綠氫成本瓶頸凸顯，SOEC有望成為破解之匙
來源：勢銀能鏈 2023-04-04
綠色可再生氫氣憑借其零排放的特質，將成為未來構筑低碳社會的重要載體。和使用煤或天然氣等化石原料生產的灰氫相比，綠氫的生產過程是零碳的。2022年3月國家發改委發布的《氫能產業發展中長期規劃（2021-2035年）》明確提出，2025年可再生能源制氫量達到10-20萬噸/年。
伴隨著眾多可再生能源電解水制氫項目規劃與落地，勢銀（TrendBank）預測，2025年綠色可再生氫氣的需求量將達到約120萬噸，2023-2025年的電解水制氫設備累計出貨量預計達到約15GW。目前，制約綠氫產業發展的最大因素主要還是在于成本，而SOEC有望成為破解綠氫成本之困的答案。
1 更高效率 ，SOEC是降LCOH成本最佳方式
根據工作原理和電解質的不同，電解水制氫技術可分為4種，分別為堿性電解水制氫（AWE）、質子交換膜電解水制氫（PEM）、固體氧化物電解水制氫（SOEC）和固體聚合物陰離子交換膜電解水（AEM）。其中，SOEC正被越來越多的企業/院校所關注。
上海翌晶氫能科技有限公司總經理劉青介紹，電解水制氫的成本主要由電力成本、電解槽成本及運行和維護成本三個關鍵因素驅動，其中電力成本約占整體成本的80%-95%。而SOEC技術之所以被看好，恰因為其更低的單位制氫成本。
未來電解水制氫在電力成本上將主要體現在兩方面，即更低的用電費用和更少的耗電。在用電費用方面，隨著可再生能源裝機量的大幅提升，可再生能源發電的度電成本將大幅度降低，因此更低的用電費用是一大趨勢。
在更少的耗電方面，SOEC技術表現突出。據了解，在高溫下，總電力需求下降明顯，而熱需求上升。在與鋼鐵冶金、化工、核電等低品位余熱相結合的情況下，SOEC技術的電耗水平相較于AWE和PEM可節約用電30%以上。即使考慮全部采用電加熱及電解的模式下，SOEC系統的電解效率仍然超過84%，單位系統能耗低于4kWh/Nm3，遠遠低于傳統堿性和PEM電解槽5kWh/Nm3的系統能耗。
（SOEC電解系統六大優勢，圖片來源：翌晶氫能）
同時，SOEC系統原材料無貴金屬，電流密度大、模塊化設計，可批量化生產，這些決定了SOEC系統擁有巨大的成本下降空間，未來成本可以實現低于堿性和PEM制氫。
從運維層面看，SOEC擁有兩方面獨特優勢——其一，SOEC系統采用模塊化設計，在組裝時只需連接上系統預留的接口即可，安裝簡單，且可根據需求靈活調整產氫規模；其二，SOEC系統可逆運行，不僅可用于制氫也可用于發電，可大幅提升系統使用效率。
SOEC技術的高效率、有效利用廢熱、設備降價空間大、運維成本低四大優勢明顯，行業人士將其評價為降低LCOH成本最佳解決方案。
翌晶氫能表示，SOEC在降低LCOH方面具備較大優勢，與傳統電解技術相比，SOEC電解技術具有接近100%的電解效率，同樣輸入的電力可多生產30%以上的清潔氫氣，節約電費超過30%，降低LCOH成本24%。就整個電解水制氫行業來說，降本是必然的趨勢，預計到2030年，綠氫LCOH將下降約60%，在合適的SOEC應用場景下，LCOH將實現額外的約20%以上的下降。
2 問題待解，但SOEC前景看好
當然，SOEC技術在被看好的同時，亦有質疑，例如——
一是SOEC技術雖然本身有獨特領先優勢，不過目前還處于實驗室狀態，離商業化應用還有一段距離；
二是電解槽層面，SOEC技術設計開發成本目前相對較高；
三是目前國內電堆及系統零部件供應鏈不完備，大多數部件都需要SOEC企業向外定制，導致成本居高不下；
四是產業化進程緩慢，企業不敢投入，缺少大型示范項目；
對此，翌晶氫能研發總監李雙濱博士表示，SOEC現今已經不是完全處于實驗室狀態，而是已經可以實現商業化。國外已經有多家企業實現了SOEC技術的量產，比如美國的Bloom Energy公司、丹麥Topsoe、德國Sunfire等公司。翌晶氫能目前已經具備從材料、電池到電堆到系統三位一體的研發和生產能力，并可以對外提供商業化的SOEC系統。
（SOC Stack E1000/3000/SE12，圖片來源：翌晶氫能）
對于SOEC技術投資成本高的問題，劉青強調：“翌晶氫能已經實現商業化SOEC電堆電解槽的量產，且系統成本已經可以達到1萬元/kW，雖然目前系統成本仍然要比傳統的堿性電解槽價格高出5-10倍，但是在終端單位制氫成本上仍然能體現出優越的經濟性，尤其是高電價地區。之所以目前市場未向SOEC技術路線轉變，一是因為市場對SOEC技術還沒有足夠的信心；二是目前市場上大多數綠氫項目的實際開工率比較低，項目投資方更關注初始投資成本，而非終端氫氣的單位生產成本。未來，隨著整個綠氫行業的發展，大家對LCOH的關注度越來越高，市場一定是向SOEC技術路線轉變。”
關于產業鏈的不完善以及產業化進程緩慢等問題，伴隨著國家及地方政府有關氫能產業政策的相繼落地，其必將促進我國氫能產業的快速發展，給予多方面信心，而產業鏈也將更為完善——
一方面，2022年3月，國家發改委、國家能源局聯合印發《氫能產業發展中長期規劃（2021-2035年）》，明確提出，合理布局制氫設施，推進固體氧化物電解池制氫、光解水制氫、海水制氫、核能高溫制氫等技術研發；
另一方面，2022年5月，科技部“氫能技術”重點專項2022年度項目申報指南提出，固體氧化物電解水蒸汽制氫系統與電解堆技術（共性關鍵技術類）是支持項目之一；
此外，全國包括北京、上海、廣東、河北、河南、四川、江蘇、山東、福建等多個省份也相繼出臺氫能產業相關政策。國家政策與地方政策雙重促進下，無疑會給整個行業更多信心，進而促進行業快速發展。
在這一方面，證券公司同樣看好2023年我國氫能的發展和相關環節國產化的突破。中信證券認為，2023年或是氫能產業化的關鍵之年，在政策有效落地、產業鏈降本以及需求進一步釋放的背景下，看好氫能產業的高速發展，氫能交通領域的應用邊界有望不斷拓展，綠氫項目及產業鏈“出海”有望初具規模，預計關鍵材料的國產化和降本也會有新的突破。
現階段，SOEC已從“實驗室”階段逐步走向規模化發展，降本路徑清晰，是未來單位制氫成本最低的技術解決方案。在國家相關政策的加持下，未來SOEC將成為綠氫成本難題的“破解之匙”。
