制氫設備多元化競爭格局如何演化？
來源： 高工氫電 2023-04-28
新興行業在發展初期往往出現技術多元化發展的爭鳴，這種現象放在氫能行業尤甚。無論在氫能制取端、儲運端還是下游應用端，“多元化”是概括氫能行業發展特征的關鍵詞之一。
當前電解水制氫領域已經發展出ALK、PEM、AEM、SOEC等多種技術路線，另外還有甲醇制氫等制氫技術助力行業發展。在2023高工氫能產業峰會上，來自大陸制氫、賽克賽斯、明陽智能、穩石氫能、質子動力、藍博氫能源等多家制氫設備企業高層發表了重磅演講，并進行了圓桌對話。
他們對自身技術路線和發展實況進行了分享，并在思想碰撞中研判制氫市場的發展趨勢，或許能讓行業內外對該領域的認知更進一層。
? 多元化制氫體系正在形成
據高工氫電產業研究所（GGII）不完全統計，2023年Q1國內共投資制氫項目30個，為2022年全年40%，其中電解水制氫項目數量占比90%。預計2022到2023年電解槽的出貨量將實現翻倍增長，2023-2025年國內的電解槽設備出貨量將達到15GW。
目前行業內有四種電解水技術，分別是ALK、PEM、AEM、SOEC。其中SOEC是屬于高溫電解，電解的是水蒸氣，其他三種技術是低溫電解，電解的是液態水。
“在這四種技術里面，堿水槽和PEM槽實現了商品化。堿水槽特點是技術比較成熟，成本比較低；PEM槽的負載范圍比較寬，與可再生能源耦合具有更好的靈活性，但成本比較高。考慮到成本和可靠性等因素，大規模制氫在中國仍會在一段時間內選用堿性電解槽。” 大陸制氫總工程師許衛指出。
國內的堿性電解槽發展最為成熟，在國際市場上占據很大的成本優勢。作為制氫裝備的“老三家”之一，大陸制氫在堿性電解槽領域有著近30年的發展經驗，超過700 套設備在全球30 多個國家使用，致力于推進堿性電解槽設備的大規模應用。
許衛還表示，大規模制氫系統部分關鍵技術包括：高電流密度、低能耗、大產氣量單體電解槽技術；大規模氣液分離系統設計；匹配新能源波動性電網的大容量直流電源系統設計；適應波動電源工況的能源管理系統及自動化控制策略；大規模氫氣和氧氣純化技術等。堿性電解槽的大規模發展要在提升效率、耐久性、降低成本方面尋求平衡，需要相關技術的協同進步。
PEM電解槽近年發展呼聲持續走高。“我們堅信PEM和風光能有高度的耦合性的特點，所以我們也堅信在未來的水電解制氫的市場上，PEM會有一定的分量，同時我們預估在2030年左右有可能會和堿性水電解達到一個持平的水平。”賽克賽斯項目總監黃方表示。
面向能源級別的產品，PEM電解槽的體量同樣也要向上推進，賽克賽斯作為領頭羊，已經通過膜電極制備工藝升級、極板及密封層設計迭代等實現全棧式自主可控技術，不斷推進PEM電解槽提升電流密度和制氫量，實現快速降本，預期到2030年左右，能讓PEM制氫設備成本下降大概40%。
此外不少燃料電池企業也正在向PEM電解槽設備拓展。“今年PEM的市場非常像2021年堿性的市場，可能會有蓬勃發展的趨勢。”黃方補充道。
AEM被認為是繼ALK、PEM之后的第三代電解水技術，在歐美已經商業化運行多年，其工作環境為弱堿性，并使用廉價非貴金屬催化劑和碳氫膜，具有系統設計較為簡單、響應靈活、制氫效率高和氫氣純度高等特點。
在以穩石氫能為代表企業的推進下，國內AEM技術的發展進程比想象中更快。目前穩石氫能已經自研第三代AEM技術，并于今年2月發布了2.5kW單體系統，預計今年年底前繼續發布10kW和100kW的單機系統，并且集成1MW的電解槽產品。
SOEC作為唯一的高溫電解水技術，可將電解效率提高20-30%，且不使用貴金屬，已經快速從實驗研發切入小規模示范階段。除了堿性和PEM電解槽的應用場景，SOEC還適用在鋼鐵、化工等余熱及核電等專用場景，市場規模達千億級。
