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直擊引領區丨這一產業將現爆發式增長,浦東企業已布局發力

發布時間:2024-05-14 10:30:19 來源:

    自2020年“雙碳”目標提出,我國氫能產業不斷升溫,制氫(綠氫制取為主)成為巨大機遇。國家發展改革委和國家能源局2022年聯合印發的《氫能產業發展中長期規劃(2021-2035年)》提出,重點發展可再生能源制氫,嚴格控制化石能源制氫。綠氫是由可再生能源制備的氫氣,制取過程不產生任何碳排放。其中,電解水制綠氫是一項不可或缺的技術。

    在未來30多年里,綠氫的產能將出現成百上千倍的增長——2021年,我國年制氫產量約3300萬噸,其中僅1%通過電解水制取,使用可再生能源制備的綠氫更是極少;到2060年,“碳中和”愿景下,我國氫氣年需求量有望增至1.3億噸,其中70%為綠氫。

    風口已至,群雄逐鹿,如何發力?

    在浦東張江科學城東區,清耀(上海)新能源科技有限公司(以下簡稱“清耀新能源”)總經理高慧峰表示,“上海在氫燃料電池、電解水核心材料和關鍵技術等領域,不僅有著多年的產業經驗,也有著很強的科研實力。”他說,上海宜針對產業上游,打造綠氫制取裝備的核心技術高地。



    電解槽是綠氫制備的核心設備,伴隨產業升溫,其需求量正快速上漲。

    走進清耀新能源,在一棟有著標準化工業廠房的辦公樓里,500標方的圓型電解槽被豎了起來,工人們將直徑2米的隔膜拉直,與墊片、雙極板和電極貼在一起,然后從上往下放置到電解槽里。這樣的操作要進行200次,直到電解槽的腔室內安裝下200套這樣的組合。每一個由隔膜、墊片、雙極板構成的“房間”,構成了電解槽最小的功能單位——小室。

    “就是在這樣一個個小室里,水被電解成了氫氣和氧氣。”高慧峰說。H?+O?→H?O是我們都很熟悉的化學反應,它在通電條件下將發生可逆反應,即水被電解成為氫氣和氧氣,這就是電解水制氫。如果用太陽能、風能、水能等可再生能源提供的電能進行電解,這就是電解水制綠氫。

    清耀新能源這臺重30噸的電解槽屬于技術最為成熟、設備成本最低的堿性電解槽。針對大規模產業化制氫,堿性電解槽是當前主要裝備。全球堿性電解槽2022年累計裝機量為727MW,占電解槽總裝機規模的52%。

    我國堿性電解槽賽道競爭激烈,有近200家生產商。盡管綠氫是必然發展趨勢,若要大規模推廣,企業仍需在技術上進一步發力。

    “堿性電解槽行業,入局容易,做好很難。”高慧峰說,“這種電解槽結構上很簡單,只要找幾張電解槽的圖紙,或是聯系下電解槽上游零部件供應商,將各種材料買回來,裝配疊加在一起,就能拼接成一個電解槽。但這些槽的安全性、可靠性、能耗就千差萬別了。事實上,如果沒有成熟的設計經驗和長時間對工藝的摸索,用同一批材料、相同工藝,都很難制作出性能一模一樣的電解槽。”

    業內人士指出,基于新能源電力的新應用和新場景,電解水制氫急需快速的技術提升和變革。“現在,堿性電解水制氫面臨很多問題,包括電極的衰減、鍍層的脫落、隔膜的磨損和密封的失效等。而且,效率衰減也比較大,維修很不方便,要拉回廠家進行維修等。”高慧峰表示。

    與國內產品相比,國外堿性電解槽在隔膜、電極,以及設計上,采用了更為先進的技術。例如,在PPS(聚苯硫醚)隔膜基礎上,涂敷其他材料成為復合新材料,使其有更好的阻氣性和更低的面電阻;在電極基材上噴涂高性能催化劑,提升化學活性,提升單位產氫效率;在結構上,根據復雜的流體力學,設計出能讓氫氣“產得快、跑得快”的導氣通道……

    當氫能源成為我國未來能源結構中不可或缺的一環,無論是核心設備還是關鍵材料,都要實現從無到有的突破。“這也是我們一直堅持技術創新的原因所在。”高慧峰表示。

大型電解槽正在成為綠氫項目中的制勝關鍵


    2022年11月,清耀新能源發布首款500標方的堿性電解槽,其電流密度為每平方米3000安,屬于行業平均水平。2023年,公司迭代了新一代產品,通過改用高效催化劑電極提升性能,將電流密度提升到每平方米6000安,使得500標方電解槽的產氫量提升了1倍。

    “多年的研發沉淀和正向開發路徑,讓我們能夠更快地進行產品升級。”高慧峰透露,公司計劃今年推出新型隔膜技術的三代產品,進一步提升產品性能。




    隨著國內綠氫示范項目紛紛落地,以及在可預見的未來將有更多大型綠氫項目誕生,電解槽將面臨大型化的挑戰。

    “在能源大發展趨勢下,制氫裝備大型化是必然趨勢。”同濟大學新能源汽車工程中心副主任張存滿表示,“堿性電解水制氫要圍繞制氫裝備的成本、效率、壽命等方面展開技術攻關。設備大型化能夠帶動降本增效,意味著在低能耗和高穩定性條件下,可以實現更大規模綠氫生產。”

    高慧峰說:“依托股東方技術資源優勢,我們正在基于市電、光伏和電化學儲能,全方位搭建500標方制氫全場景綜合應用示范系統,這是我們進行產品實測和工程化應用的重要舉措。我們將與合資雙方股東共同培育‘風光發電+氫儲能+氫輸配’一體化應用新模式,將發展堿性電解槽技術作為公司未來進入綠氫產業的重要發展戰略。”





    越來越多的氫能企業認識到,面對綠氫應用場景的多樣化,很難用單一類型的電解槽“包打天下”。要實現制氫裝備大型化,不僅僅可以通過尺寸放大的路徑,模塊化集成也可以達到同樣的目的。

    清耀新能源在持續完善大型堿性電解槽等制氫設備的同時,已經構建完成了交通、工業、儲能和發電四大領域的解決方案模型,贏得了一批商業訂單。隨著“雙碳”目標推進,未來“綠電+綠氫”有望成為深度脫碳的重要解決方案。

    “我們把浦東乃至上海作為企業的研發、集成中試的基地,并設置中央生產制造基地,開展核心技術的研發和核心零部件的生產制造。根據市場的區域分布,在項目集聚地設置組裝中心,就近提供成套產品和服務。”高慧峰說,“我們要用上海的技術和創新去贏得國內外綠氫制備市場。”


轉載自:浦東發布官方微信



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