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电解槽路径:碱式还是PEM?氢能尚未火,制氢已开卷

于氢能,从大的行业逻辑上看,再提3060双碳,似乎意义不大,欧美的双碳俨然成了双标,翻手为云覆手为雨,就跟瑞士中不中立一个感觉。

本文所关注的点,是“绿电制绿氢”,这是目前氢能行业最大的支撑逻辑,也就是我们常说的“风光氢一体化”。
一方面,内蒙、甘肃、宁夏等西部地区呼啦啦地上马光伏和风电,典型的,2023年内蒙的第一批2020万千瓦、第二批1188万千瓦、第三批1170万千瓦大型风电光伏项目……那么问题来了,产生的电怎么消纳?负电价现象开始出现,氢就成了一个很好的泄洪口
在绿氢产业的布局上,内蒙是妥妥的带头大哥。

另一方面,我国每年氢气产量为3300万吨,其中化工需求量占比高达84%。而当前我国氢气来源构成当中,98.5%都是灰氢和蓝氢,包括煤制氢、天然气制氢和工业副产氢,而绿氢占比只有1.5%。工业领域绿氢替代灰氢,空间巨大,也是必然趋势
当然,还有更大一个逻辑,不太好量化,其实就跟当年大家还在纷纷唱衰电车的时候,能够勉强支撑一小部分人坚持下去的理由,就是电车给了人类一个选择,一个备选项,至少化石能源枯竭或者紧张的时候,发动机成了一堆废铁的时候,得有一个替代品,那就是电动机。而电的来源毕竟更丰富一些,除了火电,还有可再生能源发电。我觉得氢能迟早也会面临那么一天。
在对待绿氢的态度上,地方比国家积极,央企比民企积极。
目前几个比较积极的省份,比如内蒙、甘肃、宁夏等几个省,都明确了2025年绿氢产量,合计达到了约80万吨,这个数字已经远远超过了国家规划的目标,国家发改委《氢能产业发展中长期规划( 2021-2035 年)》中,目标到 2025 年,可再生能源制氢量达到10-20万吨/年。

在各地上马的“风光氢一体化”工程中,不乏有大央企的身影,比如中石油、中石化、中能建、大唐、华能、华电等等……

为什么中石油中石化在氢能上这么积极,到处上马“绿电绿氢绿氨”项目?不仅仅是因为他们的化工属性,对于氢有工业上的需求,更在于他们的骨子里的基因——油气运输和售卖的基因,天然和氢气的属性匹配。总不至于让两桶油和国家电网竞争充电桩吧?谁都知道得用自己擅长点攻击别人短板,兵家之道。

还有一个因素值得大家关注,那就是“氢能出海”。

比如沙特要大规模建绿氢项目,投入50亿美元建设绿氢项目,我当时第一反应也是懵逼的,这不是自己革自己命么……后来想想也能理解,钱多了烧的,危机感比较强烈。再比如埃及,2022 年承诺投资400 亿美元用于绿氢,中国能建预计于 2024 年开始在埃及建设氢能项目……

在这个方面,中国有得天独厚优势,海外工程类项目,谁还能pk得了中国的基建狂魔啊。

再说一下绿氢经济性的问题。

灰氢和蓝氢,不管是煤制氢、天然气制氢,还是工业副产氢,已经非常成熟的行业,成本下降空间已经有限。但绿氢不一样。

一般来说,即便不考虑双碳政策驱动力下的赔本赚吆喝,当电价低于0.25元/kWh时,电解水制氢的经济性,就已经可以媲美灰氢和蓝氢了。

至于电价能不能下降到这么低,我觉得没有太大质疑的必要,毕竟发改委在《中国 2050 年光伏发展展望》中,就预测2035年和2050年光伏发电成本达到 0.2元/kWh和0.13元/kWh。前面也提到过,西北地区还在呼啦啦地上马风电光伏,当并网消纳都成为问题的时候,那就不是成本决定电价的了,负电价现象也会存在。

而且电解槽目前这点儿量,价格肯定要贵,随着未来逐步放量,硬件成本会大幅下降。

以上氢能的增长逻辑,主要还是聚焦在制氢侧,特别是绿电制绿氢。而绿电制绿氢的最核心环节,一个是绿电,一个就是电解设备——电解槽。

从行业获得信息看,有的说国内有数十家电解槽厂商,有的说有上百家,甚至有行业老板一拍大腿说,岂止,怎么也得两三百家,你去各大氢能展转一圈,满眼的都是电解槽厂商!

综合这些信息看,目前电解槽行业已经有了卷的迹象。

赛道上冒出这么多企业,也侧面说明行业正在发展,这个迹象也是有数据支撑的,今年一季度,电解槽的出货量,已经超过了去年一整年。

电解水制氢和氢燃料电池,属于逆反应,水的分解与合成。

二者的系统构成也差不多,氢燃料电池系统的核心为电堆,而电解水制氢系统的核心为电解槽。只不过电堆的最小单元叫Cell,而电解槽的最小单元叫小室。电解水制氢系统由电解槽及辅助系统组成,其中电解槽是电解反应发生的主要场所,辅助系统则包括电力转换、水循环、气体 分离、气体提纯等模块。

主流电解水制氢技术包括碱性水电解(ALK)、质子交换膜电解(PEM)、高温固体氧化物电解(SOEC)、固体聚合物阴离子交换膜电解(AEM)四种。

目前国内碱性电解水技术最为成熟, 已有三十余年的发展历史,中船718所等老牌企业深耕行业多年,开枝散叶,已完全实现商业化,PEM电解水技术,受限于成本等因素制约,处于商业化初期,SOEC、AEM技术还处于研发和示范阶段, 在国内尚未进行商业化应用。

投资机构关注的标的,主要还是聚焦在ALK电解槽和PEM电解槽,一个靠量取胜,一个前景看好。

当然也有业内人士表示,碱式电解槽已经没有技术门槛,随便挖俩人,只要能拉到资源,基本都能做。

不过真要对比,还是存在尴尬:

PEM电解槽说我响应速度快,ALK电解槽说我价格便宜;

PEM电解槽说我电流密度大,ALK电解槽说我价格便宜;

PEM电解槽说我氢气纯度高,ALK电解槽说我价格便宜……

所以从国内上项目情况来看的,主要还是碱式电解槽为主流,可以看得出来,整个行业对于性价比还是更敏感。2022 年国内 95%以上的电解槽为碱性路线,全球范围内碱性电解槽占比约70%。

在技术路径选择上,国内国外还是有一定差异的,至于为什么海外PEM电解槽市场渗透率较大,主要原因还在于海外PEM技术较为成熟,而且碱性电解槽价格也不低,价格优势不明显。不像国内,经过三十多年的发展,碱式电解槽已经开始卷起来,国内ALK电解槽价格只有海外的三分之一。

目前国内PEM电解槽由于核心材料依赖进口,因此设备成本为碱性3-4 倍,未来PEM电解槽会不会复制ALK电解槽的成长路径?这个也许是大概率事件。

目前制约PEM电解槽成本的,主要还是核心材料(膜、双极板等),大部分为海外进口,随着上游原材料国产替代,PEM电解槽应该也会迎来较高的降本幅度。

但现实毕竟是残酷的,这个赛道已经挤满选手,不可避免地迎来了卷的时刻。

氢能还没火,制氢已经开卷……

作者简介:步日欣

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