質子動力從2019年就開始把研發和產業化的重心放在SOEC上，目前已經發展成該領域頭部企業，預計到今年年底，公司將至少有5套 SOEC制氫系統示范項目投運。“去年下半年按照50000元/kW出貨。預計到2026年銷售兆瓦級的樣機，單價會降到15000元/kW。” 質子動力總經理呂大偉指出。
同樣專注于SOEC賽道的思偉特新能源也已具備SOEC系統、關鍵零部件、核心材料、工程應用開發“四位一體”的研發能力，在北京、張家口、內蒙古等城市籌備建設了SOEC制氫及共電解二氧化碳示范應用項目。
甲醇制氫在加氫站內制氫應用方面具備獨特優勢。“無論何種技術路線，最根本的目的是獲得更加經濟的氫源，通過甲醇站內制氫，可直接省去運氫環節約30%的成本：綠色甲醇運輸到加氫站通過電解產生氫氣和二氧化碳，后者回收重新合成甲醇，從而實現零排放。” 藍博氫能源總經理徐成俊解釋道。
目前采用藍博氫能源研發生產的站內甲醇制氫裝置的我國首個分布式甲醇制氫示范項目在大連盛港綜合加能站投產，每日產出1000公斤99.999%高純度氫氣，具備低成本、占地面積小等優勢。
在參與企業的努力下，國內以ALK、PEM、AEM、SOEC等為代表的多元化電解水制氫設備市場格局正在形成，甲醇制氫設備則在特定場景得到應用。
? 多元化競爭格局如何演化？
有選擇就會有對比，制氫市場多元化爭鳴的格局最終如何演化，哪種路線將殺出重圍，是行業內外的關注熱點，一眾企業高層也提出了自己的看法：
首先，不同制氫路線的特點和適用場景各不相同，適用場景的發展潛力是未來制氫市場格局演化的決定性因素。
以海上制氫為例，明陽智能氫能研發中心系統研究主管鄭歡歡在探討海上風電制氫機遇與挑戰中指出，PEM制氫綜合來看與海上風電具有更好的匹配性，但海上制氫的發展還要突破適配深遠海環境的PEM制氫電解堆關鍵技術研究、離網型的海上風電和電解水制氫高效耦合的關鍵技術研究、海上運氫等難題。明陽智能也一直在努力中，去年下線了全球最大單體的堿性水電解制氫裝備。PEM樣機已經進入了終測階段。
目前在可再生能源消納方面，堿性電解槽具備成熟度、大規模及低成本優勢，PEM的靈活性更強……國內還有很多不同的制氫場景，其他技術路線也有不錯的發展空間。
“每種制氫路線都有它的空間，什么工況下選擇什么樣的制氫路線，要看區域、環境等因素決定，所以在探討哪種路線更好時，需要明確用在哪里。” 徐成俊總結道。
其二，制氫裝備的突圍不僅看設備本身，材料和產測裝備的發展至關重要。
當下無論何種路線的材料都處在快速迭代的發展中，如堿性電解電極向更高電密發展、隔膜工藝升級，PEM膜電極、催化劑國產化及降本進程加快，AEM膜可靠性提高，SOEC電池片和電堆大規模量產一致性和可靠性提高……
每一種制氫路線的背后均聚集了一大批材料企業和產測裝備企業，如鴻基創能、莒納科技、菲爾特、金泉益、感恩蝕刻、騰鑫精密、可俐星、環冀絲網、億安騰、恒川科技、杜科新材料、律致新能源、鉑瑞電極、玖昱科技、隆深氫能、博輝特科技、銳格新能源、世椿新能源、航天華陽、元章新能源、普發真空、思肯德、科威爾、利元亨、嘉拓智能、超音速、魔方氫能源等。他們正在共同助力制氫裝備的精進與發展。
其三，效率、成本、安全性的協同和平衡。
制氫設備最終關注的是要提高效率及降低成本，需要在材料層面、器件層面、成本層面等做好最佳平衡。
“現在氫有兩種屬性，一種是能源的屬性，一種是危化品的屬性，預測后面對氫的管理可能會放松一些。對于我們制氫設備來講，要在降本的同時還要把安全性放在第一位。”許衛強調。
