制氢装备“降本增效”途径

作为绿氢核心设备的电解槽，已进入订单加速放量时期。随着一大批企业涌入电解水制氢设备领域，产品性能升级、价格下行成为电解槽行业的发展趋势。那么，“降本增效”的途径具体有哪些？

在一场年会上，来自国氢科技、鸿基创能、隆深氢能、阳光氢能、三一氢能、大陆制氢、浙江菲尔特、金泉益、氢导智能、航天华阳、质子动力等多家电解水制氢设备企业、核心部件企业以及生产装备企业发表了重磅演讲，并进行了圆桌对话。从他们的观点碰撞中，可以一窥电解水制氢设备及核心部件技术创新的方向及未来市场趋势。

大规模制氢系统技术蝶变推动降本

根据高工氢电产业研究所（GGII）《中国电解水制氢项目数据库》，2023年1-10月国内累计建成绿氢项目14个，总制氢装机规模达到400MW。另据GGII统计，截至目前国内在建及规划绿氢项目装机规模合计达到36GW，总投资超过5000亿元。

虽然绿氢发展前景一片大好，但由于行业处在发展初期，绿氢产业在大规模发展过程中，依然面临“绿电制氢环节是否经济高效、是否安全可靠”等难题。这需要制氢设备企业扎实开展氢能产业技术创新与高精尖产品研发制造，蹚出技术蝶变之路，推动氢能产业高质量发展。

具体来看，目前大规模电解水制氢系统发展面临的挑战有三方面：其一是成本高，降低制造成本是电解槽企业发展的重点；其二是全球电解水制氢相关标准不一；其三是国内法规将氢气列为危化品管理，禁止氢气在非化工园区生产。

大陆制氢总工程师许卫认为，可以通过研制高效、低成本的制氢设备和大规模生产制氢设备来实现降本；面对全球制氢标准不太，企业需要根据不同的标准打造产品；此外，近年来一些地方政府对非化工园区制氢有所松绑，希望全国层面能够全面放开。

大规模的可再生能源制氢项目需要对绿电友好度高、电解效率高、安全保障度高、土地利用率高的整体解决方案。

在年会现场，国氢科技发布了“氢涌智氢岛”一体化解决方案。国氢科技长春绿动董事长樊焕然表示，“氢涌智氢岛”一体化解决方案，基于“氢涌”数智化平台和“氢涌”自主化装备，覆盖电氢耦合、储氢输氢、中央集控全流程，集合软硬件高度集成、智能化整岛运行、全流程效益管理等特点，兼具“更经济、更高效、更安全、更可靠”多项优势。

大规模的绿电制氢给设备企业提出三个方面的要求：其一是要求IGBT制氢电源具有快速动态响应能力、输入波动及负载启停、不均衡工况下的谐波性能等；其二是要求电解水制氢设备具备快速动态响应能力、宽负荷调节及频繁启停适应能力、热待机及热启动功能等；其三是要求系统的组网及运行控制策略能够多元协调控制，如源网荷（氢）储能量管理策略、多台电解槽协调运行策略等。

阳光氢能给出的解决方案是基于柔性组网技术、电力电子技术、电化学技术、过程控制技术、能量管理技术、集群控制技术等六大核心技术，以及柔性制氢电源、柔性电解水制氢设备、智慧综合管理系统等三大核心设备，可实现制氢系统与风，光，储，网等多种能源形式及多种应用场景的柔性融合，构建灵活、高效、友好的绿电制氢系统。

对制氢项目而言，在追求绿氢经济性的同时，还必须保证设备的可靠性和安全性。

三一氢能碱性电解槽四合一系统通过设置安全阀、联锁报警、误操作自动联锁停机、减少人为出错率和安全风险保证了系统的安全稳定；采用装配式操作平台，方便安装及后期拆卸维护；按人机工程方法设计操作、检修结构，充分考虑日常操作、检修所需平台及通道；采用智能化控制，采用五层安全防护的设计，在撬块内的设备、阀门、仪表自动化控制等多个领域进行了多级安全防护设计。

核心部件及生产装备紧跟而上

核心部件企业一直高度重视产品技术进步、增强核心竞争力。当前电解槽与核心部件如何配合实现降本增效，是行业关注的热点话题，参会的企业高层对此也提出了自己的看法。

当前传统的碱性电解槽体积大、重量重，通常1000标方的电解槽重量要达到50-60吨，不利于后期的远程运输和维修。国内一些企业通过镍基催化剂的应用、先进工艺制成超薄金属双极板、金属液气扩散层、离子树脂隔膜的应用等措施，改进碱性电解槽，将电流密度提高3~4倍，大大减小了电解槽的体积。

