为何快速实现更新迭代？隆基氢能马军解码三项绿氢指标国内领先秘笈
发布日期：2024/1/25
1月20日，2023年石油和化工行业十大新闻在京发布，“我国目前规模最大的光伏发电直接制绿氢项目——新疆库车绿氢示范项目全面建成投产”入围，该项目的核心装备制氢电解槽主要供应商，正是西安隆基氢能科技有限公司（以下简称“隆基氢能”）。前不久，《2023势银氢能与燃料电池产业年度蓝皮书》在浙江宁波发布，在可再生能源制氢（绿氢）产业炙手可热、快速发展的2023年，隆基氢能的碱性电解水制氢产能、国内市场份额及电解槽单槽产氢量等3项指标均居行业首位
成立不到3年的隆基氢能，为何能快速实现更新迭代、占据行业“C位”？制氢行业需要哪些创新和突破？新年伊始，中国化工报记者对中国能源研究会氢能专业委员会委员、隆基氢能科技有限公司总裁马军作了专访。
记者：首先请您介绍一下隆基氢能在业内领先的这3项指标具体情况。
马军：《蓝皮书》统计数据显示，2023年国内电解水制氢总产能11.5GW，预计2025年将超40GW。其中，隆基氢能电解水制氢产能达2.5GW，占国内总产能的21.7%。未来我们仍有扩产规划，预计到2025年产能达5-10GW，继续稳列行业首位。
目前，国内电解水制氢技术路线中，仍以碱性电解水制氢（ALK）为主，占比高达83%。2023年，隆基氢能先后中标了大安风光制绿氢合成氨一体化项目、中广核新能源宁东清洁能源制氢项目、鄂尔多斯市纳日松40万千瓦光伏制氢项目等，碱性电解水制氢规模在国内市场占有率达24%。
此外，在碱性电解水制氢装备方面，电解槽单槽规模呈现越来越大的发展趋势。2023年国内平均单槽产氢量达1667Nm³/h，同时已有8家企业宣布下线2000Nm³/h电解槽。隆基氢能继2023年初向全球发布自主开发的全新一代碱性电解水制氢设备LONGi ALK Hi1（1000Nm³/h电解槽）新品后，去年9月新一代碱性电解水制氢设备ALK G系列产品又正式亮相，其中3000Nm³/h电解槽为国内甚至全球单体规模最大，不断刷新记录。
记者：氢制备作为氢能产业链的源头和重要环节，其中的电解水制氢装备是氢能产业的重要组成部分。目前，隆基氢能形成了绿氢制备设备系列产品和“绿电+绿氢”系统解决方案，也有大型项目应用案例。你们的产品和方案有何优势？为何能在短短几年间取得如此骄人的业绩？
马军：作为全球光伏领域龙头企业隆基绿能科技股份有限公司的全资子公司，隆基氢能虽然诞生时间不长，但早在5年前我们就未雨绸缪，对氢能整个产业发展战略进行了比较深入研究，并且始终坚持科学探索中的“第一性原理”这个隆基固有的基因，从光伏到氢能，从探路者到领航人，每一步都是不断坚持技术创新、依靠科技进步提升产品性能的结果。目前，隆基氢能产品包含LONGi ALK Hi1系列和G系列碱性电解水制氢设备以及“绿电+绿氢”系统解决方案，实现技术迭代升级。
比如，我们在应用新疆库车绿氢示范项目应用的8台碱性水制氢电解槽及气液分离、氢气纯化装置，首次采用“4对1”制氢系统模式，即4台1000Nm³/h电解槽对应1台气液分离框架的模块化设计方案，打破了“1对1”的常规模式，可节约占地20%，投资降低约1/3。
Hi1系列产品尽管采用目前市场上的主流电解槽1000Nm³/h规格，但运用高效的隔膜材料、电极材料降低过电势，以及优化碱液流道和小室内部流场来降小室内阻，提升产品性能、降低能耗，制氢直流电耗低至4.1kwh/Nm³—4.3kwh/Nm³，达到行业领先水平。一般而言，直流电耗每降低0.1kWh/Nm³，根据系统利用小时数的不同，可以使单位制氢成本（LCOH）降低1.8%—2.2%，相当于降低了制氢设备初始投资的10%—25%。
在此基础上，隆基氢能新研发的LONGi ALK G系列产品，产氢量从1200Nm³/h、1500Nm³/h到2000Nm³/h、3000Nm³/h，创单槽产量新高，适配于用氢需求较大的化工、冶金、炼化等工业领域，可满足各种规格需求，实现标准化、集约化、模块化，更大单体产氢量可节约项目占地面积30%以上，牢牢占据国内大型电解槽技术的制高点。
“绿电+绿氢”系统解决方案基于电解槽制氢设备，可以将新能源、电力电子、储能、化工、自动控制等多个专业进行系统集成，提供包括安全可靠、低LCOH的绿电绿氢项目设计、全生命周期经济性测算、系统稳态/暂态仿真验证、高效可靠的全链条产品供应等全生命周期服务。
近年来，我们中标了多个绿氢、绿氨项目。除新疆库车绿氢示范项目投运外，2023年4月，隆基氢能以第一名的优异成绩成功中标全球最大的绿色合成氨项目——吉林大安项目，6月又与兴国铸业签署战略合作协议，共同建设30万m³/d可再生能源电解水制氢——450m³高炉富氢冶炼工业化应用示范项目。同时，在印度、澳洲、欧洲、美洲等区域都有项目开展或战略合作。以吉林大安项目为例，共招标39套1000Nm³/h碱性电解水制氢系统，隆基氢能获得了其中的15套电解水制氢系统订单。我们针对该项目提出了适配的产品技术方案，将进一步降低运行能耗和项目投资。
