寫稿
投稿
在碳達(dá)峰、碳中和國家戰(zhàn)略下，氫能源地位逐步提升，目前我國已基本形成氫能研發(fā)、制備、儲(chǔ)運(yùn)、應(yīng)用等完整產(chǎn)業(yè)鏈，但現(xiàn)階段制氫、儲(chǔ)運(yùn)、供氫等方面還有許多技術(shù)問題需要解決，用氫成本也處在較高水平，影響了氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
一、綠氫制取技術(shù)
目前電解水制氫主要有堿性（ALK）電解、質(zhì)子交換膜（PEM）電解、陰離子交換膜電解（AEM）電解、固體氧化物（SOEC）電解這四種技術(shù)路線，根據(jù)各自技術(shù)特點(diǎn)以及商業(yè)化應(yīng)用程度，堿性電解水制氫路線及PEM電解水制氫將是未來與可再生能源結(jié)合的主流電解水制氫工藝路線。
堿性電解。該技術(shù)已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用，國內(nèi)關(guān)鍵設(shè)備主要性能指標(biāo)均接近國際先進(jìn)水平，設(shè)備成本低，單槽電解制氫量較大，適用于電網(wǎng)電解制氫。
PEM電解。該技術(shù)國內(nèi)較國際先進(jìn)水平差距較大，體現(xiàn)在技術(shù)成熟度、裝置規(guī)模、使用壽命、經(jīng)濟(jì)性等方面，國外已有通過多模塊集成實(shí)現(xiàn)百兆瓦級(jí)PEM電解水制氫系統(tǒng)應(yīng)用的項(xiàng)目案例。其運(yùn)行靈活性和反應(yīng)效率較高，能夠以最低功率保持待機(jī)模式，與波動(dòng)性和隨機(jī)性較大的風(fēng)電和光伏具有良好的匹配性。
AEM電解。該技術(shù)將傳統(tǒng)堿性液體電解質(zhì)水電解與PEM水電解的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，目前國內(nèi)外尚處于研發(fā)完善階段?，F(xiàn)階段的研發(fā)集中于堿性固體聚合物陰離子交換膜與高活性非貴金屬催化劑。
SOEC電解。該技術(shù)的電耗低于堿性和PEM電解技術(shù)，但尚未廣泛商業(yè)化，國內(nèi)僅在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模上完成驗(yàn)證示范。由于SOEC電解水制氫需要高溫環(huán)境，其較為適合產(chǎn)生高溫、高壓蒸汽的光熱發(fā)電等系統(tǒng)。
目前來看，堿性電解槽成本較低，經(jīng)濟(jì)性較好，市場(chǎng)份額較PEM電解槽高一些。不過隨著燃料電池技術(shù)的不斷成熟，質(zhì)子交換膜國產(chǎn)化的不斷加速突破，長(zhǎng)期來看，PEM電解槽的成本和市場(chǎng)份額將逐漸提高，與堿性電解槽接近持平，并根據(jù)各自與可再生能源電力系統(tǒng)的適配性應(yīng)用在光伏、風(fēng)電領(lǐng)域。
來源：清華大學(xué)，國家發(fā)改委，氫啟未來網(wǎng)分析
二、氫儲(chǔ)存技術(shù)
氫氣體積能量密度極低，且極易燃爆，如何將分散在各地的氫氣高效配送到加氫站，提高儲(chǔ)運(yùn)效率和氫氣品質(zhì)是氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)模化發(fā)展的重大瓶頸。安全、高效、廉價(jià)的氫儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)將成為實(shí)現(xiàn)氫能商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。目前主要的儲(chǔ)運(yùn)氫材料與技術(shù)有高壓儲(chǔ)氫、液體儲(chǔ)氫、金屬氫化物儲(chǔ)氫、有機(jī)氫化物儲(chǔ)氫等。高壓氣瓶?jī)?chǔ)氫有三型瓶和四型瓶，三型瓶我國已經(jīng)國產(chǎn)化了。我國正在研究四型瓶，現(xiàn)在正在攻關(guān)瓶的組合閥，如果能成功我國就可以采用70兆瓦的加氫系統(tǒng)。
