“在30·60的号角下，中国正进入一个全新的且富有绝对想象空间的新能源大时代，这其中既有浮沉十年走向平价的光伏，也有逐步大放异彩的锂电池、储能以及被寄予厚望的氢能，它们将共同推动中国走向碳中和的星辰大海。”

中国氢能的新时代

身处这个能源大时代中，感受着国家的社会发展与科技进步，而以电、光、锂这“新三样”，也就是以电动汽车、光伏产品、锂电池的出口为代表的新能源技术，代表了国家高技术、高附加值、引领绿色转型的产品，已经成为中国引领全球发展的品牌，更是每中国人心中的骄傲，并一跃成为新的出口增长点。而伴随着不同新能源技术的发展，注意力也集中到了一个崭新的方向上来，越来越多的企业不惜砸重金大手笔进入领域拓荒，从2020年以来该领域屈指可数的几十家企业到三年后的制储加用领域百花齐放，世界也再次把目光投向了“中国制造”。

氢能，对越来越多的普通大众来说已不太陌生，富氢水吸氢机代表的氢健康和氢医学几年前的大火让人人都拥有和氢零距离接触的机会，而事实上氢燃料电池技术已在中国稳步发展二十余年，相关汽车与工业化应用的落地仍在实行中。而真正让氢能火起来的，是它与电、光、锂这“新三样”不可分割的关系以及其在减碳大业中不可忽视的作用，这都源自氢能的最上游，制氢。

尽管光伏、风电等新能源发电的利用效率越来越高，但考虑到电网是一个波动的系统，用电端与输电端紧密联系，当用电需求不足时，必然有大量多余的新能源电力无法消纳，这就让电解水制氢的电力来源有了充足的保证并伴随着低廉的单位电价。换一种角度，无法被储存或者说较难储存（电池储能成本高且安全性要求高）的电能以化学能的形式变成了氢气。

回到制氢端来，电解水制氢设备难以在不断波动的负荷下进行工作，这就造就了目前很多制氢项目并网不上网的规划，简而言之，光伏所发的电并入电网但不被电网消纳，通过中压（如15kV）输送到制氢设备并全部用于电解。这种设计所孕育的大型项目多数为新建光伏电站匹配制氢需求，这无疑促进了太阳能与氢能产业的共同开发。而其他设计（如半离网，全离网）多数依赖更为复杂的电源和电力系统，在国内多数仍在示范阶段。而完全上网则是最简单易行的电解制氢方式，可电网高昂的电价将使电解的氢气毫无成本优势可言。关于制氢成本，电力设置的问题，以后会专门撰写两篇文章进行详细分析。

同样，电解水制氢设备无法承担频繁的启停机工作，这对隔膜与催化剂的寿命将是沉重打击，所以越来越多的项目要求在制氢现场加装储能装置，简单说就是当驱动电解的光伏或风电不足时，使用储能系统储存的电力供电以确保电解槽的连续工作，这又将锂电池与氢能的发展紧密结合起来。

而对动力电池驱动的电动汽车而言，其与氢能驱动的燃料电池汽车本应为竞争关系，可新能源互联化的浪潮却让氢能与电动汽车也脱不开干系，这里要提到的就是氢储能。氢储能是一种利用氢作为能量载体的储能方式，通过电解槽可以灵活的将电能转化为氢并储存，在需要时再通过燃料电池转化为电能，虽然整个过程算下来存在能量转化过程的损失，但利用富余的、非高峰的或低质量的电力，不去网上取电从而去掉过网费或者直接采取离网制氢。这样保证了制氢的时候电价低，放电的时候有较高的容量电价、调峰电价，可以赚取差价。这与未来电动汽车将要搭建的车网互动能源系统不谋而合，即电动车停止运行时通过双向充电桩与电网联接，通过能源互联网调控，可以实现低谷充电高峰放电。在未来，汽车出行不仅可以享受近乎为0的电价，使用氢储能的电力又让电动汽车实现从源头的真正0碳。当然除了新的电力系统，氢储能同样促进化工冶金等行业的减排发展。虽然目前对氢储能的成本和应用讨论仍在进行，但是相信在不远的未来可以看到氢储能的落地与应用。

中国制氢行业的发展历程

许多制氢行业中人喜欢将2022年称为中国制氢行业或电解槽行业的元年，这一年，世界上最大的电解水制绿氢项目宝丰项目投产的消息刚刚传出又一个更大的绿氢项目中石化库车项目已全面开工，之前从未在此领域涉足的隆基绿能，阳光电源等巨头在不到一年时间实现研发团队建立并完成制氢产品下线，派瑞氢能发布2000Nm3/h超大产率电解槽，市场热度彷佛一夜间达到高潮，无数化工，环保，机械，能源公司疯狂涌入制氢赛道，人声鼎沸中很多人开始疑问，电解水制氢到底是什么，是我们小时候做的那个科学实验吗？成本不是应该很高吗？为什么我们国家开始发展电解水制氢了呢？

