中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：受制于電力成本、電解槽投資和項(xiàng)目運(yùn)行運(yùn)營(yíng)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(chǔ)用一體化試驗(yàn)示范基地內(nèi)，質(zhì)子交換膜電解水制氫系統(tǒng)正在運(yùn)行。
6月10日，國(guó)家能源局發(fā)布《關(guān)于組織開展能源領(lǐng)域氫能試點(diǎn)工作的通知》，明確將遴選部分項(xiàng)目和區(qū)域開展氫能試點(diǎn)工作，進(jìn)一步推動(dòng)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(yàn)，支撐氫能“制儲(chǔ)輸用”全鏈條發(fā)展。
制取是氫能產(chǎn)業(yè)鏈的起點(diǎn)，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(gè)應(yīng)用方向，有兩個(gè)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(xiàng)目建設(shè)，并適應(yīng)風(fēng)電、光伏等波動(dòng)特性；“先進(jìn)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(diǎn)，構(gòu)建風(fēng)光氫儲(chǔ)一體化能源架構(gòu)。
近年來，我國(guó)可再生能源制氫發(fā)展備受關(guān)注。國(guó)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(zhǎng)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(diǎn)發(fā)展可再生能源制氫；國(guó)家能源局5月發(fā)布的《中國(guó)氫能發(fā)展報(bào)告（2025）》顯示，截至2024年年底，全國(guó)累計(jì)規(guī)劃可再生電解水制氫項(xiàng)目逾600個(gè)，其中建成項(xiàng)目90余個(gè)，年產(chǎn)能約12.5萬噸，僅占全國(guó)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(guó)礦業(yè)大學(xué)教授、中國(guó)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(xiàng)目運(yùn)行運(yùn)營(yíng)效率。
要讓綠氫制取真正實(shí)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(chǎng)景、降低成本，完成從示范到規(guī)模化的關(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(duì)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(duì)較低，因此廣泛應(yīng)用于大型固定式制氫項(xiàng)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(yùn)行效率亦受到氣體交叉影響，難以適應(yīng)高壓、高波動(dòng)性的運(yùn)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(dòng)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(chǎng)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(duì)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(jìn)行規(guī)模化推廣。
根據(jù)清華大學(xué)車輛與運(yùn)載學(xué)院教授楊福源的統(tǒng)計(jì)，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(zhǎng)快，電解槽還在向“更大、更方”演進(jìn)，技術(shù)路線也已實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)展。
中國(guó)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(kù)車、寧夏寧東等電解水制氫項(xiàng)目的投產(chǎn)，標(biāo)志著堿性電解槽技術(shù)逐步實(shí)現(xiàn)工業(yè)化實(shí)證驗(yàn)證。與此同時(shí)，質(zhì)子交換膜電解槽關(guān)鍵技術(shù)取得實(shí)質(zhì)性突破，海水電解制氫中試裝置實(shí)現(xiàn)試運(yùn)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(dòng)綠氫生產(chǎn)成本持續(xù)下降，逐步接近與灰氫競(jìng)爭(zhēng)的經(jīng)濟(jì)性拐點(diǎn)。下一步，需要針對(duì)工業(yè)、交通、能源三大主戰(zhàn)場(chǎng)，開展定向研發(fā)，持續(xù)降低應(yīng)用成本。通過場(chǎng)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(shí)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(zhǎng)、環(huán)節(jié)多，多組真實(shí)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(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性的直接原因。