科技部发布国家重点研发计划“氢能技术”之兆瓦级电解水制氢质子交换膜电解堆技术

近日，中国科学院大连化学物理研究所研制的兆瓦级质子交换膜（PEM）水电解制氢系统，在国家电网安徽公司氢综合利用站实现满功率运行。经国家电网安徽公司组织的专家现场测试，该系统额定产氢220标立米每小时，峰值产氢达到275标立米每小时。

　　PEM水电解技术具有能耗低、电流密度大、产气压力高、设备占地面积小、抗波动性强等技术优势，是国际上可再生能源绿色制氢技术的重要发展方向。中科院大连化学物理研究所自上世纪90年代以来开展PEM水电解技术的研发，逐步形成了PEM水电解制氢自主知识产权体系，开发了数代PEM制氢电解槽及系统，并通过普通技术许可等方式推进成果转化和应用。

　　兆瓦级PEM水电解制氢系统的成功运行，标志着中科院大连化学物理研究所承担的国家电网安徽公司氢综合利用站科技示范项目取得阶段性成果。该兆瓦级制氢系统与正在建设的兆瓦级燃料电池发电系统，为大规模绿色氢能综合利用新模式的示范奠定了技术基础。

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化石东 发表于 2022-5-2 10:52
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日前，大连化学物理研究所研制的兆瓦级质子交换膜(PEM)水电解制氢系统，在国网安徽公司氢综合利用站实现满功率运行。该系统额定产氢220Nm3/h，峰值产氢达到275Nm3/h。该兆瓦级制氢系统与正在建设的兆瓦级燃料电池发电系统，为大规模绿色氢能综合利用新模式的示范奠定了技术基础。

燃料电池发电是一种洁净高效的发电技术，是国际能源领域研究开发的热点和前沿技术，有着的发展前景。兆瓦，英文：megawatt，通常缩略为MW，是一种表示功率的单位，常用来指发电机组在额定情况下单位时间内能发出来的电量。兆瓦与千瓦、瓦之间的换算关系是：1兆瓦=100万瓦；1兆瓦=1000千瓦；1兆瓦=0.1万千瓦；1兆瓦=0.01亿瓦。

质子交换膜(Proton Exchange Membrane，PEM)是质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC)的核心部件，对电池性能起着关键作用。它不仅具有阻隔作用，还具有传导质子的作用。全质子交换膜主要用氟磺酸型质子交换膜；nafion重铸膜；非氟聚合物质子交换膜；新型复合质子交换膜等。

根据电解槽隔膜材料的不同，理论上通常将水电解制氢分为碱性水电解（AE）、质子交换膜（PEM）水电解以及高温固体氧化物水电解（SOEC）。据专家介绍，高温固体氧化物水电解制氢，对设备要求高，技术难度更大，且工作环境苛刻，目前技术成熟度不高，未走向工业应用。



中船重工集团718研究所工作人员介绍称，目前工业化应用的电解槽主要分两种技术路线，第一种是碱性电解槽、第二种是PEM电解槽。“我国目前最成熟的电解水制氢技术是碱性电解水技术，在上世纪八九十年代就已开始研发应用，不过随着 PEM 电解制氢的逐渐成熟， 渗透率有望快速提升，预计未来两种制氢方式二分天下。”



今年以来，国内水电解制氢设备需求迎来大幅上涨，PEM水电解制氢技术进展迅速。目前，国内有中科院大连化物研究所、中船重工集团718研究所等单位开展PEM水电解制氢技术研究，其设备订单同比都有明显增长，但当前国内交付应用的设备大多是小型电解槽。



具备独特优势



中科院大连化物所一位水电解制氢技术研究员告诉记者，碱性水电解制氢综合成本低，但存在碱液流失、腐蚀、能耗高等问题，适应波动性较差，与风光结合时需要配备储能。与之相比，PEM水电解制氢技术的运行电流密度高、能耗低、产氢压力高，适应可再生能源发电的波动性特征，易于与可再生能源消纳相结合。



质子交换膜制备曾长期被杜邦、戈尔等美国和日本少数厂家垄断，目前，国内东岳、科润等企业正积极布局，东岳150万平米质子交换膜生产线一期工程已投产，科润100万平米质子交换膜项目也已开工。随着国内技术的不断突破，国产质子交换膜实现进口替代的空间巨大。



在投资成本方面，目前PEM电解的投资体量是碱性电解的5-10倍，PEM电解成本投入也比碱性电解水至少多一倍。上述研究员认为，可再生能源快速发展的背景下，PEM水电解制氢具有独特优势，值得发展，目前需要攻克贵金属催化剂成本过高、质子交换膜国产化等问题。