其实电解水制氢很早作为工业应用在新中国建国初期就有所布局，在中国的发展主要以碱性电解制氢技术为主，并广泛应用在电厂（发电机转子冷却）、半导体（反应气）、冶金（保护气）等领域。而电解水制氢就是利用水的电解反应制备氢气的技术，是一种清洁、可再生的制氢方式，其由可再生能源电力制得的氢通常称为绿氢。电解槽是用于电解水制氢的核心设备，也是目前制氢行业争相布局的核心装备，其技术水平和成本直接影响着电解水制氢的效率和经济性。目前，常见的电解槽有碱性电解槽（ALK)、质子交换膜电解槽（PEM)、阴离子交换膜电解槽 (AEM)和固体氧化物电解槽（SOEC)等，各有优缺点和适用场景。

1.碱性电解水制氢：

其中碱性电解槽是利用碱性溶液作为电解质，最具开发前景的大容量电解水技术，也是中国最早发展的技术，目前中国的碱性电解槽产品结合自主创新形成的带压碱槽技术，在国际上具有绝对竞争力。碱性电解槽在中国的技术发展历程可以分为以下几个阶段：

第一阶段：引进与仿制。20世纪50年代至70年代，我国从苏联、日本等国引进了碱性电解槽技术，并进行了仿制和改进，主要用于化工、冶金等行业的工业制氢。这一阶段的碱性电解槽以石棉隔膜、镍网电极为主，产氢量较小，能耗较高，设备寿命较短。

第二阶段：自主创新与突破。20世纪70年代至90年代，受冶金行业和电子行业的需求驱动，我国开始自主研发碱性电解槽技术，中船重工718所独创了带压电解技术，结合优化的垫片进一步提升电解槽安全性，同时碱性制氢行业在这个阶段开发并取得了一系列重要成果，如开发出聚苯硫醚（PPS）隔膜、镍基合金电极、双极板结构等，显著提高了碱性电解槽的产氢量、效率和稳定性。这一阶段的碱性电解槽以拉杆式圆柱形结构为主，产氢量达到100 Nm3/h以上，直流电耗降低到4.8 kWh/Nm3以下，设备寿命延长到5年以上。

第三阶段：规模化与产业化。21世纪初至今，我国在碱性电解槽技术上继续深入研究和创新，并加快了规模化生产和应用的步伐，主要用于可再生能源电解水制氢项目。这一阶段的由氯碱工业而来的新的方形叠片式结构碱性电解槽开始出现，传统结构的电解槽也被不断做大，产氢量达到2000 Nm3/h以上，直流电耗降低到4.2 kWh/Nm3以下，设备寿命延长到15-10年以上。

当然，以上提到的参数诸如电耗与寿命，更多时候是理想的数字，因为电解槽的制氢过程实际上是电化学反应过程，长时间持续反应会带来不可逆衰减，而直流电耗会随着电解槽的衰减而逐步增加，到底增大到多少电解槽不能使用，目前也没有既定标准，业内以小室电压2.1V为限，而设备寿命更多是考虑及此，同时还要考虑电解槽的使用情况（启停次数，年运行小时数），故更多时候给出的还是较为理想的数字。

目前，我国已经掌握了碱性电解槽的核心技术，并有多家企业实现了产业化。如派瑞氢能，考克利尔竞立、天津大陆、隆基氢能、阳光电源等，在国内外市场上占有较大的份额。一些近两年进入市场的新锐大都布局碱性制氢，并在逐步发展。但目前碱性制氢技术存在绿电波动工况下无法稳定工作等核心问题，亟待从业者们从材料设计、系统控制策略优化、多槽集群控制等方面解决。

2.PEM电解水制氢：

PEM电解槽是利用质子交换膜作为电解质，由于不需要导入高腐蚀的电解液，所以是一种高效、环保、安全的制氢方式，但其对贵金属催化剂有较强的依赖，也导致了其成本居高不下，但其可以快速启停的特性使其在与可再生能源耦合方面更具潜力。PEM电解槽在中国的技术发展历程与碱性类似，但起步稍晚：

第一阶段：引进与仿制。20世纪60年代至70年代，美国、日本等国开发的PEM电解槽技术在我国开始发展，主要进行仿制和改进，主要在船用和军用领域发展。这一阶段的PEM电解槽以全氟磺酸膜、铂基催化剂、碳纸扩散层为主，产氢量较小，能耗较高，设备寿命较短。

第二阶段：自主创新与突破。20世纪70年代至90年代，两次燃料电池热潮带动了PEM电解槽的研究，但其应用除了制氢，在制氧端也很受关注。此时我国开始自主研发PEM电解槽技术，但受限于单位制氢量小，难以工业化应用，PEM更多应用在实验教具和小型医用上。

