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14家SOEC电解槽研发企业梳理

2023-09-04 14:09:06
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水产生氢的水电解方法有碱性水电解制氢、PEM(Polymer Electrolyte Membrane)制氢等几种方式。由于水具备在温度越高越能在低电压下分解的性质,因此与在60℃左右反应的碱性水电解制氢、PEM制氢不同,SOEC所使用的陶瓷材料可在约700℃高温下反应,因此制氢所需的能耗也会对应削减。

由于固体氧化物电解水技术(SOEC)的能耗和效率优势,使得众多海外企业纷纷开展SOEC方面的技术研发,已经迈入到MW级别。中国还处于非常早期的阶段,最快也还仅到几十KW级别。

需要说明的是,由于SOEC和SOFC(固体氧化物燃料电池)互为可逆关系,所以研发SOFC的企业,理论上也具备研发SOEC的能力或可能性。

以下就列举一些代表性的企业。

中国企业梳理

01

北京质子动力(BPEC)

北京质子动力发电技术有限公司(简称“质子动力”),2019年创立,同时布局SOEC/SOFC的电池片、电堆、系统全产业链的研发及产业化。

公司拥有“国家特聘”专家、巴黎高等矿院博士陈国飞,以及横滨国立大学博士、江苏省双创人才、中国矿业大学教授博士生导师王绍荣共同领衔的研发团队。质子动力主要聚焦高温电解制氢(SOEC)及固体氧化物燃料电池(SOFC)产品的研发及产业化;团队深度掌握了20x20cm2单电池片技术(面积最大)。

公司总部在北京,在徐州(普罗顿研究院)、青岛(融翔氢谷)落地研究院和生产基地,并在宁夏设立了子公司(宁夏国富质子)、负责氢能及储能市场开发和产品销售。

到2023年年底,公司将至少有5套 SOEC制氢系统示范项目投运。产业化方面,公司已经在青岛落地了SOEC电池片及单电堆生产线,一期设计产能1MW/年,二期设计产能10MW/年。

中广核

2021年质子动力与中广核集团签约了2kW SOEC制氢系统,首次将SOEC应用于核电制氢示范项目、项目落地大亚湾核电站。

2023年,中广核新能源拟进行25kW-SOEC制氢系统研发,特委托质子动力研发SOEC专用电堆,单堆功率不低于3.5kW。质子动力还将为中广核新能源25kW-SOEC制氢系统研制一套25kW制氢用能源路由器,以保证制氢系统在波动性可再生能源供电时的安全性和稳定性。

国家电网

2022年,其为国家电网“双创项目”提供了一期5kWSOEC制氢系统,用于用户侧电解制氢。

目前,二期20kW SOEC制氢系统也将实施、系统样机将在“国网安徽六安兆瓦级氢能综合利用站科技示范工程”示范应用。项目建成后,将成为国内首个同时应用PEM和SOEC两种制氢技术的示范项目。

华电集团

与华电宁夏公司签署了战略协议,质子动力为其规划了可再生能源制绿氢示范项目,将成熟的碱性电解槽(ALK)、初步商业化的质子交换膜电解槽(PEM)、以及全球最先进的固体氧化物电解槽(SOEC)三种电解槽技术在项目中搭配使用、同时示范。其中,5MW碱性电解槽系统一套、250kW质子交换膜电解槽系统一套、25kW固体氧化物电池SOEC系统一套。

中石油

继阴极支撑SOFC系统的项目合作后,中石油石化院再次向质子动力提出了50kW大功率SOEC制氢系统的需求。2023年,项目建议书已提交中石油石化院。本项目完成后,将是国内首台商用50kW级固体氧化物电解池(SOEC)制氢系统。

国家电投

国家电投北京公司拟开发25kW SOEC制氢系统,利用国家电投的光伏或风电电站产生的绿电,进行高温SOEC电解水制氢示范。项目拟在国电投北京公司新能源基地实施,并计划同步建设1套10kW氢燃料电池系统。

国华投资

项目拟利用国华投资公司兄弟单位——煤化工的廉价中间产物:H2、CO等的混合气作为SOFC的燃料,进行热电联产,在发电的同时产生高温蒸汽,电、热用于煤化工的生产;SOFC系统烟气中的高浓度CO2收集后,与煤炭结合生成煤化工必需的中间气体CO。从而以相同的煤炭使用量和更少的电力、蒸汽投入,生产同样量的煤化工产品,达到了资源循环利用和能源梯级利用的目的。

