“碱性+PEM”制氢成本如何，组合制氢趋势明显

当前电解水制氢技术共有四大储氢技术，分别为碱性电解水制氢（ALK）、质子交换膜水（PEM）、AEM、SOEC，这四种电解水技术在材料、性能、效率和成本等方面都有各自的优势。目前ALK和PEM是我国常用的制氢路线，两种制氢各有适用的应用场景，但某些场景下也可联合应用。
据统计，2021-2023年间，碱性电解水制氢占绿氢项目市场份额的91.8%，尤其是在超100MW的大规模绿氢项目中，全部是采用ALK技术方案，究其原因，是要保证制氢的经济性。PEM虽然响应速度快、绿电耦合性好，但因催化剂成本过高（含贵金属铱等），一次性购置费用是碱性电解水制氢的5倍以上，更适用于分布式制氢。
但在绿氢项目电解槽配备中，碱性和PEM并不是非此即彼的。二者配合可提高制氢效率，有效降低制氢成本。
两种电解水制氢技术成本及降本路径
碱性电解水制氢是指在碱性电解质环境下进行电解水制氢的过程，最大的优势是阴阳电极板中不含有贵金属，因此电解槽的成本相对较低。
质子交换膜水（PEM）电解制氢是指使用质子交换膜作为固体电解质，并使用纯水作为电解水制氢的原料的制氢过程。PEM电解水制氢系统由PEM电解槽和辅助系统（BOP)组成。
和碱性电解水制氢技术相比，PEM电解水制氢技术工作效率更高，具有PEM电解水制氢技术具有电流密度大、氢气纯度高、响应速度快等优点。但是由于PEM电解槽需要在强酸性和高氧化性的工作环境下运行，因此设备对于价格昂贵的金属材料如铱、铂、钛等更为依赖，导致成本过高。
两种电解槽如何有效降本，首先要从电流密度、单位电耗、负荷范围、响应速率来理解技术指标与成本的关系。
电流密度决定设备成本，单位电耗决定能耗成本：电流密度越高，单位电耗越低→设备和能耗成本小。经计算，电流密度越高，电解槽功率密度越大，单位功率电解槽材料用量越少，设备成本越低；单位电耗越小，每生成1Nm³氢气的耗电量越少，能耗成本越低。
碱性电解槽的电流密度通常为0.25A/cm2-0.4A/cm2，系统电耗为4.8-5.5kwh/Nm³：PEM电解槽的电流密度通常为1A/cm2-3A/cm2，系统电耗为4.4-5kwh/Nm³。
负荷范围方面，可再生能源发电的功率输出波动范围极大，以风力发电为例，极端情况下可在0-100%范围内变化。所以负荷范围越宽，响应速率越快，与风光等可再生能源制氢的耦合性越好。
碱性电解槽负荷调节范围为20%-100%，难以快速启动停止和变载。PEM电解槽负荷调节范围达0%-120%，可以实现快速启动停止和快速响应，可见在可再生能源制氢方面，PEM适配性更好。
碱性电解槽降本要从降低电耗、提高综合性价比入手。碱性制氢系统每生产1标方氢气需要5kwh，电价0.3元/kwh、年工作小时数3000h，碱性电解水制氢成本为20元/kg，其中电耗成本占比82%、设备成本仅占18%。目前国内厂商主要通过改进隔膜、加入贵金属催化剂、优化电解槽结构等来降低单位电耗、提高电流密度，降低电耗成本。
PEM电解槽降本要从提高电流密度，减少材料用量，降低设备成本入手。
PEM制氢系统的成本中电耗成本接近52%、设备成本占比48%。相比碱性，PEM的设备成本仍然占比较高，因此未来核心要通过提高电流密度、降低贵金属铱载量来减少设备成本。
“碱性+PEM”组合制氢项目
吉林省生态环境厅发布中能建松原氢能产业园（绿色氢氨醇一体化）项目环境影响报告书受理公示。
该项目应用了碱性和PEM电解槽组合制氢，此前也有吉林大安风光制绿氢合成氨一体化示范项目和内蒙古华电达茂旗20万千万绿氢示范项目应用了组合制氢模式。

可以发现，3个项目仍以碱性电解槽为主，大安项目PEM电解槽占比稍高，在22%。
基于技术成熟情况，碱性电解槽在国内具有更明显的成本优势。但碱性电解槽对电力稳定性较高，不适用于风光等间歇性电能，更实用于电网电解制氢。而PEM电解槽风光耦合能力更强，冷启动时间、响应速率、负荷范围分别为20-30分钟、秒级、5-125%，均优于碱性电解槽的1-2小时、数十秒级、30-100%，故更适配风光发电的波动性。
随着PEM设备的降本，碱性+PEM协同制氢是未来的发展趋势，有数据表明，当用电成本为0.3元/度时，50%碱性+50%PEM的成本与100%碱性的成本相当，且在成本不变的状态下加强了风光耦合，提高了制氢效率。