“碱性水电解设备单位造价低但开机速度长，PEM水电解设备单位造价高，但开机速度快，因此对于可再生能源发电制氢而言，需要寻求功率稳定和波动较小。事实上，这两种水电解制氢技术并不矛盾，考虑到经济性、适应性，未来应用方向应以碱性设备结合PEM设备为主。”中船重工集团718研究所工作人员告诉记者。

2022年3月9日，北京燕山石化ME级PEM膜电解水制氢技术研发项目正式立项备案！这意味着“第一氢能公司”中石化自有MW级别电解槽项目启动。2021年底，燕山石化曾与石科院等科研院所合作，建成一套PEM膜电解水制氢中试装置。昨天立项的MW级别PEM制氢项目可能就是燕山石化中试项目的延伸。2022年是氢能产业“梦想走向现实”阶段，这个事件向产业释放了哪些信号需要我们关注？

中石化号称“第一氢能公司”，其MW级别PEM电解水项目立项，显示了其在电解槽设备方面已经初具积淀和业务体系带来的巨大优势，也显示了国内电解水设备市场将面临激烈的市场竞争。

我国目前最成熟的电解水制氢技术是碱性电解水技术，在上世纪八九十年代就已开始研发应用，不过随着 PEM 电解制氢的逐渐成熟， 渗透率有望快速提升，预计未来两种制氢方式二分天下。

9月28日上午，中国船舶集团第七一八研究所中船（邯郸）派瑞氢能科技有限公司入驻邯郸市经济开发区氢能装备产业园仪式成功举办。邯郸市领导高和平，中国工业气体工业协会秘书长濮春干，邯郸经济技术开发区党工委书记、管委会主任张敬超，邯郸市投资促进局党组书记、局长王伟江应邀出x i。国家能源集团、国核规划设计院、河北建投集团等客户代表应邀参加。七一八所所长、党委副书记李俊华出x i会议并讲话，副所长巴俊洲、宫志刚等在邯所领导出x i。

李俊华首先对参加入驻仪式的各位领导和来宾表示热烈欢迎，向长期以来关心支持帮助七一八所发展的各级领导、各界朋友表示衷心感谢。

李俊华指出，氢能是本世纪最具发展潜力的清洁能源，代表了人类未来战略能源的发展方向。随着国家“碳达峰，碳中和”政策的推进，电解水制氢将成为获取“绿色氢源”的重要途径，未来市场前景巨大，行业前途光明。七一八所作为国内最早从事电解水制氢（氧）技术的国家科研单位，拥有多项氢能技术完全自主知识产权，建有单机产氢量世界最大的制氢装置生产线，水电解制氢装置国内市场占有率超60%，出口30多个国家和地区，承担了全部三个冬奥会的制氢项目，也是国内最大的燃料电池高压车载氢系统供应商，在国内氢能市场具有重要地位。水电解制氢装置综合实力国内领先，处于世界先进水平。

李俊华强调，此次入驻产业园的中船（邯郸）派瑞氢能科技有限公司（简称派瑞氢能公司）是七一八所响应国家“双碳”号召，以服务国家战略为使命，整合所内氢能产业5个业务板块相关资源后于2021年8月注资成立的，注册资本1亿元，业务涵盖氢能“制-储-运-加”全产业供应链，涉及水电解制氢、化石燃料制氢、氢能交通、海洋氢能等多个领域。入驻后，派瑞氢能公司将以邯郸氢能装备产业园为主要研发制造基地，聚焦核心技术研发和先进装备制造，致力于发展以可再生能源电解水制氢为主体、以加氢站及关键设备、车载氢系统为两翼的产品体系，全力打造氢能装备研发制造中心、氢能技术协同创新平台和氢能应用示范中心。七一八所愿与各位同仁携手共进，为我国氢能产业发展做出贡献，奋力建设成为世界可再生能源制氢的骨干力量。

濮春干、张敬超为仪式致辞。对派瑞氢能公司入驻产业园表示热烈祝贺。濮春干指出，氢能作为绿色能源必将在国家能源结构中占据更重要的地位，获得更大的市场空间和更光明的发展前景。七一八所作为我国领先的工业气体研发者和制造者，在特种气体、水电解制氢等领域具有举足轻重的地位，为我国工业气体的发展壮大做出了很大贡献。此次入驻产业园，是七一八所和中国工业气体进一步深化产研结合、拥抱市场需求的重要行动。张敬超指出，七一八所氢能项目正式入驻氢能装备产业园具有重要里程碑意义。经开区将乘势而上、顺势而为，加强与七一八所的合作，不断提高服务质量，推动氢能产业不断做大做强。

仪式结束后，参会领导和各界代表集体参观了七一八所氢能产业展厅、省级研发平台和调试、总装车间，就进一步推动氢能发展、开展合作进行了深入交流探讨。

七一八所所长助理蒋亚雄，邯郸市经开区、七一八所相关部门和公司负责人一同出x i仪式。