電—?dú)淙萘狂詈喜患褧?huì)影響電解槽的利用率與經(jīng)濟(jì)性。眾所周知，風(fēng)光發(fā)電的年利用小時(shí)數(shù)普遍只有2500～3000小時(shí)，而電解槽如果“有風(fēng)才開機(jī)”，設(shè)備利用率則會(huì)掉到30%以下，這會(huì)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(shí)，綠氫成本可減少5元/千克。彌補(bǔ)耦合問題的方法目前有兩種，一是增加儲(chǔ)能，二是放大儲(chǔ)氫罐做能量型緩存，但是，兩條路線的資本曲線和運(yùn)維曲線不同，必須在電解槽技術(shù)路線鎖定時(shí)就決策，否則后期再“打補(bǔ)丁”會(huì)觸發(fā)二次投資。
對(duì)于耦合難題，業(yè)內(nèi)并沒有形成“先解決哪個(gè)、后解決哪個(gè)”的共識(shí)，目前業(yè)內(nèi)普遍從多角度入手嘗試解決。
規(guī)定項(xiàng)目建設(shè)時(shí)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(huì)印發(fā)的《寧東基地促進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干措施（2024修訂）》明確，對(duì)實(shí)施可再生能源制氫，構(gòu)建上下游產(chǎn)業(yè)鏈的氫能項(xiàng)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(shí)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(shí)間線：先確定下游用氫場(chǎng)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—?dú)洹比萘颗浔葟耐讲┺淖兂身樞騼?yōu)化，售氫收入可以被提前確定，裝機(jī)容量也自然會(huì)回到相對(duì)合理的區(qū)間。此外，提前明確可追溯的綠氫消納量，項(xiàng)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(xiàng)目建設(shè)方提前測(cè)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(guó)網(wǎng)電科院（南瑞集團(tuán)）自主研發(fā)的綠電制氫暫穩(wěn)態(tài)聯(lián)合仿真平臺(tái)，通過源網(wǎng)荷儲(chǔ)精準(zhǔn)匹配和先進(jìn)的實(shí)時(shí)優(yōu)化控制策略，保證系統(tǒng)在穩(wěn)定產(chǎn)氫的同時(shí)最大比例的消納新能源，進(jìn)而提升項(xiàng)目全生命周期的經(jīng)濟(jì)性，為綠氫提供拐點(diǎn)所需的電價(jià)、年利用小時(shí)數(shù)。平臺(tái)模型覆蓋風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站、儲(chǔ)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(dòng)、寬頻振蕩、故障穿越等問題，驗(yàn)證風(fēng)/光發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)及制氫系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性和故障響應(yīng)能力，評(píng)估系統(tǒng)運(yùn)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(jìn)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(guó)春表示，綠電制氫暫穩(wěn)態(tài)聯(lián)合仿真平臺(tái)首次實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)與化工流程的全動(dòng)態(tài)聯(lián)合仿真，填補(bǔ)了新能源波動(dòng)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(jí)、分鐘級(jí)、小時(shí)級(jí)不同時(shí)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(yùn)行。
他認(rèn)為，對(duì)于綠氫裝備來說，平臺(tái)通過動(dòng)態(tài)仿真優(yōu)化儲(chǔ)能（電+氫）配置，減少過度投資，同時(shí)可以增強(qiáng)運(yùn)行穩(wěn)定性，解決風(fēng)光波動(dòng)對(duì)電解槽的沖擊，為大型項(xiàng)目提供標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)工具，縮短項(xiàng)目開發(fā)周期。
進(jìn)一步降本靠什么？
當(dāng)前，綠氫制備正在迎來一個(gè)關(guān)鍵的窗口期。
一方面，我國(guó)新能源發(fā)電裝機(jī)容量仍在持續(xù)快速增加。根據(jù)國(guó)家能源局7月底發(fā)布的最新數(shù)據(jù)，當(dāng)前，我國(guó)太陽能發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)11億千瓦，風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到5.7億千瓦，風(fēng)、光發(fā)電裝機(jī)容量已占總發(fā)電裝機(jī)容量的45.7%。