另外，绿电制氢面临的最大难点是电力波动范围大、波动频率高且随机性强。如何实现能量的智能控制和调度，是绿电制氢项目的技术核心。隆基氢能电解制氢系统氢氧纯度、液位、压力、温度、流量等工艺参数均设置严格的报警、联锁值，有效防止安全事故发生，实现一键启停，对风光可再生能源电力波动的瞬时响应速度可达2%/s。我们自主研发的EMS智慧能量管理系统，可充分适应电力的波动性，动态调整分组响应的轮值策略仿真模拟，最终得出基于稳定性、可靠性、经济性、连续性，同时充分考虑能效和寿命情况的解决方案，构建安全可靠、平稳运行的能量调度控制系统。
记者：听说您从事氢能行业整整30年了，经历十分丰富。作为资深的行业专家，能为我们分享一下中国碱性制氢装备的发展历程吗？
马军：我国碱性电解槽核心材料及技术发展历程大概经历了3个阶段。
第一阶段：引进与优化。20世纪50年代至70年代，我国从苏联、日本等国引进了碱性电解槽技术，并进行了优化，主要用于化工、冶金等行业的工业制氢。这一阶段的碱性电解槽以石棉隔膜、镍网电极为主，单槽产氢量较小，能耗较高。
第二阶段：自主创新与突破。20世纪70年代至90年代，受冶金行业和电子行业的需求驱动，我国开始自主研发碱性电解槽技术，开发中压电解槽，结合优化的垫片进一步提升电解槽安全性，同时碱性制氢行业在这个阶段开发并取得了一系列重要成果，如聚苯硫醚（PPS）隔膜、镍基合金电极、双极板结构等，显著提高了碱性电解槽的产氢量、效率和稳定性。这一阶段的碱性电解槽以拉杆式圆柱形结构为主，单槽产氢量达到200 Nm³/h以上，直流电耗降低到4.8 kWh/Nm³以下。
第三阶段：规模化与产业化。21世纪初至今，我国在碱性电解槽技术上继续深入研究和创新，并加快了规模化生产和应用步伐，主要用于可再生能源电解水制氢项目。这一阶段的由氯碱工业演变而来的新型方形叠片式结构碱性电解槽开始出现，传统结构的电解槽也被不断做大，单槽产氢量达到2000 Nm³/h以上，直流电耗降低到4.2 kWh/Nm³以下，设备设计寿命20年以上。
目前，我国已经掌握了碱性电解槽的核心技术，并有多家企业实现了产业化，在国内外市场上占有较大份额，运行安全可靠，技术领先。随着市场需求增加和技术不断进步，碱性电解槽正处于快速发展阶段。通过加强产学研合作，我们有理由相信，我国的碱性电解槽在未来将发挥更重要的作用。
记者：我们看到，绿氢市场需求和应用场景正在迅猛增长，前景一片向好。但事物发展有其客观规律，目前电解水制氢行业存在什么痛点吗？需要哪些创新和突破？
马军：在“双碳”背景下，高耗能行业与新能源耦合实现低碳转型成为趋势，与绿氢相关的项目正在迅猛崛起，绿氢应用场景愈加清晰。特别是在化工领域，绿氢与煤化工、石油化工等传统高排碳行业结合起来，可助力深度脱碳。电解水制氢电解槽则是制备绿氢的关键设备，其中碱性电解水技术目前已具备商业化推广条件。
我认为，目前绿氢制备行业的痛点主要是降低单位制氢成本（LCOH）和电解槽系统大型化、规模化、标准化
LCOH主要由运营成本（OPEX）和初始投资成本（CAPEX）构成。解决OPEX问题主要依赖低电耗产品，而单槽大型化可有效降低CAPEX。
随着大型绿氢项目在国内的成功示范运营，碱性电解水制氢技术完成了商业化进程，产业链发展日益成熟，全球市场对大电解槽的需求十分明确，大型化可直接减少制氢装备和土建工程成本，大大降低初始投资；规模化可平摊成本标准化；标准化可以使资源配置更有序，效率更高。
同时，标准是行业快速有序发展的前提。我国氢能产业快速发展，还存在标准制定不完善等问题。
记者：对于构建健康可持续的产业环境，您有哪些建议和希望呢？
马军：去年8月，国家标准委等6部门联合发布《氢能产业标准体系建设指南（2023版）》。这是国家层面首个氢能全产业链标准体系建设指南，无疑将提高氢能企业的产品技术门槛，降低产业链各环节衔接成本，有利于提升氢能制、储、运、加、用各环节安全水平，增强产业链中企业的协同性，推动氢能产业可持续业发展。
同时，我们建议和呼吁从以下几方面着手协同发力。一是从用能端、制造端全产业链各环节，政府、产业研究、协会、金融等机构政策支持全面推动，提高绿氢在工业脱碳中应用和价值。二是支持大型绿氢示范项目落地，推广先进产品和技术，打通产业链“制、储、输、用”一体化发展。三是加强去贸易壁垒的全球化合作。中国碱性电解槽技术开发和应用全球领先，技术创新成果斐然。但目前也面临一些问题，比如海外客户担心使用中国电解槽更难获取政府补贴；欧美相对缺乏使用中国碱性电解槽的案例，对产品性能不大了解；认证标准存在差异。我们呼吁全球行业伙伴资源共享，优势互补，紧密协作，避免走入片面和短视的发展误区。（李军）
来源：氢能前沿
