4 月 25 日,上海翌晶氢能科技有限公司研发的国内首条固体氧化物电解水制氢 (SOEC) 电堆自动化产线正式下线,年产能可达 100 兆瓦,可兼容多型号电堆生产。
业界普遍认为,SOEC 作为主要电解水制氢方式之一,此前一直处于实验室验证阶段,但随着技术的进步,SOEC 已开始逐步走向规模化发展,降本路径清晰,有望成为助力实现碳达峰碳中和目标的重要推动力。
多元化技术路线利好产业发展
目前,碱性电解水、质子交换膜电解水(PEM)、固体氧化物电解水(SOEC)制氢为三种主流电解水制氢技术。其中,碱性电解水技术最为成熟,已能够实现大规模制氢应用,目前国内已实现兆瓦级制氢应用。PEM 制氢在过去十年发展迅速,相比于碱性电解水工艺,其占地面积较小,与可再生能源的适配度更高,国内目前已实现规模较小的商业化运作。川财证券研究指出,SOEC 制氢的主要特点是工作温度高、效率高、蒸汽替代液态水,且可以反向运作,充当燃料电池,目前国际上已实现商业化,但规模落后于碱性和 PEM 电解水制氢。
“碱性电解水制氢与 PEM 制氢的较快发展得益于有一定的产业基础作支撑,如碱性电解槽原先用来制氧,随着制氢产业发展及氢气需求加速增长,碱性电解槽开始用于制氢环节。”资深从业者郑贤玲对记者表示,“SOEC 加速发展是业内所盼,这一技术路线解决了电解槽的污染、体积大、效率不太高、贵金属成本等问题,如今 SOEC 已正式走出实验室,对于产业而言是重要的一步。”
佛山环境与能源研究院上海事业部部长邬佳益认为,虽然相较碱性电解水和 PEM,SOEC 发展进程较慢,但目前主流电解水制氢方式各有其优势,也分别适用于不同的应用场景。“同时,对产业而言,技术的不断更新迭代是大势所趋,现在的技术能否适应未来的发展值得关注。因此,多元化的技术路线同时发展将更好更快适应未来应用场景、商业模式等的快速变化,最终利好产业发展。”
降本增效优势显著
开源证券研究指出,SOEC 拥有不使用贵金属催化剂、余热温度高、能量转化效率高等优势,可适用于制氢、热电联产等应用场景,是实现我国碳达峰碳中和目标的重要发展方向。
据上海翌晶氢能科技有限公司总经理刘青介绍,在电解水制氢的成本构成中,电费占比 80%、折旧占比 10%、运营维护 10%,因此,降低电费成本成为电解水制氢降本的关键因素,而 SOEC 高效优势将引领绿氢技术降本。“数据显示,SOEC 系统的电解效率超过 84%,与工业余热回收结合,能进一步降低电耗达 10%,比碱性和 PEM 电解省电 28%。”
关于降本问题,刘青表示,现今,SOEC 降本速度已远超预期,预计到 2023 年,成本可降为 1 万元 /kW;2025 年有望下降到 5000 元 /kW;至 2030 年,成本将为 1000 元 /kW,相较 2023 年下降 90%。
“目前,氢气生产大部分是以化石燃料为主的灰氢,或通过碳捕集和封存技术来减少碳排放制取的蓝氢,由清洁能源和可再生能源制取的绿氢所占比重则不足千分之一。”国家能源局原正司级巡视员、中国投资协会能源投资专委会会长孙耀唯表示,采用先进高效的 SOEC 技术生产低排放、高效率的绿氢是未来氢能产业上游优化供给的关键课题。SOEC 技术因电价降本空间扩大而表现出更明显优势,将成为助力工业无碳化的关键一环。
产业链需进一步完善
2022 年 3 月出台的《氢能产业发展中长期规(2021-2035 年)》明确提出,要合理布局制氢设施,推进固体氧化物电解池制氢等技术研发。在政策方向指引下,SOEC 技术迎来更多发展前景。但需要注意的是,目前 SOEC 相关产业链尚不完善,在产氢规模、运行时间等方面符合商业化运行的 SOEC 产品仍较少。
具体来看,SOEC 设计开发风险大,对材料性能要求高。邬佳益指出,相比碱性电解水和 PEM,SOEC 技术壁垒更高。SOEC 电解水制氢过程中工作温度高,对很多材料的耐温性和耐腐蚀性提出更高要求。“要实现材料在高温下具有较好热稳定性和化学稳定性,不同组件间的热膨胀系数匹配,同时保证材料成本尽可能低,行业还需要持续技术攻坚。”
产业链不完善也成为制约 SOEC 发展的重要因素。邬佳益表示,由于 SOEC 发展相对较晚,产业链基础不完善,行业内相关企业很少,造成产业发展速度较慢。“目前,SOEC 还没有完备的供应链,举例来说,如果企业想要购买或者缺少某个零部件,可能根本找不到厂家。”
刘青表示,氢能产业将是能源低碳化转型的主旋律,SOEC 作为未来单位制氢成本最低的技术解决方案之一,必将成为绿氢迈向大规模应用的主要抓手和推动力。期盼业内上下游各企业通力合作,打造一个更加完善、更有韧性的 SOEC 生态产业链体系,将绿氢产业做大做强。
(图片来源:veer 图库)
来源 / 中国能源报