第三阶段：规模化与产业化。21世纪初至今，我国在PEM电解槽技术上继续深入研究和创新，开发出了非全氟质子交换膜、非贵金属催化剂、新型双极板结构等，并加快了规模化生产和应用的步伐，主要用于可再生能源电解水制氢项目。目前PEM电解槽以方形叠片式结构为主，单槽产氢量普遍达到100 Nm3/h以上，直流电耗降低到4.5 kWh/Nm3以下，设备寿命延长到5-10年（未得到实际工程案例的验证）。

我国的PEM电解槽制氢技术主要源自大连化物所，大化所利用其在PEM燃料电池的多年经验以及对电化学催化等领域的专业，在90年代起就开始深入PEM电解槽的研发，并联合众多企业合作，在2022年交付了国内首台兆瓦级质子交换膜（PEM）电解水制氢系统。

目前，我国PEM电解槽核心技术和欧美仍有些许差距，虽有多家企业实现了产业化，但总体市场占有率不足碱性电解槽零头。除了大化所合作的阳光氢能，上海电气，龙蟠科技外，派瑞氢能、天津大陆、国富氢能等都在PEM制氢方向有所布局。目前许多国内项目仍然选择进口PEM电解槽，国产PEM电解槽的质量和性能仍有待考验。

3.其他电解水制氢技术：

AEM和SOEC目前仍主要实验室阶段，商业示范应用正在逐步开展，大规模应用需假以时日。AEM制氢技术，更像是碱性制氢的原理，PEM制氢的效率，把两种商业化成熟的技术优势结合起来的新技术，在国内的发展也是从最近几年才开始的，布局的企业多为大胆创新的新型创业公司。其主要受制因素为电解槽的稳定性，核心是膜的稳定性，很多人会把AEM归类于新一代膜技术的碱性电解槽，由此可见膜的工艺与研发对电解槽发展的重要性。

SOEC制氢技术，类似与PEM，在七八十年代燃料电池发展热潮中以SOFC (固体氧化物燃料电池)被引入中国，其特点是制氢效率高且全固态结构，但由于其需要高品位热能，且寿命较短，一直以高校为阵营不温不火的发展。SOEC最早在中国科学院硅酸盐研究所进行研究，后来推广到各路高校，并在2018年左右开始全方位的产业化扩张，布局公司多为高校+公司产学研合作。目前国内尚未有报道的大型SOEC制氢项目，但相信随着核能制氢，大规模冶金脱碳改造以及分布式氢储能等工作的推进，SOEC一定会有更加广阔的发展空间。

制氢行业走向新时代

随着我国提出“碳达峰”和“碳中和”的目标，氢能作为一种零碳排、应用形式多样的清洁能源，受到了越来越多的关注和重视。我国已成为世界第一大产氢国，但主要依靠化石燃料重整制氢和工业副产氢，清洁度较低。为了实现能源结构转型和低碳发展，我国需要加快发展清洁能源电解水制氢，并提高电解槽的技术水平和产业规模。

根据中国氢能联盟发布的《中国可再生能源制氢技术路线图》1，到2030年，全国电解槽装机量达到102GW，全国可再生氢总需求达到770万吨/年。化工行业对可再生氢的需求量最大，其次是交通和钢铁行业。西北、华北地区本地应用需求旺盛，成为装机规模最大的区域。报告提出了绿氢在不同领域的发展路径和推广策略。

在技术方面，我国已经掌握了碱性电解槽和质子交换膜电解槽的核心技术，并有多家企业实现了产业化。碱性电解槽技术成熟、设备成本低，是目前的主流路线；质子交换膜电解槽技术制氢效率高、灵活性好，产业化在即；固体氧化物电解槽技术处于研发阶段，存在发展潜力。

在政策方面，我国已经出台了一系列支持氢能发展的政策措施，包括《新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）》3、《关于加快推进新能源汽车充换电设施建设运营补贴政策退出机制实施方案》、《关于加快推进新能源汽车充换电设施建设运营补贴政策退出机制实施方案》等。这些政策为氢能产业提供了有利的环境和条件。

在市场方面，我国已经形成了一批具有代表性的绿色制氢项目，如中石化新疆库车绿氢示范项目、内蒙鄂尔多斯市风光融合绿氢示范项目、吉林大安风光制绿氢合成氨一体化项目。这些项目展示了我国在不同地区、不同能源、不同应用领域的绿氢发展模式和成果。

诚然在规模化绿氢应用的过程中，必然面临着诸多难题，但敢于进行大型规模化项目的尝试是我们获取经验的第一步，这些经验的积累势必会让我们在绿氢快速发展的进程中具备更大的优势。

总之，我国电解槽制氢技术和产业发展迅速，具有良好的前景和潜力。为了实现氢能的大规模应用和推动能源转型，我国还需要进一步加强技术创新、政策支持、市场培育、基础设施建设等方面的工作，促进电解槽制氢的成本降低、效率提高、规模扩大和安全可靠。