氢能产业的发展和竞争日趋激烈，尤其是在制氢设备端，风电、光伏等新能源设备制造企业纷纷跨界进入之后，制氢设备的同质化程度高企。如何选对技术路线，成为制氢设备厂商突围的关键。碱性电解槽技术经过几十年的发展，如今技术创新进入瓶颈期，当下制氢设备端的电解槽是时候走上技术迭代的分水岭，或许从这些制氢设备的头部企业的技术布局能窥视到电解槽技术未来的发展方向。
ALK技术仍为业内主流
当前制氢技术中，主要有4种，分别是碱性电解（ALK）技术、PEM电解技术、AEM电解技术和SOEC电解槽技术。这四种技术各有千秋，而其中最主流的技术是碱性电解（ALK）技术。（ALK）技术的市场占有率约九成，其主要是利用镍网作为电极、PPS材料作为隔膜，虽然这种技术已经有上百年的历史，但存在结构性限制因素，比如电极与隔膜之间有较大间距、电流密度较低、隔膜的承压能力差、体积较大等。
氢能汇（微信公众号：h2-2005）了解到，根据主流厂商规划，国内到2025年国内电解水制氢设备总产能有望超过65GW。2023年新增共186项。目前，已披露的绿氢产能总量达489万吨/年（不含废止项目），产能集中于内蒙古、河北、新疆、甘肃等西北地区。国内碱性电解槽技术源于中船718所，早期718 所、苏州竞立、天津大陆“老三家”企业三分天下，时至今日，碱性电解槽玩家主要包括三类：第一类是“老三家”企业，包括天津大陆、中船派瑞氢能、考克利尔竞立、康明斯等；第二类是跨界布局的新能源企业，包括阳光氢能、隆基氢能、三一氢能、华光环能、天合元氢；第三类是新入局者，包括广东盛氢（昇辉科技子公司）、双良节能、氢器时代、京电设备、长春绿动、氢辉能源等。
大部分企业选择碱性电解（ALK）技术，首先看到的是该技术成熟度高且稳定可靠。其主要优势在于电解槽的寿命较长，运行成本相对较低，且对原料水的纯度要求不高，这使得ALK技术在大规模制氢项目中具有较强的竞争力。
PEM技术已经觉醒
尽管碱性电解（ALK）技术是市场的绝对主流，目前的技术路线比较稳定，但因其入行的门槛不高，目前在技术上能创新的点在于可再生发电的适应性和安全性的提升，但这类创新给产品带来的降本空间和性能空间的提升都不太大。正因如此，已经有一些企业瞄准了PEM技术。由于PEM启停速度快，由于政策的支持加上多年PEM的研发，PEM产品的成本降幅明显，和碱性电解槽的成本差距不大，性能和耐久性等也和碱性同样可以一争高下。目前已经有多家氢能设备厂商发布了PEM产品。
今年2月，清能股份、阳光氢能均发布了大标方PEM电解槽。清能股份1MW的PEM电解槽凭借3.6-4.3kWh/ Nm³H2优秀能耗表现、0.223m3高度紧凑的体积业内备受关注；
阳光氢能300 Nm³/h PEM电解槽工作压力高达3.5MPa；独创的一体化结构与多功能流场设计，使额定直流电耗低于4.15kwh/Nm³ H2，设备负荷调节范围达5%-110%，负荷调节速率10%/s，在对动态性能调节要求更高的场景下，具有显著优势。
图片来源：中国氢能展会组委会
今年3月26日的北京“中国氢能展”期间，上海氢锐发布了系列高效PEM电解槽，已经实现了从5标方到250标方的批量制造，单槽最大产氢量可达250 Nm³/h；几乎同一时间，氢沄新能源创新推出了QYS-8 PEM电解槽，该产品电解槽能耗降低至4.2 kW·h/ Nm³，优于行业标准。 今年5月上旬，兴燃科技200 Nm³/h PEM电解槽下线，通过技术降本以及规模降本，设备制造成本可低于行业30%。到了5月下旬，新工绿氢也推出的“天制一号”PEM电解槽，从10-500方不等，产品具有产氢纯度高，制氢成本低，对环境没有任何污染等优点。 不仅PEM新品不断发布，PEM在项目中的应用也有成功经验被挖掘。
今年3月，亿华通宣布其首个具有自主知识产权的PEM电解水制氢设备在新疆伊宁完成安装调试，成功产出氢气。这是亿华通首套商业化示范的PEM电解水制氢设备。 4月6日，华电科工承建的华电德令哈PEM电解水制氢示范工程宣布完成72小时连续试运，标志着国内首台套单堆MW级PEM电解水制氢装置实现商运，并且在试运行期间，整套装置运行稳定，各项运行指标达到“精品机组”优良标准，具有重大科技与产业示范意义……
电解槽的“方圆之争”