另一方面，近期出臺(tái)的政策利好綠氫發(fā)展。國(guó)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(xiàng)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(shí)質(zhì)上為綠氫項(xiàng)目量身定制了大容量、低電價(jià)、快落地的分布式光伏解決方案，可再生制氫的經(jīng)濟(jì)性有望顯著提升。不久前，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于有序推動(dòng)綠電直連發(fā)展有關(guān)事項(xiàng)的通知》提出，并網(wǎng)型綠電直連項(xiàng)目應(yīng)通過合理配置儲(chǔ)能、挖掘負(fù)荷靈活調(diào)節(jié)潛力等方式，充分提升項(xiàng)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(jī)容量的增加以及對(duì)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(hào)，消納富余綠電，又可以借助長(zhǎng)周期儲(chǔ)氫在風(fēng)光出力不足時(shí)反向發(fā)電，同時(shí)滿足大容量、長(zhǎng)周期、可轉(zhuǎn)移的需求。但要加快實(shí)現(xiàn)綠氫制備，需要通過控制綠電價(jià)格和提高電解效率，持續(xù)降低綠氫制備的成本。
對(duì)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(tuán)隊(duì)的測(cè)算，只要把前端綠電壓到0.10元/千瓦時(shí)以內(nèi)，氫儲(chǔ)能再發(fā)電的終端電價(jià)便可落在0.6元/千瓦時(shí)左右。若在高峰時(shí)段按風(fēng)電現(xiàn)貨價(jià)0.6～0.7元/千瓦時(shí)出售，即便不計(jì)入副產(chǎn)熱的收益，也可實(shí)現(xiàn)盈利。
根據(jù)已公開的《關(guān)于深化新能源上網(wǎng)電價(jià)市場(chǎng)化改革 促進(jìn)新能源高質(zhì)量發(fā)展的通知》（發(fā)改價(jià)格〔2025〕136號(hào)文，以下簡(jiǎn)稱“136號(hào)文件”）地方配套細(xì)則，部分地方高峰時(shí)段光伏電價(jià)的下限已出現(xiàn)最低至0.1元/千瓦時(shí)的表述。如新疆在2025年6月1日之后投產(chǎn)的增量光伏項(xiàng)目，其競(jìng)價(jià)電價(jià)下限為0.15元/千瓦時(shí)，但政策解讀中進(jìn)一步指出，在光伏午間出力高峰時(shí)段，市場(chǎng)交易電價(jià)可能降至0.1元/千瓦時(shí)以下。此外，山東電力市場(chǎng)2024年現(xiàn)貨交易數(shù)據(jù)顯示，光伏午間低谷電價(jià)一度下探至0.116元/千瓦時(shí)。該價(jià)格并非由政策文件直接設(shè)定，但表明在現(xiàn)貨市場(chǎng)機(jī)制作用下，部分地區(qū)的光伏高峰時(shí)段電價(jià)可以接近0.1元/千瓦時(shí)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(jì)與運(yùn)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(yùn)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(dòng)態(tài)匹配電源側(cè)與負(fù)荷側(cè)。
多方正在對(duì)上述問題進(jìn)行研發(fā)和應(yīng)用，以國(guó)網(wǎng)電科院（南瑞集團(tuán)）推出的一體化調(diào)控平臺(tái)為例，這個(gè)平臺(tái)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(dòng)性、間歇性與制氫負(fù)荷相對(duì)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(yùn)行效率和壽命等問題，在保證項(xiàng)目安全可靠的前提下實(shí)現(xiàn)最大經(jīng)濟(jì)性的目標(biāo)。
鄒國(guó)春表示，未來綠電制氫發(fā)展趨勢(shì)之一是離網(wǎng)制氫系統(tǒng)，這對(duì)一體化調(diào)控平臺(tái)的快速控制提出更高的要求，南瑞的一體化調(diào)控平臺(tái)采用穩(wěn)態(tài)平臺(tái)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(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)的控制。快速功率控制裝置通過直采與電網(wǎng)交互點(diǎn)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(yùn)算得出功率指令進(jìn)行快速下發(fā)，實(shí)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(tái)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(duì)系統(tǒng)有功功率進(jìn)行快速校正、根據(jù)電壓偏差對(duì)系統(tǒng)無功功率進(jìn)行快速調(diào)節(jié)，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。