中国建材集团

拟利用中国建材集团水泥、玻璃等产业的余热,与绿电(自产或外购)生产廉价绿氢。绿氢可以用来替代浮法玻璃生产,以及碳纤维、多晶硅制备过程用的部分灰氢。本项目成果实施后,将是国内首台商用耦合外部余热的50kW固体氧化物电解池(SOEC)制氢系统。

02

北京思伟特

北京思伟特新能源科技有限公司(简称“思伟特”)是一家专注于固体氧化物电解池(SOEC)制氢系统研发及产业化的高新技术企业。

公司创始人清华大学教授胡浩然博士(CEO),拥有美国麻省理工学院(MIT)博士学位,曾在美国伊顿公司、卡特彼勒公司、底特律柴油机公司等任首席科学家和高级工程经理职位,2014-2020年任潍柴动力副总裁兼首席技术官。有超过15年的固体氧化物燃料电池(SOEC/SOFC)研发经验。

北京亿华通是思伟特第二大股东;2022年8月,思伟特完成天使轮融资,由三峡基金、红杉中国种子基金、宝湖投资和利尼克斯参与投资。

北京思伟特,已经开发出3kW的SOEC系统,10kW SOEC系统已经完成组装。专利方面,公司在单电池、电堆、系统等层面已获得6项发明专利。项目方面,其在北京、张家口、内蒙古等城市,已经筹备建设了SOEC制氢及共电解二氧化碳示范应用项目。

03

上海氢程科技

上海氢程科技有限公司的技术来源为中国科学院上海应用物理研究所(简称“上海应物所”)。

自2010年起,中科院上海应物所就布局了固体氧化物电解制氢技术研发工作,集中力量进行高温制氢关键核心技术开发。形成了完整的1kW、5kW、20kW和200kW核能高温电解制氢技术并具有自主知识产权,成果成功实现了转化,成立上海氢程科技有限公司进行后续商业化发展。中科院上海应物所以其投资平台“上海日环科技投资有限公司”持有氢程科技约20%的股份。

核心成员为肖国萍博士。正研级高级工程师,中国科学院上海应用物理研究所氢能技术部主任。入选中科院青年创新促进会、所青年科技之星、嘉定区第十四批高层次创新创业和急需紧缺人才等。带领团队攻克了高温高湿环境下固体氧化物电解堆衰减快和系统能源效率低、稳定性差等难题,发展了单个电解堆到多电堆的集成技术,实现了电解技术从实验室原理验证-原型样机的研制-中试放大-示范应用。

2021年1月11日,上海应物所与上海氢程科技有限公司完成氢能技术领域制氢材料相关专利技术的知识产权交易,这也是上海应物所首个超千万的现金转让知识产权项目。本次知识产权交易的主要内容涉及固体氧化物电解制氢相关的核心专利和技术。

2023年2月26日,由中国科学院上海应用物理研究所承担研制的200kW级高温固体氧化物电解水(SOEC)制氢验证装置一次开车成功,制氢功率达到202kW,制氢速率达到64Nm3/h,直流电耗为3.16kWh/Nm3·H2。

04

上海翌晶氢能

上海翌晶氢能科技有限公司(简称“翌晶氢能”),主要业务包括碱性电解水制氢(ALK)装置、SOEC电解水制氢系统、固体氧化物燃料电池( SOFC)核心元件、关键材料及发电系统。是国内唯一可提供碱性+SOEC制氢技术解决方案服务商。

2023年4月25日,翌晶氢能研发的国内首条固体氧化物电解水制氢(SOEC)电堆自动化产线正式下线,年产能可达100兆瓦,可兼容多型号电堆生产。

2023年5月12日,武威翌氢红沙岗可再生能源制氢及35kV绿电专线送变电工程、武威翌晶绿氢装备制造产业基地项目开工建设。其中,该项目总投资9800万元,预计2023年10月建成投产,投产后,预计年销售额可达3500万元。该项目是甘肃省首个全绿电制氢项目及首条绿电制氢专线。翌晶绿氢装备制造产业基地项目规划建设年产500MW电解水制氢装备制造工厂,预计于2024年5月建成投产,总投资约1.05亿元。

2023年5月25日,辽宁营口市老边区政府与翌晶能源在上海嘉定签署《辽宁营口500MW风光氢储一体化示范项目》,拟定风电装机容量300MW、光伏装机容量200MW、电解制氢建设规模20000Nm³/h,年产绿氢1万吨,副产高纯氧气8万吨。

