碱性电解槽是可再生能源大规模制氢的关键装备。日前，中国华能主导研制的世界单槽产能最大碱性制氢水电解槽在苏州下线，可制氢1300标准立方米/小时。今年10月，隆基氢能科技有限公司首台碱性水电解槽下线，单台制氢能力超1000标准立方米/小时。
由于碳达峰、碳中和目标的提出以及氢能产业的加速发展，绿氢在降碳中发挥的作用备受关注，电解水制氢的规模不断扩大。电解槽作为重要的绿氢制取设备，其技术发展及成本优势影响着绿氢规模化发展进程。业内人士认为，碱性电解槽作为我国的主流电解制氢技术，技术水平不断提升。
性能指标不断提升
业内研究显示，与质子交换膜水电解制氢和固体氧化物电解制氢技术相比，碱性电解水制氢是现阶段我国发展最成熟的电解制氢技术，在成本和寿命方面都具有明显的优势。
“目前碱性电解槽已经实现了国产化和大型化，设备投资降到了2000元/千瓦以下，一些电解槽运行寿命超过了20年。”华能清能院氢能部主任王金意说，目前国内绿氢项目还是以碱性电解制氢为主，随着近几年研发投入的加强，碱性电解槽性能也有了显著提升，在保持低成本优势的前提下，关键性能指标已经和质子交换膜电解槽接近。随着科研力量和产业投资的注入，碱性电解制氢技术在规模、成本、性能等综合性能上将保持竞争优势。
不过王金意提醒称，制氢设备并非越大越好。“准确地讲，氢气产量大型化和体积小型化的同时实现，是电解制氢设备的一个发展趋势，解决这一问题的关键是电流密度的提升。通过提升电流密度，实现单台氢气产量的提高和单位产量体积的下降，能够有效降低占地面积和设备投资成本，这对电解制氢的大规模应用推广十分重要。”
寻求进一步降本
相对于煤制氢、天然气制氢等传统化石燃料制氢来讲，碱性电解制氢的成本相对较高。根据目前的可再生能源度电成本、电解制氢的综合能耗，考虑电解槽的投资和运营成本，氢气的生产成本约为25-35元/公斤，而化石燃料制氢的成本约为8-18元/公斤。
此外，目前我国普遍使用的是非石棉基的PPS布，价格低廉，但隔气性差、能耗偏高。今年2月，科技部正式发布《关于对“十四五”国家重点研发计划“氢能技术”等18个重点专项2021年度项目申报指南征求意见的通知》，高效大功率碱水电解槽关键技术开发与装备研制被列入其中，研究内容包括新型非石棉隔膜批量制备技术、大直径碱性电解槽结构优化设计与集成技术等。
对此，王金意分析认为，在制氢产业尚未形成规模的情况下，为避免出现产业环节缺失或发展薄弱的情况，产业上下游协同，实现电解水制氢的经济性尤为迫切。
“目前，用电成本约占电解制氢成本的60%以上，通过电极、隔膜、电解槽等关键材料和核心部件的技术突破，可进一步降低制氢电耗。与此同时，挖掘电解制氢在上游电源、电网侧的储能调峰作用，可获得更优的综合用电价格或辅助服务补偿。”在王金意看来，这不仅有利于拓展绿氢的应用场景，还能保障绿氢的生产时间和消纳渠道，提高效益。
与可再生能源的适配性待加强
“与可再生能源适配性较差”是业内对碱性电解槽制氢的普遍印象。碳达峰、碳中和背景下，可再生能源规模将不断扩大，如何突破适配性难题？
王金意认为，碱性电解槽与可再生能源适配性较差是相对的。相对于质子交换膜电解槽，碱性电解槽的动态响应速率较慢。但在实际应用过程中，基于安全性的考虑，电网并不希望电源或负荷快速变化。
“事实上，提升碱性电解槽与可再生能源的适配性，可以从提高制氢系统的快速响应能力、提高大规模电解制氢的电源效率，以及电源和制氢系统间的耦合控制等方面加以解决。”王金意指出，这也是未来制氢技术发展的重要方向。