資料來源：國聯(lián)證券，氫啟未來網(wǎng)分析
二、氫運(yùn)輸技術(shù)
雖然氫的運(yùn)輸方式眾多，我國氫運(yùn)輸主要通過氣氫長(zhǎng)管拖車、氣氫管道和液氫罐車開展運(yùn)輸。其中，高壓長(zhǎng)管拖車技術(shù)較為成熟，是當(dāng)前主流的運(yùn)氫方式；遠(yuǎn)距離管道輸氫技術(shù)尚在實(shí)驗(yàn)階段，管道材料焊接點(diǎn)易泄露和氫脆、氫腐蝕的瓶頸一旦有所突破，其重要性將逐步提升；而液氫罐車運(yùn)輸由于液化能耗和成本高、設(shè)備要求高等原因，目前僅用于航天及軍事領(lǐng)域。
資料來源：國聯(lián)證券，氫啟未來網(wǎng)分析
四、氫加注技術(shù)
加氫站是氫能源產(chǎn)業(yè)上游制氫和下游用戶的聯(lián)系樞紐，是產(chǎn)業(yè)鏈的核心。目前我國加氫站主要設(shè)備倚靠進(jìn)口，關(guān)鍵技術(shù)國產(chǎn)化進(jìn)程有待加速。典型的外供氫的高壓氣氫加氫站投資組成中，除去土建，設(shè)備費(fèi)用占據(jù)最大比例，主要是壓縮機(jī)、儲(chǔ)氫瓶、加氫和冷卻系統(tǒng)，由于國內(nèi)缺乏成熟量產(chǎn)的加氫站設(shè)備廠商，進(jìn)口設(shè)備推高了加氫站建設(shè)成本。
氫氣壓縮機(jī)。將氫源加壓注入儲(chǔ)氣系統(tǒng)的核心設(shè)備，輸出壓力和氣體封閉性能是其最重要的兩個(gè)性能指標(biāo)。目前，各種類型的壓縮機(jī)都有使用。隔膜式壓縮機(jī)的技術(shù)難度遠(yuǎn)高于常規(guī)壓縮機(jī)。
高壓儲(chǔ)氫罐。高壓儲(chǔ)氫罐是加氫站儲(chǔ)氣系統(tǒng)的儲(chǔ)氫容器，儲(chǔ)氣壓力是其主要技術(shù)指標(biāo)。加氫站高壓儲(chǔ)氫罐主要采用碳纖維復(fù)合材料或纖維全纏繞鋁合金制成的新型輕質(zhì)耐壓內(nèi)膽，外加可吸收沖擊的堅(jiān)固殼體。
氫氣加注機(jī)。為燃料電池汽車加注氫燃料的核心設(shè)備，加注壓力是其主要參數(shù)。未來的發(fā)展方向在于加注系統(tǒng)的智能化和安全性的提高。
五、燃料電池技術(shù)
燃料電池系統(tǒng)由燃料電池組和輔助系統(tǒng)組成。燃料電池堆是核心部件，它將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能為汽車提供動(dòng)力。燃料電池系統(tǒng)除燃料電池堆外，還有四個(gè)輔助系統(tǒng)：供氫系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、水管理系統(tǒng)和熱管理系統(tǒng)。據(jù)國聯(lián)證券研究，對(duì)比國內(nèi)外燃料電池電堆，國內(nèi)電堆在核心材料與關(guān)鍵技術(shù)方面仍存在短板，也是造成燃料電池電堆成本居高不下的主要原因，其中膜電極層三大關(guān)鍵材料 P/t 催化劑、質(zhì)子交換膜、碳紙主要依賴進(jìn)口，國產(chǎn)材料尚無法滿足高性能燃料電池電堆使用需求；集流體雙極板方面，石墨雙極板經(jīng)過多年開發(fā)已與國外技術(shù)水平相當(dāng)，但低成本、輕薄的金屬雙板開發(fā)仍為空白。
資料來源：國聯(lián)證券，氫啟未來網(wǎng)分析
注：文章內(nèi)容摘自氫啟未來網(wǎng)的《2021中國綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》。
