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各类电解槽制氢成本

摘要：氢能已成为未来能源发展的重要方向之一，被视为是实

碳达峰、碳中和的必由之路。目前氢气的主要来源以天然气和煤等化

石燃料为主，生产过程仍要排放大量二氧化碳。电解水所产氢气被视

为“绿氢，被认为是氢气生产的最终方向，但目前“绿氢成本远

远高于化石燃料制氢。通过分析碱性电解槽(AWE)和质子交换膜电

解槽(PEM)两种主流电解技术的制氢成本，发氢气成本主要由设

备折旧和电力成本两部分组成。由此降本措施主要是降低这两部分的

成本，包括降低电价以降低电力成本，增加电解槽工作时间生产更多

氢气以摊薄折旧和其他固定成本，以及通过技术进步和规模化生产降

低电解槽尤其是PEM电解槽的设备成本等。

近年来，随着温室气体排放的加剧，全球气温持续变暖，气候问题日

益突出。为应对这一挑战，全球主要国家于2016年签订了《巴黎气

候协定》，形成了气候共识，并纷纷制定了二氧化碳减排计划，我国

于2020年宣布了自己的双碳目标”，即2030年碳达峰，2060年

碳中和。为了实这一政策目标，使用低碳清洁的可再生能源替代目

前高碳的煤、石油等化石能源变得越来越紧迫。在此次能源变革中，

氢能因为其清洁无污染、单位质量能量密度高、可存储、可再生、来

源广泛等优势，成为各国竞相开发新能源的技术首选，甚至被称为

21世纪的“终极能源”[1]o氢气目前主要作为工业生产的基础原料，

广泛应用于各种化工行业，包括炼油、合成氨、合成甲醇等。由于近

年来燃料电池技术的逐步成熟和燃料电池汽车的商业化推广，氢气作

为动力燃料的潜力日益受到各界重视，预计在2050年，其占到我国

能源消费比例将达到10%[2],有望逐步取代传统汽柴油，彻底改变

人类的动力能源，促成第三次能源革命。

目前氢气的生产主要来自于天然气制氢或者煤制氢，生产过程中会有

二氧化碳产生，属于“灰氢”，而目前业界公认的发展方向是“绿氢”，

即氢气生产过程中没有二氧化碳产生。当下绿氢主要的生产方式是电

解水，通过电能提供能量，将水分子在电极上分解为氢气和氧气。电

解水的主要生产设备是电解槽，按照电解质不同，可将电解槽分为3

类，即碱性电解槽（AWE）、质子交换膜电解槽（PEM）、固体氧化物

电解槽（S0EC）,主要特点对比见表1[3]。

a1主流电解水技术对比

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膜庞｝H.投责高实验室研发阶段.而未产业化

目前碱性电解槽和质子交换膜电解槽已经工业化，而固体氧化物电解

槽尚处于实验室阶段，还未商业化，所以无法对其制氢成本进行分析,

下面主要对前两种电解槽的制氢成本进行量化分析。

1、碱性电解槽

碱性电解水制氢技术目前发展的最为成熟，具有槽体结构简单、

安全可靠、运行寿命长、操作简便、售价低廉等优点，是市场上主要

的电解制氢方式，广泛应用于冶金、医药、储能、食品等行业。碱性

电解槽由电极、电解液、隔膜组成，电解槽内装填电解质溶液，通过

隔膜将槽体分为阴、阳两室，各