水电解制氢系统核心—电解槽

深度脱碳的能源要义——绿氢促进变革

氢气作为能源载体，将在全球能源转型中与电力互为补充。水电解制氢被认为是未来制氢的发展方向，特别是利用可再生能源电解水制氢，具备将大量可再生能源电力转移到难以深度脱碳工业部门的潜力，成为各国瞄准的方向和攻关重点。

中国是目前世界上最大的制氢国，现有工业制氢产能约 2 500 万 t/a，其中煤制氢产能约 1 000 万 t/a，占比最大，其次是工业副产氢约 800 万 t/a。化石能源重整制氢技术成熟、规模大、成本低，但 CO2 排放量大。而近几年的国际氢能发展热潮，与利用氢能降低碳排放、进一步发展可再生能源的愿景密切相关，显然化石燃料制氢不能达到预期目标。



电解水制氢是重要的制取绿氢的方法，电解水制氢规模的提升，也使电解槽市场迅速增长。据中国氢能产业协会数据显示：上半年，我国氢气产量同比去年增加了25%，其中利用新能源制氢的比例同比提高了30%。

本月，中国船舶集团第七一八研究所下属中船（邯郸）派瑞氢能科技有限公司入驻氢能产业园后，生产的首台每小时产气量1000m³型电解槽成功交付。据了解，该制氢设备属七一八研究所自主研发的新型绿色水电解制氢系统，单电解槽产气量为0.01～300Nm³/h，工业用途广泛，已累计向各国客户提供近百台设备。

随着国内上游制氢产业链的逐步成熟，越来越多的企业选择水电解制氢的方式制取绿氢。在绿氢成为“主流”发展方向的同时，电解槽市场也迎来了“春天”。

逐步火热的制氢方式——电解水制氢

电解水制氢，是指在充满电解液的电解槽中通入直流电，水分子在电极上发生电化学反应，即可分解成氢气和氧气，整个过程可实现零排放。

在整个制造环节，核心的设备载体就是电解槽。通常电解槽的结构为三部分，分别是槽体、阳极、阴极组成。当直流电通过电解槽时，在阳极与溶液界面处发生氧化反应，在阴极与溶液界面处发生还原反应。

电解槽是电解水制氢系统的核心部分。电解水制氢系统由电解槽及辅助系统组成， 其中电解槽是电解反应发生的主要场所，辅助系统则包括电力转换、水循环、气体分离、气体提纯等模块。从成本构成来看，电解槽在制氢系统总成本中的占比约为 40%-50%，此外电力转换系统、水循环系统以及氢气收集系统也在总成本中占据较高的比例。

目前我国电解水制氢设备多运用于光伏、风电，可再生能源制氢是主攻方向。其中，碱性水电解制氢有着较低的投资成本，已经充分实现产业化，是大规模绿氢生产的最佳选择，也是技术最成熟以及商业化最成熟的方式。

市场机遇下的有力实施——国内外企业紧盯电解槽

今年10月中旬，隆基氢能首台碱性水电解槽下线。隆基表示，到今年年底，隆基氢能在无锡基地将具备500MW电解水制氢设备的生产能力，为2022年的大批量交付提供强有力的保障。

此前不久，据国际消息报道，挪威HydrogenPro公司已同意与电解槽零部件制造商天津瀚氢源制氢设备有限公司在中国建立一家多股权合资公司，以在全球扩展其绿氢工厂技术。该合资公司一旦成立，将在中国大陆建立一家工厂，一旦全面投产，每年将生产300兆瓦的电解槽。

立志做“中国第一氢能公司”的中国石化也在制氢领域传出好消息。11月初，中国石化首套质子交换膜（PEM）制氢示范站启动仪式成功举行，标志着中国石化打通了PEM电解水制氢设备从关键材料、核心部件到系统集成的整套流程。据悉，作为核心部件的质子交换膜电解槽，制氢效率达85%以上，其阴极和阳极催化剂、双极板以及集电器等关键核心材料部件均实现国产化。

由于我国上半年氢气产量的惊人增长，电解槽市场今年将翻一番，到2022年将翻四倍，预计中国将占全球电解槽装机容量的60%-63%。绿氢在制造成本上居高不下的主要原因是电价和电解水制氢系统，电解槽作为可再生能源大规模制氢的关键装备，在制氢系统总成本中的占比近50%。

由可再生能源驱动的电解制氢被认为是改善全球气候和能源问题的好帮手，碱性电解槽被誉为可再生能源大规模制氢的关键装备。随着绿氢发展呼声高涨，电解水制氢正迎来新一轮发展机遇。