質(zhì)子交換膜(PEM)電解水制氫主要由2 個電極和電解質(zhì)組成,是純水發(fā)生電化學反應分解產(chǎn)生氧氣和氫氣的過程。電解水的能源則利用太陽能、風能和水力發(fā)電等零碳能源,制氫過程無污染排放,是最清潔環(huán)保的“綠氫”。
相比其他電解水技術(shù),PEM 能在高電流密度下工作,體積小、效率高,生成的氫氣純度可高達99.999%,被認為是目前最有發(fā)展前景的水電解技術(shù)。這一技術(shù)目前在國內(nèi)尚沒有大規(guī)模商業(yè)化,但在歐洲已經(jīng)有許多兆瓦級的應用。
PEM 的技術(shù)結(jié)合綠氫的跨界特性在電源、電網(wǎng)等部分可解決可再生能源消納的問題,成為能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略的一體化的解決方案。
我國風光水裝機量是世界第一,成本不斷下降,在某些地區(qū)風電的成本與當?shù)厝济簶藯U價持平,未來的發(fā)展空間巨大。但我國可再生能源也存在地域性分布差異,在東北、西北、西南地區(qū)可再生能源制氫潛力較大,但消納能力有限,需遠距離外送至東部用電密集地區(qū),遠超目前電網(wǎng)容量。且可再生能源具有隨機性、季節(jié)性的特點,發(fā)電側(cè)和用電側(cè)需求不匹配,更是加大了調(diào)峰難度,造成了輸電成本高和消納困難,導致棄風棄水棄光嚴重。
氫能的優(yōu)勢在于“跨界”——它是一種能源,也是能源的載體,所以應用場景豐富。通過PEM 電解水技術(shù)制造綠氫,并與燃料電池結(jié)合起來,可安裝在電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用電側(cè),實現(xiàn)多種能源之間的轉(zhuǎn)換,根據(jù)不同地理和市場環(huán)境,靈活實現(xiàn)可再生能源的外送和消納。這就是為什么綠氫被認為是能源轉(zhuǎn)型的一體化解決方案,能夠真正打破可再生能源發(fā)展的瓶頸。
設備成本和用電成本是綠氫價格偏高的主要因素。從未來趨勢看,可再生能源成本不斷下降,加上政府的政策支持,以及氫能產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)的不斷探索,綠氫商業(yè)模式會趨于成熟,規(guī)?;瘜樗娊庵茪鋷泶蠓O備成本下降空間。國際主要能源機構(gòu)的研究普遍預測,綠氫將于2030 年左右實現(xiàn)經(jīng)濟性、達到與化石能源制氫成本持平。
此外,PEM 水電解技術(shù)優(yōu)勢也影響制氫成本,包括耗電量、運維等。由于綠氫項目趨向于大規(guī)模、長周期,在測算時,不能只看設備投入,更重要的是項目生命周期的制氫成本。PEM 制氫技術(shù)占地面積小、制氫能耗低、靈活性高,與波動性和隨機性較大的風電和光伏具有良好的匹配性,因此在很多場景下都更具應用優(yōu)勢和降本潛力。