公开资料显示,翌晶能源总经理刘青,曾有过短暂的中国科学院上海应用物理研究所工作经历。

05

上海中弗新能源

中弗新能源科技股份有限公司是集固体氧化物燃料电池(SOFC)发电技术及固体氧化物电解池(SOEC)制氢技术的研发制造为一体的国家级高新技术企业。

该企业可以查到的公开信息非常有限,其SOEC研发进展尚不可得知。

06

武汉华科福赛

武汉华科福赛新能源有限责任公司 (简称“华科福赛”)是一家专业从事固体氧化物燃料电池SOFC发电系统、固体氧化物电解池SOEC研发的高科技企业。

华中科技大学材料科学与工程学院燃料电池研究中心始建于2004年,经过10余年的发展,开发了国内第一台SOFC独立发电系统。2016年,为加快固体氧化物燃料电池市场化进程,华科福赛在武汉成立。

李箭为华科福赛创始人、首席科学家;美国UIUC大学博士,华中科技大学教授、博士生导师。中国材料研究学会理事,中国能源研究会理事,中国可再生能源学会燃料电池专业委员会副主任,燃料电池标准委员会委员。

截止2022年5月,公司研发的15×15c㎡单电池SOEC稳定运行时间已超过1040小时;在800℃工作温度下,最大电解功率达到831瓦,最大电解效率高于97%,每立方米产氢电耗在2.86—3.35度之间,稳定运行电解功率高于600瓦。

公司在四川南充在建设生产基地,一期投资2.5亿元、年产20MW-40MW的SOFC发电系统,预计2024年4月投产。

07

浙江氢邦科技

浙江氢邦(H2-Bank)科技有限公司,2019年由中国科学院宁波材料技术与工程研究所燃料电池研究团队孵化成立;天使轮融资数千万元,由上市公司东睦新材料科技有限公司和北京中科创星硬科技投资有限公司投资。

公司专注于氢能与燃料电池核心技术SOFC电堆研发与工程化制造。2021年,H2-Bank入选第一批宁波市科技型中小企业、第五批国家科技型中小企业。2022年,荣获第11届中国创新创业大赛优秀企业奖,获批高新技术企业。

浙江氢邦建成了MW级电池与电堆制造试验线,成功研发了5kW级电解堆,在央企开展了若干示范,实现了出口销售。正在开发20kW级SOEC电解水制氢系统。

2023年5月氢邦科技与宁波材料技术与工程研究所联合研制的5kW固体氧化物电池CO₂电解合成燃料综合系统成功交付。

08

派瑞氢能

中船(邯郸)派瑞氢能科技有限公司是中国船舶集团718研究所全资子公司,位于河北邯郸。主要从事高能化学、制氢及氢能源的开发利用。

作为国内氢能领域的领军企业,718所(派瑞氢能)拥有完备的电解水制氢、甲醇制氢、富氢尾气提氢、燃料电池汽车车载氢系统、加氢站等产品和服务体系。公司主要从事 PEM 制氢装置,制氢设备是718所支柱产业之一,现已形成 KZDQ、XCDQ 等八大系列,20 多种规格、产气量 0.5Nm³/h~1500Nm³/h 的系列水电解制氢装置。

2021年,中国船舶集团718研究所牵头申报的国家重点专项项目“基于高温电解水制氢联合生物气高效制甲烷的大型储能关键技术研究”获批立项。

海外企业梳理

01

美国Bloom Energy

2023年5月,电解槽制造商 Bloom Energy 在加利福尼亚州的 Nasa Ames 研究中心启动了迄今为止最大的固体氧化物电解槽 (SOEC)。4MW 系统每天能够产生 2.4吨的氢气,每 MW(兆瓦) 的氢气比同等的商用低温电解槽多 20-25%。

Bloom Energy之前曾在美国能源部爱达荷国家实验室测试过一个 100kW 的 SOEC,在那里它模拟了核电条件,并展示了使用每公斤氢 37.7kWh 的生产。该试点生产氢气的效率比低温电解槽高 25% 以上。

Bloom Energy最初是在 2000 年代从美国国家航空航天局的一个测试项目中分离出来的,目的是开发一种可以从火星上的太阳能中产生氧气和燃料的系统,该系统也可以用作燃料电池。该公司已部署超过 1GW(吉瓦) 的燃料电池,并在加利福尼亚州和特拉华州的工厂拥有超过 2GW 的制造能力。

2018年,Bloon Energy登陆纳斯达克上市,目前总市值约30亿美元,2022年收入约12亿美元。

02

德国Sunfire

德国Sunfire是一家专注于碱性电解槽(AEC)和固体氧化物电解槽(SOEC)技术的公司,能够帮助化工、燃料和钢铁等传统能源密集型行业进行转型。Sunfire在德国和瑞士拥有500多名员工。

