PEM电解水制氢迎来高增长期

此前，PEM电解水制氢设备因零部件国产化及成本高昂等难题发展规模受限。业界普遍认为，当前，PEM电解水制氢应用场景迅速增加，技术不断获得突破，相关设备制造企业受到更多重视，其经营业绩将迎来快速增长期。

近日，威孚高科在投资者互动平台表示，公司质子交换膜(PEM)电解水制氢示范线已搭建完成，可用于储能领域。事实上，近半年来，吉电股份、阳光氢能、康明斯中国等企业相继瞄准PEM电解水制氢发展机遇，大力布局PEM电解槽核心材料及装备，PEM电解水制氢设备发展提速。

■■企业纷纷加码布局

目前，电解水制氢技术主要有碱性电解水、PEM电解水和固体氧化物电解水三类。近几个月来，国内电解水制氢设备需求迎来大幅上涨，PEM电解水制氢技术进展迅速。目前，国内有中科院大连化物研究所、中船重工集团718研究所等单位开展相关技术研究，其设备订单同比都有明显增长。

“碱性电解水制氢的投资成本较低，具有一定优势，目前应用相对广泛；固态氧化物SOEC制氢技术虽然本身有独特领先优势，不过目前还处于实验室状态，离商业化应用还有一段距离。”北京航天动力研究所副所长张彦军强调，PEM电解水制氢技术可以快速启停，能匹配可再生能源发电的波动性，提高电力系统灵活性，正逐渐成为可再生能源发展和应用的重要方向。

基于此，近几个月来，PEM电解水制氢设备相关项目投运消息不断。今年2月，吉林电力股份有限公司全资子公司大安吉电绿氢能源有限公司投资建设的大安风光制绿氢合成氨一体化示范项目启动集中招标，将安装PEM电解水制氢设备50套，总制氢能力达46000Nm3/h。去年12月，中国石化首套自主研发的PEM兆瓦级电解水制氢装置成功产出合格高纯度氢气，该项目可年产氢180吨。2022年11月，国富氢能签署2000万兆瓦级PEM电解槽订单，计划以此推动大功率工业级PEM电解槽产品应用及规模化发展。

山东赛克赛斯氢能源有限公司项目总监黄方认为：“氢能将是能源领域下一个颠覆性技术。未来，PEM电解设备市场是高度确定的十年百倍高增长赛道。”

■■2030年成本将下降40%

此前，PEM电解水制氢成本问题一直困扰这一技术路线的发展。数据显示，PEM电解水的投资体量是碱性电解水的5-10倍，PEM电解水成本投入也比碱性电解水至少多一倍。事实上，近年来，贵金属催化剂成本过高、质子交换膜国产化等问题均有显著突破。

黄方表示，目前，业界比较关心的PEM电解水制氢成本高难题在于膜电极占总系统成本50%、质子膜占10%、催化剂占40%。值得注意的是，业内相关企业更多从催化剂方面做工作，一方面持续提升系统电流密度，另一方面加强催化剂的低负载与回收技术。“质子交换膜等核心材料国产化替代进程加速，可以降低50%的运营成本，总体来看，PEM电解水制氢成本有望持续下降。

《中国2030年“可再生氢100”发展路线》报告预计，2030年，我国电解槽累计装机量至少需达100吉瓦，氢气需求量将超4000万吨，其中绿氢供给约为770万吨，占比约20%。

“基于未来巨大的用氢总量，以及PEM电解水制氢占比，我们预计，到2030年，PEM电解水制氢市场规模大概能达到2500亿元。与此同时，电耗占绿氢制造成本约70%，风光发电发展叠加电改，未来电价将持续走低，将进一步优化绿氢成本。到2030年，预计PEM电解水制氢成本将下降40%左右。”黄方强调。

此外，绿氢定价机制对氢能健康有序发展也尤为关键。“除了通过技术突破和规模化效应降低制氢设备成本，健全完善碳税政策法规体系也是实现制氢经济性不可或缺的一环。”黄方称。

■■未来以碱性结合PEM设备为主

值得注意的是，可再生能源发电制氢寻求功率稳定和波动较小的技术路径。碱性电解水设备单位造价低但开机速度慢，PEM电解水设备单位造价高但响应速度快，业界普遍认为，考虑到经济性、适应性，未来应用方向应以碱性设备结合PEM设备为主。

在应用场景方面，张彦军表示，随着大比例可再生能源电力的接入，其波动性、随机性将给电网调峰带来巨大压力，源网荷储一体化将有效解决消纳、调峰问题。

“电解水制氢是实现源网荷储一体化荷储端自适应调节的理想选择。因为氢既是二次能源，又具备低碳原料属性。”张彦军指出，从二次能源角度看，可以实现电氢双向转化，带来灵活的能源存储方式。另外，氢的低碳原料属性可以部分替代化石能源，也可充当化工燃料，成为实现源网荷储一体化的关键环节。

对于吉瓦级源网荷储一体化项目，PEM与碱性电解水制氢的优化组合是有效解决方案。“既能发挥碱性电解水制氢的经济优势，又有PEM电解水制氢的快速响应能力。”张彦军表示，随着大规模电解水制氢的突破，制氢成本会持续降低，带来绿氢产能大幅度提升，为交通、工业等领域脱碳减排提供有力支撑。