“感觉电解槽发展到了瓶颈期。”
近日，在参加几个行业会议后，中国电力华北设计院高级工程师田江南有感而发。
碳索氢能网认为，时至今日，电解水制氢的产品逻辑正在发生改变，这并不是瓶颈期，而是行业即将来一次“质变”的前奏。在这次“质变”中，有的企业经营会越来越好，有的企业会被迫出局。
几年前，国家下决心要做一批大型风光发电制氢示范项目，怎么做，当时谁也没有底！在国家“先立后破”的号召和市场的推动下，纷纷入局电解槽的企业，“照葫芦画瓢”的借鉴了当时也没十足把握的“老三家”产品思路。
时过境迁，国内首批示范项目陆续投产，各参与单位在这些项目的建设过程中，拿到了第一手项目数据，给未来的项目建设积攒了经验。虽然目前还有一些数据并没有完全公开，没有真正的解密，但大型风光制氢项目的样子，国内总算是“摸了个大概”。
现在，有了项目应用的加持后，再来审视现有的电解槽产品，许多问题就很容易浮出水面。比如，哪些设计多余，哪些材料可靠性不足等，该推翻的推翻，该坚守的坚守。
其实，这几年来，国内电解槽企业一直没有停止优化和升级产品，在产品的研发思路上，甚至像是大家“约好的”一样。至此，碳索氢能网通过梳理发现，目前国内电解槽大致正在向三种产品逻辑发生改变。
单一制氢技术路线，不够用了
两年前，国内电解槽企业多以布局碱性或PEM一种技术路线的产品为主。
从去年以来，头部电解槽企业开始扎堆推出多种技术路线产品，具体表现在：曾经主营碱性电解槽的企业向PEM、AEM产品拓展，如明阳氢能、三一氢能、天合元氢推出PEM电解槽，大陆制氢推出AEM电解槽；曾经主营PEM电解槽的企业向AEM产品拓展，如氢辉能源、氢羿能源推出AEM电解槽等。
图：氢羿能源发布PEM、AEM电解槽新品
目前，国内绝大多数的电解水制氢项目主要配置的是碱性电解槽，占比超90%。国内拥有碱性电解槽完全的自主知识产权，国产率100%，性能和价格全球领先。可以说，这是中国发展绿氢产业的底气。
PEM制氢技术被认为是最能适应风光波动电源的制氢技术，国内布局这类产品的企业不低于50家，目前国内有近20个兆瓦级PEM制氢项目，没有持续更大规模的应用，主要原因是成本高。
被称为兼具碱性、PEM两种制氢技术性能的AEM制氢产品在今年迎来一波爆发，今年3月份的北京氢能展，几乎成了AEM电解槽的“聚会”，同时国内首开兆瓦级AEM制氢项目。然而，AEM制氢技术的短板是阴离子膜使用寿命不足，需要进一步突破。
无论哪种单种技术路线，都面临在光伏、风电等波动电源制氢的复杂工况下，对电解槽性能和寿命的影响机理，形成更优的经济性设计和优化技术的问题。单种技术路线往往只能在某个或某几个环节表现较好，难以兼顾整个系统的优化，尤其是在应对可再生能源的波动性输入时，系统的控制和优化难度更大。
因此，电解水制氢项目的关键在制氢系统。制氢系统涉及能源转换、电解水制氢、氢气提纯、储存等多个环节，需要高效集成和协同运行。于是，我们看到，为提高制氢效率，国内大型可再生能源制氢项目逐渐采用多种制氢技术组合的制氢系统，例如碱性+PEM、碱性+AEM等。单一制氢技术路线，明显不够用了。
从追求单槽制氢规模到“多槽并联”
提高电解槽单槽的制氢规模，是企业不懈的的追求。因为要把绿氢的价格打下来，唯有绿氢项目足够多，制氢设备足够大。所以，研发“大标方”电解槽是大势所趋。
以圆形带压碱性电解槽为例，在过去一段时间，发展呈现单槽“大型化” 趋势。2022 年，国内下线了首台单槽2000Nm³/h的碱性电解槽；2023 年，下线了首台单槽3000Nm³/h的碱性电解槽。2024年，下线了首台单槽5000Nm³/h的碱性电解槽。
值得注意的是，自2024年双良发布单槽5000Nm³/h碱性电解槽后，截至目前，附和者寡，没有哪家企业再推出比5000Nm³/h更大的电解槽。相反，在2024年发布2000Nm³/h碱性电解槽的企业甚多。除碱性电解槽外，PEM电解槽从200Nm³/h逐渐发展到600Nm³/h，AEM电解槽也从千瓦级发展到兆瓦级。
然而，受膜电极等制氢材料所限，国内电解槽的制氢规模已经达到了阶段性的极限，再想做出更大的单体电解槽，恐怕还需要等一等材料和设计层面有更大的突破。
为满足国内大规模制氢项目的需求，国内电解槽企业创造性的设计出了“多槽并联”的制氢技术。中船派瑞、隆基氢能等推出的“四对一”4000Nm³/h碱性制氢系统，国氢科技长春绿动推出8台500Nm³/h 并联的4000Nm³/h PEM制氢制氢系统，卧龙英耐德推出100台5Nm³/h并联的500Nm³/h AEM制氢系统。
图：卧龙英耐德500 Nm³/h AEM制氢系统
事实证明，多槽并联既可将多个电解槽的产氢量叠加，满足大规模制氢需求；还可根据实际需求灵活调整运行的电解槽数量和负荷，适应不同用氢场景。针对不稳定的风电、光伏等可再生能源，多槽并联系统还可通过中央控制系统，根据输入功率实时调节每个电解槽的运行功率，更好地匹配波动电源，实现波动功率消纳。
同时，多槽并联便于维护与降低成本。在多槽并联结构中，单槽体积小，加工制造方便；系统运维时，拆卸简单，若某个单体电解槽失效，可关闭相应的碱液循环单元和电源，不影响其他单体电解槽正常工作，经济性较好。
从“卷价格”到“卷全生命周期成本”
前两年，在国内制氢项目还不够多的时候，电解槽的企业却暴增至300家以上，正所谓“狼多少肉”。一些电解槽企业为获取订单，纷纷将价格作为竞争手段，主要以优化制造工艺、规模化生产及降低零部件成本等方式，努力降低电解槽价格。
例如，2024 年碱性电解槽招标多次出现 “低价标”，单套 1000Nm³/h 碱性电解槽中标金额曾低至 350 万元以下。但一味 “卷价格” 存在诸多弊端，可能导致产品质量下降，出现 “劣币驱逐良币” 现象，不利于产业的良性发展。
随着行业发展，动辄上百亿的制氢项目增多，项目业主对电解槽的要求不再局限于价格，而是更关注其在整个使用周期内的综合成本。
电解槽作为投资较高的装备，应用于化工等长周期运行领域，其寿命、衰减率等因素对成本影响显著。以PEM电解槽，现阶段绿氢项目对其折旧计算年限一般超过10年或更长，实际大检间隔一般要求3到5年，若衰减率高、寿命短，将导致后期运维和更换成本增加，总体成本反而更高。
关注全生命周期成本，企业会更注重提升电解槽核心零部件性能，如通过改进极板结构、优化电极材料与制备工艺、提升隔膜性能等，来提高制氢效率、延长使用寿命、降低制氢电耗，虽然可能短期内会增加产品价格，但从长期看，可降低总体成本，实现产业的自造血，有利于企业在市场中形成长期竞争力，也有助于整个制氢产业的可持续发展。
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