电解槽制氢设备除了ALK和PEM两种之外，剩余的两种技术依然处于试验阶段。在主流技术的ALK的市场竞争中，关于电解槽的形状成为了新的竞争方式之一。传统圆形，创新方形的碱性电解槽到底谁更先进？
氢能汇（微信公众号：h2-2005）了解到，目前发布的大标方碱性电解槽新品大部分采用的是金属圆形带压技术路线，这也是国内碱性电解槽最主流的技术路线之一。金属圆形带压电解槽采用拉杆紧固设计，耐压性更好，密封性也更高。而对电解槽内部加压，能够降低电解水产生的气泡，更易降低电耗。而且在某些应用场景下可以直接省去气体压缩设备，节省设备投资和中间操作环节。金属圆形带压技术路线的相关产业链配套也相对成熟得多。但自从市面上出现了方形的碱性电解槽，人们就开始关注起这种创新模式，也有一些企业开始在方形电解槽领域小试牛刀。
方形电解槽之所以热了起来，并不是人们对方形的偏爱。而是方形电解槽确有独到之处。因为常压方形电解槽采用的是成熟的氯碱电解槽工艺，运用零间隙技术，电极与隔膜几乎做到零距离，减小了溶液电阻；采用低压运行条件以及方形槽结构，优化电解液流场，促进气泡流通，减小了气泡电阻，安全性也更好，针对风电光伏波动性电源适应能力也更强。 而且，这种技术路线的碱性电解槽的单元槽之间互相独立，更有利于后期拆装和检修。国外的大标方电解槽典型产品有蒂森克虏伯的碱性电解槽，国内也有爱德曼、海德氢能、三一氢能、亿利氢田、蓝拓氢能等众多企业在布局方形常压电解槽。近年来，浙江菲尔特、汉氢科技等企业向市场推出了无极框技术的方形碱性电解槽，颠覆性地摒弃了传统的极框结构，将电极片也做成方形，大大减少了原料的用量和电解槽的体积，其占地面积仅为同等生产能力下传统电解槽的三分之一，解决了传统电解槽重量大、体积大、运输不便的问题。 2022年8月，海德氢能发布新一代电解水制氢系统“氢舟”，氢舟™实现了3.98kWh/Nm³的实测电耗，制氢效率可达80%以上。动态性能方面，氢舟™实测性能实现20-110%的负荷范围，系统加/减负荷速率可达5%/s，具备更强的绿电适应性。 2023年12月8日，三一氢能在长沙三一智联重卡产业园举办了“氢启未来 智造非凡”的新品发布会，其S系列3000标方方形电解槽的首次亮相。 日前，蓝拓氢能完成了山东省首台1000标方方形常压电解槽测试。蓝拓氢能掌握的电解水制氢高可塑性复合隔膜生产技术，具有面电阻小、强度高等优势，各项指标超出进口同类产品。
不同企业的方形电解槽产品 2024年5月29日，蓝昆氢能重磅发布模块化常压方形电解槽新品。据悉，蓝昆氢能首台1000Nm³/h模块化常压电解槽，采用自主设计的零极距极板结构和低液阻分布式流道，匹配高亲水、高泡点、低电阻、耐腐蚀复合隔膜，依托分布式耦合、多层级联动的数字化控制系统，兼顾波动性高适应性好、安全性高、制氢效率高、能耗低等特点。 2024年8月16日，希倍优氢能正式发布了“山川-1000”和“山川-2000”两款矩形ALK碱性制氢装备。据官方披露，该款装备具备超大标方、超低能耗、超低负荷优势，采用双模块设计，最大可扩至3000 Nm³/h，额定工况0.5 A/cm²下，直流能耗可达4.0 KWh/Nm³H₂，可在15%超低负荷下长期稳定运行…… 方形电解槽呈现上升态势，除了企业布局之外，也又项目为方形电解槽抛出“橄榄枝”。今年5月16日，鄂尔多斯市伊金霍洛旗圣圆能源风光制氢加氢一体化项目发布招标公告，计划采购3000Nm³/h方形碱性电解槽。这是方形电解槽在项目招标段一次规模化的尝试，有可能为后续项目的招标作出指引。综上所述，电解槽产业的技术发展经历了数十年的时间，科技创新方面做得并不充足，大部分企业在低技术门槛的领域布局，虽然一些企业对电解槽新技术研发已经开始发力，但对于降低制氢成本来说，依然有很漫长的路要走。到底氢能设备企业会选择怎样的技术路线，从目前看，前景并不是特别明确，很多企业都在多技术路线布局。氢能汇（微信公众号：h2-2005）认为，当前氢能设备企业竞争非常激烈，同质化竞争给产业的发展带来严峻的挑战。大部分企业很难拿出更多的资金投入科技研发领域，因此对于当前制氢技术创新来说，或许通过国家政策和资金支持，发挥企业和科研院所共研共创的创新方式，或许是解决当前制氢设备端技术进步速度不高的一条路径。
素材来源：氢能展会、各氢能企业官网
