中國儲能網(wǎng)訊：受制于電力成本、電解槽投資和項目運行運營效率，可再生能源制氫成本較化石能源制氫仍然偏高。
4月21日，在甘肅蘭州一家公司的綠氫制儲用一體化試驗示范基地內(nèi)，質(zhì)子交換膜電解水制氫系統(tǒng)正在運行。
6月10日，國家能源局發(fā)布《關(guān)于組織開展能源領(lǐng)域氫能試點工作的通知》，明確將遴選部分項目和區(qū)域開展氫能試點工作，進一步推動創(chuàng)新氫能管理模式，探索氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的多元化路徑，形成可復(fù)制可推廣的經(jīng)驗，支撐氫能“制儲輸用”全鏈條發(fā)展。
制取是氫能產(chǎn)業(yè)鏈的起點，可再生能源制氫則是當(dāng)前備受矚目的賽道。這份《通知》為“氫能制取”明確了三個應(yīng)用方向，有兩個方向都涉及可再生能源制氫：“規(guī)模化制氫及一體化”明確了目標(biāo)，即在風(fēng)、光、水電、核電、生物質(zhì)資源豐富地區(qū)，開展規(guī)?；稍偕茉粗茪?、核電制氫項目建設(shè)，并適應(yīng)風(fēng)電、光伏等波動特性；“先進柔性離網(wǎng)制氫”則明確在深遠(yuǎn)海、沙戈荒、“高海邊無”等電網(wǎng)薄弱地區(qū)，因地制宜開展離網(wǎng)制氫等試點，構(gòu)建風(fēng)光氫儲一體化能源架構(gòu)。
近年來，我國可再生能源制氫發(fā)展備受關(guān)注。國家發(fā)展改革委等部門在2022年發(fā)布的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021-2035年）》中明確，構(gòu)建清潔化、低碳化、低成本的多元制氫體系，重點發(fā)展可再生能源制氫；國家能源局5月發(fā)布的《中國氫能發(fā)展報告（2025）》顯示，截至2024年年底，全國累計規(guī)劃可再生電解水制氫項目逾600個，其中建成項目90余個，年產(chǎn)能約12.5萬噸，僅占全國氫氣總產(chǎn)能的0.25%。但氫能制備仍存在優(yōu)化的空間。中國礦業(yè)大學(xué)教授、中國工程院院士彭蘇萍認(rèn)為，當(dāng)前，可再生能源制，成本較化石能源制氫仍然偏高，主要受制于電力成本、電解槽投資和項目運行運營效率。
要讓綠氫制取真正實現(xiàn)“輕裝上陣”，仍需厘清困擾制備落地的關(guān)鍵瓶頸，再以創(chuàng)新技術(shù)拓展場景、降低成本，完成從示范到規(guī)?；年P(guān)鍵一躍。
三類制氫路線，技術(shù)加速迭代
綠氫制取技術(shù)主要包括利用風(fēng)電、水電、太陽能等可再生能源電解水制氫、太陽能光解水制氫以及生物質(zhì)制氫三種方式。其中，可再生能源電解水制氫應(yīng)用最廣，技術(shù)也相對更為成熟。電解槽作為電解水制氫的關(guān)鍵裝備，承載著電解水的電化學(xué)反應(yīng)，其性能直接決定制氫效率、成本與系統(tǒng)壽命。
目前，用于綠氫制取的電解槽主要有三類：堿性電解槽、質(zhì)子交換膜電解槽和固體氧化物電解槽。
堿性電解槽借助液態(tài)堿性電解質(zhì)和鎳基催化劑，水在直流電作用下，讓陰極產(chǎn)生氫氣，陽極產(chǎn)生氧氣，隔膜分隔兩極。這種技術(shù)的成熟度高，投資成本相對較低，因此廣泛應(yīng)用于大型固定式制氫項目。盡管產(chǎn)業(yè)鏈最為成熟，但這類技術(shù)受限于電流密度，運行效率亦受到氣體交叉影響，難以適應(yīng)高壓、高波動性的運行工況。
質(zhì)子交換膜電解槽使用了全氟磺酸膜和銥、鉑等貴金屬催化劑，水在陽極分解為氧氣和質(zhì)子，質(zhì)子通過膜遷移至陰極生成氫氣。這種技術(shù)響應(yīng)速度快，可應(yīng)用在波動性電源，特別是分布式及需要快速響應(yīng)的可再生能源耦合場景中。這種技術(shù)由于依賴貴金屬催化劑，導(dǎo)致制備成本高昂，不利于大規(guī)模推廣。
