绿氢成本瓶颈凸显,SOEC有望成为破解之匙
来源:势银能链 2023-04-04
绿色可再生氢气凭借其零排放的特质,将成为未来构筑低碳社会的重要载体。和使用煤或天然气等化石原料生产的灰氢相比,绿氢的生产过程是零碳的。2022年3月国家发改委发布的《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》明确提出,2025年可再生能源制氢量达到10-20万吨/年。
伴随着众多可再生能源电解水制氢项目规划与落地,势银(TrendBank)预测,2025年绿色可再生氢气的需求量将达到约120万吨,2023-2025年的电解水制氢设备累计出货量预计达到约15GW。目前,制约绿氢产业发展的最大因素主要还是在于成本,而SOEC有望成为破解绿氢成本之困的答案。
1 更高效率 ,SOEC是降LCOH成本最佳方式
根据工作原理和电解质的不同,电解水制氢技术可分为4种,分别为碱性电解水制氢(AWE)、质子交换膜电解水制氢(PEM)、固体氧化物电解水制氢(SOEC)和固体聚合物阴离子交换膜电解水(AEM)。其中,SOEC正被越来越多的企业/院校所关注。
上海翌晶氢能科技有限公司总经理刘青介绍,电解水制氢的成本主要由电力成本、电解槽成本及运行和维护成本三个关键因素驱动,其中电力成本约占整体成本的80%-95%。而SOEC技术之所以被看好,恰因为其更低的单位制氢成本。
未来电解水制氢在电力成本上将主要体现在两方面,即更低的用电费用和更少的耗电。在用电费用方面,随着可再生能源装机量的大幅提升,可再生能源发电的度电成本将大幅度降低,因此更低的用电费用是一大趋势。
在更少的耗电方面,SOEC技术表现突出。据了解,在高温下,总电力需求下降明显,而热需求上升。在与钢铁冶金、化工、核电等低品位余热相结合的情况下,SOEC技术的电耗水平相较于AWE和PEM可节约用电30%以上。即使考虑全部采用电加热及电解的模式下,SOEC系统的电解效率仍然超过84%,单位系统能耗低于4kWh/Nm³,远远低于传统碱性和PEM电解槽5kWh/Nm³的系统能耗。
(SOEC电解系统六大优势,图片来源:翌晶氢能)
同时,SOEC系统原材料无贵金属,电流密度大、模块化设计,可批量化生产,这些决定了SOEC系统拥有巨大的成本下降空间,未来成本可以实现低于碱性和PEM制氢。
从运维层面看,SOEC拥有两方面独特优势——其一,SOEC系统采用模块化设计,在组装时只需连接上系统预留的接口即可,安装简单,且可根据需求灵活调整产氢规模;其二,SOEC系统可逆运行,不仅可用于制氢也可用于发电,可大幅提升系统使用效率。
SOEC技术的高效率、有效利用废热、设备降价空间大、运维成本低四大优势明显,行业人士将其评价为降低LCOH成本最佳解决方案。
翌晶氢能表示,SOEC在降低LCOH方面具备较大优势,与传统电解技术相比,SOEC电解技术具有接近100%的电解效率,同样输入的电力可多生产30%以上的清洁氢气,节约电费超过30%,降低LCOH成本24%。就整个电解水制氢行业来说,降本是必然的趋势,预计到2030年,绿氢LCOH将下降约60%,在合适的SOEC应用场景下,LCOH将实现额外的约20%以上的下降。
2 问题待解,但SOEC前景看好
当然,SOEC技术在被看好的同时,亦有质疑,例如——
一是SOEC技术虽然本身有独特领先优势,不过目前还处于实验室状态,离商业化应用还有一段距离;
二是电解槽层面,SOEC技术设计开发成本目前相对较高;
三是目前国内电堆及系统零部件供应链不完备,大多数部件都需要SOEC企业向外定制,导致成本居高不下;
四是产业化进程缓慢,企业不敢投入,缺少大型示范项目;
对此,翌晶氢能研发总监李双滨博士表示,SOEC现今已经不是完全处于实验室状态,而是已经可以实现商业化。国外已经有多家企业实现了SOEC技术的量产,比如美国的Bloom Energy公司、丹麦Topsoe、德国Sunfire等公司。翌晶氢能目前已经具备从材料、电池到电堆到系统三位一体的研发和生产能力,并可以对外提供商业化的SOEC系统。
(SOC Stack E1000/3000/SE12,图片来源:翌晶氢能)
对于SOEC技术投资成本高的问题,刘青强调:“翌晶氢能已经实现商业化SOEC电堆电解槽的量产,且系统成本已经可以达到1万元/kW,虽然目前系统成本仍然要比传统的碱性电解槽价格高出5-10倍,但是在终端单位制氢成本上仍然能体现出优越的经济性,尤其是高电价地区。之所以目前市场未向SOEC技术路线转变,一是因为市场对SOEC技术还没有足够的信心;二是目前市场上大多数绿氢项目的实际开工率比较低,项目投资方更关注初始投资成本,而非终端氢气的单位生产成本。未来,随着整个绿氢行业的发展,大家对LCOH的关注度越来越高,市场一定是向SOEC技术路线转变。”
关于产业链的不完善以及产业化进程缓慢等问题,伴随着国家及地方政府有关氢能产业政策的相继落地,其必将促进我国氢能产业的快速发展,给予多方面信心,而产业链也将更为完善——
一方面,2022年3月,国家发改委、国家能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》,明确提出,合理布局制氢设施,推进固体氧化物电解池制氢、光解水制氢、海水制氢、核能高温制氢等技术研发;
另一方面,2022年5月,科技部“氢能技术”重点专项2022年度项目申报指南提出,固体氧化物电解水蒸汽制氢系统与电解堆技术(共性关键技术类)是支持项目之一;
此外,全国包括北京、上海、广东、河北、河南、四川、江苏、山东、福建等多个省份也相继出台氢能产业相关政策。国家政策与地方政策双重促进下,无疑会给整个行业更多信心,进而促进行业快速发展。
在这一方面,证券公司同样看好2023年我国氢能的发展和相关环节国产化的突破。中信证券认为,2023年或是氢能产业化的关键之年,在政策有效落地、产业链降本以及需求进一步释放的背景下,看好氢能产业的高速发展,氢能交通领域的应用边界有望不断拓展,绿氢项目及产业链“出海”有望初具规模,预计关键材料的国产化和降本也会有新的突破。
现阶段,SOEC已从“实验室”阶段逐步走向规模化发展,降本路径清晰,是未来单位制氢成本最低的技术解决方案。在国家相关政策的加持下,未来SOEC将成为绿氢成本难题的“破解之匙”。