Sunfire 已在芬兰公司 Neste 位于鹿特丹的炼油厂安装了一台大型 SOEC,包括 12 个电解槽单元,总容量为 2.6MW。它是 Multiplhy 项目的一部分。Multiplhy 项目已获得欧盟清洁氢伙伴关系的资助。

“我们很自豪能够很快在工业炼油厂环境中展示我们的多兆瓦电解槽。像 Multiplhy 这样的开创性氢项目正在为确保欧洲在清洁技术领域的全球领导地位奠定基础。” Sunfire 首席执行官 Nils Aldag 说。

2022年该公司完成D2轮融资,融资金额8,600万欧元,投资机构包括哥本哈根基础设施合作伙伴 (CIP) 、Blue Earth Capital 以及老股东 Carbon Direct Capital Management。2021年完成1.09亿欧元的D轮融资,Lightrock 和 Planet First Partners领投,Carbon Direct Capital Management、HydrogenOne Capital等跟投。2020年,Sunfire 收购了IHT,一家拥有70年制造和运营碱性电解槽经验的公司。

Sunfire公司成立于2010年,2011年Sunfire 收购了一家高温固体氧化物燃料电池 (SOFC) 公司,作为后续电解槽开发的核心。2014年,Sunfire 开始验证其为波音公司提供的首个SOEC电解槽。2016年,Sunfire 开始在 FCH-JU 资助的钢铁项目 GrInHy 中与 Salzgitter Flachstahl GmbH 以及德国政府资助的哥白尼计划“Power-to-X”的第一阶段验证下一代电解槽。

03

美国FuelCell Energy

美国FuelCell Energy,NASDAQ上市公司。2019年开始布局固体氧化物燃料电池(SOFC)产品。

2023年2月,FuelCell Energy 和马来西亚海洋与重型工程控股有限公司 (MHB) 的全资子公司马来西亚海洋与重型工程公司 (MMHE) 已签署谅解备忘录 (MoU),合作开发大规模亚洲、新西兰和澳大利亚的电解槽设施。

04

丹麦Topsoe

2023年5月,丹麦催化和工艺技术专家托普索公司(Topsoe)正在丹麦海宁建设世界上最大的电解槽工厂(SOEC),新工厂将于2024年投入运营,年产能为500兆瓦,可扩展性高达5吉瓦。

Topsoe是全球化工和炼油行业高性能催化剂和专有技术的领导者。2021年Topsoe的营收达到62.25亿丹麦克朗。托普索与能源转型相关的营业收入占比逐年递增:2019年2%,2020年6%,2021年16%。

2022年9月,Topsoe和总部位于纽约市的绿色氨先行者First Ammonia公司签订高达5吉瓦的固体氧化物电解槽(SOEC)的产能预留协议,首期购买500兆瓦的SOEC装置。这些装置将用于德国北部和美国西南部的绿色氨生产,并将于2025 年投入运营。

05

英国Ceres Power

Ceres Power是一家于英国伦敦证券交易所AIM上市的公司,是燃料电池和电化学技术领域的专家,以其先进的固体氧化物燃料电池(SOFC)技术而获得市场认可。2018年5月,潍柴动力通过认购其部分发行股份的方式,投资4000余万英镑,持有Ceres Power 20%股权。

2022年6月, Ceres Power 宣布已和壳牌公司签署协议,将于 2023 年交付兆瓦级固体氧化物电解槽 ( solid oxide electrolyser,SOEC ) 演示装置,这台装置将落地印度班加罗尔的技术研发中心。Ceres 承诺斥资 1 亿美元研发 SOEC 技术。预计到 2025 年,该技术可将制氢成本缩减至 1.5 美元每公斤。

2023年2月,Ceres与林德工程和博世签署合同,开始合作验证其 SOEC 技术的性能、成本和操作功能。该合作计划准备为期两年的 1 兆瓦 SOEC 系统演示,从 2024 年开始,演示地点将位于德国斯图加特的博世工厂。

06

日本DENSO

日本DENSO(电装)株式会社,全球第二大汽车零部件公司,正致力于开发新一代水电解系统SOEC电解槽,该项目由环境中和系统开发部的Naohiro Hayashi负责主持。

在Green Factory EXPO(2023年1月25-27日,东京国际展示场),DENSO首次公开了其正在开发的SOEC(固体氧化物电解槽)技术的详细信息。

责编:张欣雨
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