浙江菲尔特董事长何赞果表示，通过自主研发碱性膜、气体扩散层以及新结构微流道双极板，目前菲尔特200标方高电密新型碱性电解槽电堆8月在包头晶奥成功试运行，电流密度达到5300A持续稳定运营，今年11月，已完成二代1000标方高电密方形ALK电解槽制造，重量仅有12吨。

碱性电解水技术已实现工业规模化产氢，技术较为成熟，但仍有进步空间。第三代复合隔膜改善了PPS隔膜的亲水性，提高了隔膜与电解液的相容性，降低了电解槽的内阻，从而起到了节能降耗的作用。航天华阳通过自主研发的碱水制氢隔膜工艺及装备，让复合隔膜的生产质量以及生产速度得到有效提升。

相比于碱性电解水工艺，PEM电解水制氢设备占地面积较小，与可再生能源的适配度更高。但因其成本和寿命问题一直困扰该技术路线的发展。其中，膜电极作为核心部件，影响着PEM电解水制氢装备的性能提升、成本降低。

在当前绿氢产业发展对PEM电解水制氢装备市场需求提升的当下，对于优质膜电极的需求尤为迫切。在2023高工氢电年会开幕式上，鸿基创能发布了PEM电解水膜电极新品。鸿基创能PEM电解水项目负责人董准博士表示，这款高效的全尺寸PEM电解水制氢膜电极，在采用薄质子交换膜、低贵金属载量的同时（可以极大降低成本），确保了效率高、渗氢率低、寿命长。

在PEM电解槽的制备过程中，极板的制造尤为重要。目前PEM电解槽极板制造主要有冲压、蚀刻和机加工三种不同的工艺路线。金泉益总经理谢金发表示，蚀刻工艺在生产周期，成本以及对材料的适配性方面都有其独特的优势。在氢能产业发展初期，可实现柔性生产，灵活度高，既能满足大批量生产的需要，又能实现小批量产品的快速交货PEM钛极板蚀刻，成为一种极具性价比的选择。

随着国内电解水制氢项目的快速崛起，电解槽企业的生产也逐渐从过去的半自动化，小规模的实验室型制造迈向智能化、自动化的方向发展。需注意的是，PEM电解槽的催化剂、质子膜的材料成本占比很高，在PEM电解槽向更大标方发展的形势下，需要节省核心材料的使用量，以达到降本的目的。

隆深氢能推出一系列PEM电解槽膜电极相关的设备，建立起PEM电解槽从材料到成堆装配的全链装备矩阵，帮助企业选择合适的制造工艺路线，以尽可能的节省投入成本，提升制造精度和效率。

PEM电解槽MEA制备在制备过程中，往往存在大面积催化剂转印不均匀和封装出现气泡的问题，氢导智能针对MEA制备制浆研磨、涂布、封装和电堆堆叠技术特点和难点，研发了专为电解水涂布开发制浆-研磨一体机、桌面狭缝涂布机、阳极涂布机、高兼容度双面转印设备、成品裁切设备、电解槽组装产线等产品，助推整个行业的快速产业化降本进程。

在所有电解水制氢技术中，SOEC制氢路线具有能量转化效率高、不需要使用贵金属催化剂等优点。质子动力董事、总经理吕大伟表示，SOEC节能优势明显，成本下降空间大，相关预测年产能达到1GW时，O‐SOEC和H‐SOEC的电堆成本将分别降至$115/kW和$78/kW，由于国内原材料体系更加完善，届时中国的SOEC成本肯定比国外更便宜。

整体来看，随着需求规模的增长和行业竞争的加剧，市场对电解槽零部件的要求也在不断更新升级，相关企业还需要持续创新推动产品降本增效，才能在行业发展中脱颖而出。

高工氢电董事长张小飞博士表示，降本是行业发展的第一驱动力，也是商业规律。电解水制氢设备技术的进步、规模化的应用，和竞争的升级，直接推动电解槽价格不断下行。制氢设备的降本增效有利于降低用氢的价格、提升氢能应用的经济性，同样也是推进氢能规模发展的关键。