固體氧化物電解槽在高溫（700-900℃）環(huán)境下將水蒸氣催化分解為氫氣和氧氣。該過程采用固體氧化物電解質(zhì)，水蒸氣在陰極還原產(chǎn)生氫氣。這種技術(shù)理論效率最高，可使用非貴金屬催化劑。但高溫對材料耐久性和系統(tǒng)熱管理要求極高，因此，這種技術(shù)主要處于示范和早期商業(yè)化階段，未來可能在工業(yè)廢熱充足的核能發(fā)電廠、冶煉廠等領(lǐng)域進行規(guī)?；茝V。
根據(jù)清華大學(xué)車輛與運載學(xué)院教授楊福源的統(tǒng)計，過去兩年中，電解槽技術(shù)迭代極快，新產(chǎn)品幾乎以“批量”姿態(tài)密集上市，僅2023～2024年就有26款新型電解槽產(chǎn)品發(fā)布，幾乎平均每13天就有一款面世。除了數(shù)量增長快，電解槽還在向“更大、更方”演進，技術(shù)路線也已實現(xiàn)了擴展。
中國科學(xué)院院士、廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院教授鄭南峰認(rèn)為，新疆庫車、寧夏寧東等電解水制氫項目的投產(chǎn)，標(biāo)志著堿性電解槽技術(shù)逐步實現(xiàn)工業(yè)化實證驗證。與此同時，質(zhì)子交換膜電解槽關(guān)鍵技術(shù)取得實質(zhì)性突破，海水電解制氫中試裝置實現(xiàn)試運行，為沿海地區(qū)海上綠氫供應(yīng)提供了創(chuàng)新方案。相關(guān)技術(shù)有望推動綠氫生產(chǎn)成本持續(xù)下降，逐步接近與灰氫競爭的經(jīng)濟性拐點。下一步，需要針對工業(yè)、交通、能源三大主戰(zhàn)場，開展定向研發(fā)，持續(xù)降低應(yīng)用成本。通過場景需求倒逼技術(shù)創(chuàng)新，形成“研發(fā)—示范—迭代”的良性循環(huán)。
實現(xiàn)精細(xì)配比，破解耦合難題
有業(yè)內(nèi)人士用“雞生蛋、蛋生雞”來形容綠氫產(chǎn)業(yè)鏈存在的困境。楊福源認(rèn)為，這句比喻體現(xiàn)了綠氫發(fā)展鏈條長、環(huán)節(jié)多，多組真實存在的耦合難題疊加形成了系統(tǒng)性阻塞。
耦合難正是影響綠氫項目經(jīng)濟性的直接原因。電—氫容量耦合不佳會影響電解槽的利用率與經(jīng)濟性。眾所周知，風(fēng)光發(fā)電的年利用小時數(shù)普遍只有2500～3000小時，而電解槽如果“有風(fēng)才開機”，設(shè)備利用率則會掉到30%以下，這會直接抬高綠氫的平準(zhǔn)化成本。反之，電解槽效率每提升10%，平準(zhǔn)化成本可降低15%，而風(fēng)光發(fā)電成本每下降0.1元/千瓦時，綠氫成本可減少5元/千克。彌補耦合問題的方法目前有兩種，一是增加儲能，二是放大儲氫罐做能量型緩存，但是，兩條路線的資本曲線和運維曲線不同，必須在電解槽技術(shù)路線鎖定時就決策，否則后期再“打補丁”會觸發(fā)二次投資。
對于耦合難題，業(yè)內(nèi)并沒有形成“先解決哪個、后解決哪個”的共識，目前業(yè)內(nèi)普遍從多角度入手嘗試解決。
規(guī)定項目建設(shè)時序是解決耦合問題的有效途徑。2024年，寧東能源化工基地管委會印發(fā)的《寧東基地促進氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干措施（2024修訂）》明確，對實施可再生能源制氫，構(gòu)建上下游產(chǎn)業(yè)鏈的氫能項目按照制氫產(chǎn)能配置相應(yīng)規(guī)模的光伏電站資源。在建設(shè)時序上，應(yīng)確保制氫和應(yīng)用端先開工，新能源部分不得早于制氫負(fù)荷及應(yīng)用設(shè)施投產(chǎn)。
