源系統(tǒng)，東北電力，以及巖谷產(chǎn)業(yè)2020年投產(chǎn)的10MW項(xiàng)目，于2020年2月底竣工并投入運(yùn)行；Evolugen和Gazifère Inc.計(jì)劃在加拿大Outaouais地區(qū)建造并運(yùn)營(yíng)一座約20MW的電解水制氫工廠；德國(guó)可再生能源電解制氫的“Power to Gas”項(xiàng)目運(yùn)行時(shí)間超過了 10 年。 2016 年西門子股份公司參與建造的 6MWPEM電解槽與風(fēng)電聯(lián)用電解制氫系統(tǒng)，年產(chǎn)氫氣200噸，已于2018年實(shí)現(xiàn)盈利； 2019年德國(guó)天然氣管網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商OGE公司、Amprion 公司聯(lián)合實(shí)施Hybridge100 MW電解水制氫項(xiàng)目，計(jì)劃將現(xiàn)有的OGE管道更換為專用的氫氣管道。2019 年，荷蘭啟動(dòng)了PosHYdon項(xiàng)目，將集裝箱式制氫設(shè)備與荷蘭北海的電氣化油氣平臺(tái)相結(jié)合，探索海上風(fēng)電制氫的可行性。西門子能源和法液空2021年簽署了一份協(xié)議，在合作框架內(nèi)，西門子能源和液化空氣將聯(lián)合申請(qǐng)歐盟“歐洲綠色協(xié)議”和“歐洲共同利益重大項(xiàng)目”（IPCEI）-氫計(jì)劃下的大型項(xiàng)目資金，該計(jì)劃由法國(guó)和德國(guó)政府資助。蒂森克虜伯歐洲鋼鐵公司與加拿大魁北克水電公司簽訂“綠氫”合同，建立一個(gè)88兆瓦的電解水工廠，該項(xiàng)目將于2023建成投運(yùn)，地點(diǎn)設(shè)在魁北克的瓦倫內(nèi)斯，每年預(yù)計(jì)生產(chǎn)11,100噸的綠色氫氣。我國(guó)2018年開始啟動(dòng)與能源相關(guān)的電解水制氫項(xiàng)目，2020年、2021年綠氫項(xiàng)目已經(jīng)在各大能源公司展開。目前，國(guó)內(nèi)主要的綠氫項(xiàng)目是堿水制氫，但我們觀察到三峽集團(tuán)、中石化的項(xiàng)目選擇了PEM制氫，而且中石化與康明斯在佛山成立了PEM制氫的合資公司。表4 國(guó)內(nèi)綠氫項(xiàng)目（不完全統(tǒng)計(jì)）
按照可再生能源配合要求，由可再生能源發(fā)電企業(yè)按照不小于15%（時(shí)長(zhǎng)4小時(shí)）的方式配置調(diào)峰資產(chǎn)，未來電解槽在儲(chǔ)能方面的需求將會(huì)率先啟動(dòng)。據(jù)電解槽制造企業(yè)反映，目前國(guó)網(wǎng)、南網(wǎng)、國(guó)電投、中石化、三峽集團(tuán)、大唐、中車集團(tuán)、華能等能源企業(yè)都在規(guī)劃相關(guān)綠電項(xiàng)目。電解槽行業(yè)不純粹是產(chǎn)品的生產(chǎn)，設(shè)備做的越來越大，本質(zhì)上是一個(gè)產(chǎn)品+工程的行業(yè)模式，至今還是手工作業(yè)為主，Know-How體現(xiàn)在工藝和經(jīng)驗(yàn)上，所以，盡管行業(yè)趨勢(shì)比較好，技術(shù)也比較成熟，但專業(yè)人才的培育需要時(shí)間，這是一個(gè)安全要求較高的產(chǎn)業(yè)，安全管理更需要實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于新進(jìn)入的企業(yè)來說，對(duì)工藝的積累是最難跨越的門檻。參考文獻(xiàn)： 俞紅梅、邵志剛、侯明、衣寶廉、段方維、楊瀅璇《電解水制氫技術(shù)研究進(jìn)展與趨勢(shì)》2021年4月《雪球》《干貨 | 一文帶你了解PEM水電解制氫技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀》，《中國(guó)化工信息周刊》（2021年5月）王衛(wèi)國(guó)等《SPE水電解池與H2/O2型PEM燃料電池比較》，2013年4月《綠色科技》。 氫云鏈《七年被賣過三次仍能獨(dú)立鰲頭！一文解析全球氫電解槽龍頭NEL成長(zhǎng)過程那些故事》。 電子工業(yè)部第十設(shè)計(jì)研究院《氫氣生產(chǎn)與純化》，黑龍江出版社。（1984年） 紀(jì)欽洪，徐慶虎，于航，于廣欣，劉強(qiáng)，肖鋼《詳解PEM水電解制氫技術(shù)與應(yīng)用》
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