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自2017年日本提出構(gòu)建“氫社會”，發(fā)布國家氫能戰(zhàn)略路線圖以來，氫能逐漸成為國際議程的新焦點，尤其在2019年12月第25屆聯(lián)合國氣候變化大會后，發(fā)布國家氫能戰(zhàn)略的國家激增。

根據(jù)中國氫能聯(lián)盟大數(shù)據(jù)平臺統(tǒng)計，截至2020年底，占全球GDP52%的27個國家中，已有16個制定全面的國家氫能戰(zhàn)略，還有11個國家正在制定國家氫能戰(zhàn)略。各國將氫能視為深度脫碳及實現(xiàn)清潔能源轉(zhuǎn)型的重要途徑，著力部署大規(guī)模電解水制氫產(chǎn)業(yè)與技術(shù)開發(fā)，擴大以可再生氫為代表的清潔氫在工業(yè)、交通、發(fā)電與建筑等領(lǐng)域的應(yīng)用，推動經(jīng)濟綠色發(fā)展。

我國于2020年12月率先發(fā)布《低碳?xì)洹⑶鍧崥渑c可再生氫標(biāo)準(zhǔn)與評價》。2020年，歐洲提出300億歐元的2×40GW綠氫行動計劃，在歐洲和北非開展大規(guī)模可再生能源電解水制氫示范[8]。澳大利亞計劃2050年綠氫產(chǎn)能達(dá)到3 000萬t/年[9]。僅2020年，我國公布規(guī)劃的可再生能源制氫項目就達(dá)28個。據(jù)此測算，到2030年，全球電解水制氫裝備的市場規(guī)模超過3000億元，綠氫市場貿(mào)易規(guī)模超過1萬億元。

根據(jù)國際能源署（IEA）的統(tǒng)計，當(dāng)前全球氫氣需求量約11500萬t，幾乎全部來自于化石能源?？稍偕茉措娊馑茪浞绞缴a(chǎn)的低碳清潔氫占比不足1%。從技術(shù)路線來看，電解水是一種綠色環(huán)保、生產(chǎn)靈活的制氫技術(shù)，其產(chǎn)品純度高，技術(shù)相對成熟，并且可利用光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等可再生能源實現(xiàn)氫氣的大規(guī)模制備，是實現(xiàn)我國碳中和目標(biāo)的重要技術(shù)之一。

但我國電解水制氫技術(shù)也面臨著瓶頸：

一方面，我國在電解水制氫關(guān)鍵技術(shù)方面與國外尚有差距，雖然堿性電解水制氫技術(shù)在我國歷史悠久，但在氫能成為全球能源革命戰(zhàn)略技術(shù)之前，電解水制氫技術(shù)僅少量應(yīng)用在浮法玻璃、半導(dǎo)體等行業(yè)，主要作為保護氣使用，市場規(guī)模很小，導(dǎo)致該技術(shù)研發(fā)動力不足，整體性能較國外有差距。美國、日本、歐洲等國已制定了電解水制氫技術(shù)攻關(guān)路線圖與關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)發(fā)展目標(biāo)，我國目前尚無電解水制氫技術(shù)路線的頂層規(guī)劃，對國外當(dāng)前技術(shù)水平差距缺乏量化對比分析。

另一方面，電解水制氫技術(shù)還面臨氫氣成本較高的問題，成為現(xiàn)階段可再生氫大規(guī)模部署的主要障礙。

國華能源投資有限公司、北京國氫中聯(lián)氫能科技研究院有限公司、中國船舶重工集團公司第七一八研究所的研究人員劉瑋、萬燕鳴、熊亞林、陶志杰、朱艷兵，在2022年第11期《電工技術(shù)學(xué)報》上撰文，對電解水制氫技術(shù)進(jìn)行綜述，介紹包括美國、日本、歐洲等國家電解水制氫技術(shù)路線圖和技術(shù)指標(biāo)目標(biāo)；然后深入分析國內(nèi)電解水技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，并與國外技術(shù)水平進(jìn)行了差距量化對標(biāo)，在此基礎(chǔ)上提出我國電解水制氫潛在的技術(shù)路線。

他們分析目前中國平準(zhǔn)化低碳清潔氫成本，并且對中國2020~2050年平準(zhǔn)化低碳清潔氫成本進(jìn)行了預(yù)測。降低低碳清潔氫氣平準(zhǔn)化價格，需要從技術(shù)、商業(yè)模式創(chuàng)新等多方面協(xié)同發(fā)力，從而發(fā)揮其在能源轉(zhuǎn)型及深度脫碳方面的作用。

團隊根據(jù)研究成果，提出若干建議，希望為推動我國低碳清潔能源轉(zhuǎn)型、碳中和目標(biāo)實現(xiàn)、解決可再生能源消納問題及加速氫能產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程提供參考依據(jù)，對我國低碳清潔氫產(chǎn)業(yè)與技術(shù)的發(fā)展提供指導(dǎo)。

1）電解水制氫技術(shù)方面，我國堿性電解水制氫技術(shù)成熟，市場份額高，核心電解槽已實現(xiàn)國產(chǎn)化，但隔膜和電極國產(chǎn)化零部件技術(shù)水平較國外有差距，導(dǎo)致電流密度與電解效率低于國外水平，但國內(nèi)設(shè)備成本優(yōu)勢明顯。

由于國內(nèi)質(zhì)子交換膜電解水制氫技術(shù)剛剛起步，性能尤其是壽命尚缺乏市場驗證，整體上落后于歐美。核心部件電解槽尚未完全實現(xiàn)國產(chǎn)化，其中質(zhì)子交換膜依賴進(jìn)口，國內(nèi)雖具備膜的生產(chǎn)能力，但膜樹脂、膜溶液等原材料多為進(jìn)口。在可再生能源電解水制氫項目方面，缺少系統(tǒng)性大規(guī)模示范及電氫融合技術(shù)研究。

2）我國近10年應(yīng)著力對AE和PEME制氫技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)，力爭2030年AE制氫技術(shù)電解效率達(dá)到75%、電堆電流密度達(dá)到0.3A/cm2@1.54V，設(shè)備成本降至800元/kW，壽命達(dá)到100000h；PEME制氫技術(shù)電解效率達(dá)到78%、電堆電流密度達(dá)到2.0A/cm2@1.54V，設(shè)備成本降至4 000元/kW，壽命達(dá)到100000h。

同時提出了三個主要技術(shù)開發(fā)課題：高效堿性水電解制氫技術(shù)，高效長壽命低成本MW級質(zhì)子交換膜電解水制氫系統(tǒng)和P2G場景下高效、長壽命電解水制氫技術(shù)課題研究。

3）當(dāng)前可再生能源電解水氫氣平準(zhǔn)化成本在20~40元/kg，高成本制約了清潔氫的產(chǎn)業(yè)化。度電成本、運行負(fù)荷、制氫效率與設(shè)備成本是電解水制氫技術(shù)降本的關(guān)鍵因素。

4）電解水制氫技術(shù)的規(guī)?；枰獓乙I(lǐng)、技術(shù)攻關(guān)、企業(yè)合作、產(chǎn)業(yè)協(xié)同等各方面協(xié)同推動。

本文編自2022年第11期《電工技術(shù)學(xué)報》，論文標(biāo)題為“碳中和目標(biāo)下電解水制氫關(guān)鍵技術(shù)及價格平準(zhǔn)化分析”。本課題得到了國家重點研發(fā)計劃、國家能源集團科技創(chuàng)新項目和國華投資公司科技創(chuàng)新項目（碳中和愿景下公司氫能發(fā)展路徑研究）資助的支持。