“新能源不得早于制氫負(fù)荷及應(yīng)用設(shè)施投產(chǎn)”的提法把原本“誰先誰后”的循環(huán)僵局切成了一條單向時間線：先確定下游用氫場景，再倒推制氫規(guī)模，最后才讓配套新能源并網(wǎng)，這相當(dāng)于把“電—氫”容量配比從同步博弈變成順序優(yōu)化，售氫收入可以被提前確定，裝機容量也自然會回到相對合理的區(qū)間。此外，提前明確可追溯的綠氫消納量，項目方可憑此提前鎖定未來的綠證、碳減排量或氫交易合同，有助于項目建設(shè)方提前測算輔助服務(wù)收益。
技術(shù)手段也是解決耦合難題的可行思路。國網(wǎng)電科院（南瑞集團）自主研發(fā)的綠電制氫暫穩(wěn)態(tài)聯(lián)合仿真平臺，通過源網(wǎng)荷儲精準(zhǔn)匹配和先進的實時優(yōu)化控制策略，保證系統(tǒng)在穩(wěn)定產(chǎn)氫的同時最大比例的消納新能源，進而提升項目全生命周期的經(jīng)濟性，為綠氫提供拐點所需的電價、年利用小時數(shù)。平臺模型覆蓋風(fēng)電場、光伏電站、儲能系統(tǒng)與制氫電解槽等核心裝備，建立從發(fā)電端到用電端的完整設(shè)備鏈模型，模擬風(fēng)電、光伏等間歇性電源的接入可能引發(fā)暫態(tài)波動、寬頻振蕩、故障穿越等問題，驗證風(fēng)/光發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)及制氫系統(tǒng)的動態(tài)特性和故障響應(yīng)能力，評估系統(tǒng)運行穩(wěn)定性。仿真模型與系統(tǒng)控制深度耦合，指導(dǎo)系統(tǒng)調(diào)控策略的改進和優(yōu)化。
南京南瑞氫電智聯(lián)科技有限公司總經(jīng)理鄒國春表示，綠電制氫暫穩(wěn)態(tài)聯(lián)合仿真平臺首次實現(xiàn)了電力系統(tǒng)與化工流程的全動態(tài)聯(lián)合仿真，填補了新能源波動性與化工連續(xù)生產(chǎn)之間協(xié)同優(yōu)化的技術(shù)空白，創(chuàng)新性地解決了氫負(fù)荷、風(fēng)光發(fā)電出力在秒級、分鐘級、小時級不同時間尺度下的匹配問題，確保系統(tǒng)在不同工況下的穩(wěn)定運行。
他認(rèn)為，對于綠氫裝備來說，平臺通過動態(tài)仿真優(yōu)化儲能（電+氫）配置，減少過度投資，同時可以增強運行穩(wěn)定性，解決風(fēng)光波動對電解槽的沖擊，為大型項目提供標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計工具，縮短項目開發(fā)周期。
進一步降本靠什么？
當(dāng)前，綠氫制備正在迎來一個關(guān)鍵的窗口期。
一方面，我國新能源發(fā)電裝機容量仍在持續(xù)快速增加。根據(jù)國家能源局7月底發(fā)布的最新數(shù)據(jù)，當(dāng)前，我國太陽能發(fā)電裝機容量達11億千瓦，風(fēng)電裝機容量達到5.7億千瓦，風(fēng)、光發(fā)電裝機容量已占總發(fā)電裝機容量的45.7%。
另一方面，近期出臺的政策利好綠氫發(fā)展。國家能源局4月發(fā)布的《分布式光伏發(fā)電開發(fā)建設(shè)管理辦法》把一般工商業(yè)項目嚴(yán)格限定在“不超過10千伏和不超過6兆瓦”兩條紅線內(nèi)，其余全部歸入“大型工商業(yè)”。這一變化實質(zhì)上為綠氫項目量身定制了大容量、低電價、快落地的分布式光伏解決方案，可再生制氫的經(jīng)濟性有望顯著提升。不久前，國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于有序推動綠電直連發(fā)展有關(guān)事項的通知》提出，并網(wǎng)型綠電直連項目應(yīng)通過合理配置儲能、挖掘負(fù)荷靈活調(diào)節(jié)潛力等方式，充分提升項目靈活性調(diào)節(jié)能力，盡可能減少系統(tǒng)調(diào)節(jié)壓力。
