說明：本內(nèi)容多數(shù)編譯自德勤的一份報告，里面有加入自己的一些認知！
開篇前先羅列本文里面的一組關于歐洲電解槽需求的數(shù)據(jù)吧，僅供參考：
2024年前：大約裝機4GW左右。
2030年前：大約裝機40GW以上。
2050裝機：80~120GW
一、電解工藝的選擇取決于技術(shù)成熟度、規(guī)模、H2純度、工藝靈活性和經(jīng)濟性等。
電解水的方式介紹：
AE(堿性電解)是古老和成熟的技術(shù)，已經(jīng)在工業(yè)規(guī)模項目(高達150MW)中實施，特別是在氯堿工業(yè)中(用鹽水代替淡水)。
PEM(質(zhì)子交換膜)由于其高于平的BOP緊湊性和土地占用小，在見證其快速發(fā)展，正在走向成熟。
此外，它具有良好的靈活性和H2純度參數(shù)。
SOEC(固體氧化物電解)是一項仍處于示范階段的技術(shù)，但只要它與高品熱源(例如，理論上是核電廠或工業(yè)熱)和穩(wěn)定的電源相結(jié)合，就有很高的能源效率潛力。
電解工藝的選擇應與電源和目標H2利用率相結(jié)合。除了成熟度和當前規(guī)模外，電解工藝的主要參數(shù)還包括H2純度、工藝靈活性和經(jīng)濟性(電效率和OPEX / CAPEX水平)：
氫氣純度決定了電解槽可能的最終用途。99.95%純度對于一般工業(yè)應用通常是可以接受的(質(zhì)量驗證等級“B")，但對于高級用途，如特殊化學、推進劑或半導體應用，則需要更高的純度(高達99.999%，對應于“F"、“L"或“A"質(zhì)量驗證等級)。燃料電池電動汽車(FCEV)的出現(xiàn)導致了新的純度標準的引入，以避免催化劑中毒導致性能下降(特別是PEM燃料電池，因為PAFC等舊技術(shù)不太敏感)。包括在ISO 14687-2標準中的技術(shù)規(guī)范特別對硫(4ppm)和一氧化碳(200ppm)設置了特定的約束，總雜質(zhì)之和小于300ppm(即H2純度為99.97%)。加上PSA(變壓吸附)，目前可以提供非常高純度的氫氣(高達99.999%)，適用于大多數(shù)應用。堿性電解提供純度在99.7至99.9%范圍內(nèi)，使額外的凈化工藝步驟(例如，擦洗，吸附，滲透或陰極清洗)在FCEV或先進的應用。PEM電解提供了的純度水平，達到99.9999%的水平，使其適合FCEV應用。根據(jù)最近的研究，SOEC裝置的H2輸出的純度為94%，如果需要，可以純化到>99%。2、制氫的靈活性（主要決定了電解槽適合的電力供應，因此它能夠與電網(wǎng)或間歇性可再生能源(太陽能光伏，陸上或海上風能)相結(jié)合）堿性電解提供了平均的靈活性性能，啟動或關閉的響應時間可達10分鐘，爬坡和爬坡速度在0.2 - 20% /秒的范圍內(nèi)，負載范圍為名義容量的10 - 110%。它主要適用于工業(yè)環(huán)境，因為所需的維護較復雜，因為電解質(zhì)(KOH)具有腐蝕性，而且難以回收和利用。PEM電解是最靈活的過程，因此適合與專有的可再生能源耦合，因為理論上可以在幾秒鐘內(nèi)完成升壓和降壓過程。此外，它還能夠在短時間內(nèi)以其標稱功率的160%運行。其有限的占地面積約為0.05平方米/千瓦時，使其更容易集成在非工業(yè)環(huán)境中，從而使其成為分布式制氫的理想解決方案。SOEC電解在高溫(高達1000°C)下進行，因此需要與大的高品熱源(通常是核電廠或大型工業(yè))和穩(wěn)定的電力供應相結(jié)合。因此，SOEC的使用將被限制在特定的地點和用途。在某些情況下，SOEC也可以是可逆的，并作為燃料電池運行，因此能夠解決更廣泛的發(fā)電應用。
圖1：不同電解工藝在幾個關鍵參數(shù)上有所不同資料來源:IEA、IRENA、ICCT、坦佩雷大學、DOE氫與燃料電池計劃、儲存和使用計劃;Flex CHX計劃，海上風能產(chǎn)業(yè)委員會，燃料電池能源，倫敦帝國理工學院，氫能委員會，NREL，德勤分析。
3、制氫的經(jīng)濟性：LCOH由3個關鍵因素驅(qū)動3.1除了電力成本之外——可變成本主要取決于電力效率。由于熱提供了能量，SOEC預計在電力消耗方面比AE和PEM顯著更好(到2030年，SOEC將達到37- 43 kWh / kg H2 ，根據(jù)專家的意見，可行的熱力學極限已經(jīng)可以在電堆水平實現(xiàn)，改進重點是將其過渡到系統(tǒng)水平)。到2030年達到49-53 kWh / kg H2)。到2030年，電力消耗改善的主要驅(qū)動力將是更薄的膜(用于PEM)、略高的工作溫度和更高效的輔助系統(tǒng)(例如氫氣凈化效率)。
3.2電解槽利用率也是電解槽經(jīng)濟性的關鍵驅(qū)動因素。的確，UF低于30%，資本支出和固定成本吸收則不足。另一方面，運行在90%以上UF水平可能需要高邊際成本供電(即優(yōu)序效應)，阻礙了電解槽的競爭力。
以下：以在網(wǎng)連接的堿性(AE)工藝實例來說明電解槽成本(LCOH)受三個主要參數(shù)的影響:資本支出、電力成本和利用系數(shù)。$ / kg H2。
資料來源:IEA、IRENA、ICCT、坦佩雷大學、DOE氫與燃料電池計劃、儲存和使用計劃;Flex CHX計劃，海上風能產(chǎn)業(yè)委員會，燃料電池能源，倫敦帝國理工學院，氫能委員會，NREL，德勤分析
3.3在持續(xù)的研發(fā)計劃和規(guī)?；耐苿酉拢A計到2030年，資本支出（CAPEX）水平將大幅下降，降至400 - 600€/kW范圍。
到2030年，在技術(shù)進步和規(guī)模經(jīng)濟的推動下，所有流程的資本支出都應大幅下降，如下圖所示：
圖3：電解工藝資本支出趨勢
1）過程強化
增加的工藝壓力和電流密度(AE高達0.6A/cm2, PEM高達>3A/cm2)，允許相對于電堆大小的比例更高的產(chǎn)氫。零間隙設計(AE)、更薄的膜(PEM)、改進的材料微結(jié)構(gòu)集成以獲得更好的氧導電性(SOEC)、堿性聚合物系統(tǒng)、更好的組件集成、優(yōu)化的系統(tǒng)設置和BOP組件，以及低成本的電堆設計。通過引入新材料(碲化物、納米催化劑、混合金屬氧化物)減少貴金屬(鉑)基催化劑，減少雙極性板中的鈦，降低SOEC系統(tǒng)的工作溫度，允許使用低成本材料，如不銹鋼。4）組件標準化，再加上生產(chǎn)規(guī)模擴大，使得向大批量生產(chǎn)方法(激光切割、塑料注射成型)的轉(zhuǎn)變有望產(chǎn)生重大影響，特別是對不太成熟的技術(shù)(PEM和SOEC)。5）電堆(其購置成本約占整個系統(tǒng)資本支出的30 - 40%)的壽命，預計到2030年，也將顯著增加，AE將達到95000小時。PEM為75 000小時，SOEC為60 000小時)，由更好的催化劑耐久性，對雜質(zhì)的高耐受性，電極結(jié)構(gòu)的改進和膜的穩(wěn)定性(PEM)來驅(qū)動。到2030年，由于電力消耗和資本支出降低，以及堆疊壽命延長，電解過程的成本預計將下降，如下圖：
圖4：電解過程成本下降:2020年vs2030年（在網(wǎng)）。最后，運維成本與資本支出水平直接相關。到2030年，AE和PEM流程的運維成本預計將占資本支出的2 - 4%，也主要取決于項目規(guī)模，而SOEC的運維成本則在5%以上。
因此，即使假設在目前的成本和技術(shù)參數(shù)(即，大規(guī)模系統(tǒng))和在恒定電力供應成本下的推理，僅由于內(nèi)部因素，預計到2030年，LCOH將大幅下降約20%。在可能布置SOEC的位置(即，核電站，工業(yè)高品熱的來源地)，額外的下降15%可以實現(xiàn)。
文章來源：氫眼所見 作者：馬震
注：本文已經(jīng)獲得轉(zhuǎn)載權(quán)
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朱穎
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