隨著新能源裝機容量的增加以及對本地消納要求的不斷提高，電力系統(tǒng)需要尋找跨天、跨周甚至跨季的解決方案。綠氫既能通過電解槽快速響應(yīng)電網(wǎng)信號，消納富余綠電，又可以借助長周期儲氫在風(fēng)光出力不足時反向發(fā)電，同時滿足大容量、長周期、可轉(zhuǎn)移的需求。但要加快實現(xiàn)綠氫制備，需要通過控制綠電價格和提高電解效率，持續(xù)降低綠氫制備的成本。
對于成本，楊福源認(rèn)為，綠氫作為“余電消納池”的前提，是綠電必須足夠便宜。根據(jù)他所在團隊的測算，只要把前端綠電壓到0.10元/千瓦時以內(nèi)，氫儲能再發(fā)電的終端電價便可落在0.6元/千瓦時左右。若在高峰時段按風(fēng)電現(xiàn)貨價0.6～0.7元/千瓦時出售，即便不計入副產(chǎn)熱的收益，也可實現(xiàn)盈利。
根據(jù)已公開的《關(guān)于深化新能源上網(wǎng)電價市場化改革 促進新能源高質(zhì)量發(fā)展的通知》（發(fā)改價格〔2025〕136號文，以下簡稱“136號文件”）地方配套細(xì)則，部分地方高峰時段光伏電價的下限已出現(xiàn)最低至0.1元/千瓦時的表述。如新疆在2025年6月1日之后投產(chǎn)的增量光伏項目，其競價電價下限為0.15元/千瓦時，但政策解讀中進一步指出，在光伏午間出力高峰時段，市場交易電價可能降至0.1元/千瓦時以下。此外，山東電力市場2024年現(xiàn)貨交易數(shù)據(jù)顯示，光伏午間低谷電價一度下探至0.116元/千瓦時。該價格并非由政策文件直接設(shè)定，但表明在現(xiàn)貨市場機制作用下，部分地區(qū)的光伏高峰時段電價可以接近0.1元/千瓦時的水平。
電解效率是指單位電能轉(zhuǎn)化為氫氣的比例，其影響因素主要包括材料性能、系統(tǒng)設(shè)計與運行條件。其中，材料與系統(tǒng)給電解效率設(shè)定了“天花板”，與之相比，解決運行條件中的問題，是電解效率提高的關(guān)鍵，亟須技術(shù)手段來動態(tài)匹配電源側(cè)與負(fù)荷側(cè)。
多方正在對上述問題進行研發(fā)和應(yīng)用，以國網(wǎng)電科院（南瑞集團）推出的一體化調(diào)控平臺為例，這個平臺由電氫優(yōu)化調(diào)度、電氫能量管理、電解槽集群控制、電氫智慧管理四大模塊組成，四大模塊有效解決新能源波動性、間歇性與制氫負(fù)荷相對較窄的調(diào)節(jié)速率和調(diào)節(jié)范圍矛盾的技術(shù)難題，并依托大數(shù)據(jù)模型和算法，解決電解槽運行效率和壽命等問題，在保證項目安全可靠的前提下實現(xiàn)最大經(jīng)濟性的目標(biāo)。
鄒國春表示，未來綠電制氫發(fā)展趨勢之一是離網(wǎng)制氫系統(tǒng)，這對一體化調(diào)控平臺的快速控制提出更高的要求，南瑞的一體化調(diào)控平臺采用穩(wěn)態(tài)平臺控制系統(tǒng)和快速功率控制裝置相結(jié)合的架構(gòu)方案，快速功率控制裝置可以實現(xiàn)毫秒級的控制?？焖俟β士刂蒲b置通過直采與電網(wǎng)交互點和母線電壓、電流、頻率等信息，一方面，可以通過快速采集、快速運算得出功率指令進行快速下發(fā)，實現(xiàn)控制快速閉環(huán)，控制弱并網(wǎng)的功率約束控制，避免產(chǎn)生電網(wǎng)考核，另一方面，平臺具備快速支撐電網(wǎng)電壓和頻率穩(wěn)定功能，根據(jù)頻率偏差對系統(tǒng)有功功率進行快速校正、根據(jù)電壓偏差對系統(tǒng)無功功率進行快速調(diào)節(jié)，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。
