近日，申能集團旗下上海氫晨新能源科技有限公司（簡稱“氫晨科技”）的全資子公司上海氫盛創(chuàng)合能源科技有限公司（簡稱“氫盛能源”）發(fā)布自主研發(fā)的兆瓦級大功率質(zhì)子交換膜（PEM）電解槽，單槽額定制氫量250標方/時，可在5%-150%的寬功率輸入范圍內(nèi)穩(wěn)定運行，實現(xiàn)了電解槽產(chǎn)品性能和經(jīng)濟性的大幅提升。兆瓦級PEM電解槽有望解決制氫、儲氫環(huán)節(jié)的一系列技術(shù)難題，助力實現(xiàn)“雙碳”目標。
自主技術(shù)革新，加速氫能商業(yè)化
實現(xiàn)碳達峰、碳中和是一場廣泛而深刻的能源系統(tǒng)變革，氫氣既是重要的工業(yè)原料，又是可大規(guī)模、跨季節(jié)儲能的介質(zhì)，有望成為新型能源體系的重要載體。國家發(fā)改委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021-2035年）》明確指出，氫能是未來國家能源體系的重要組成部分，要充分發(fā)揮氫能作為可再生能源規(guī)模化高效利用的重要載體作用及其大規(guī)模、長周期儲能優(yōu)勢，促進異質(zhì)能源跨地域和跨季節(jié)優(yōu)化配置，推動氫能、電能和熱能系統(tǒng)融合，促進形成多元互補融合的現(xiàn)代能源供應(yīng)體系。
據(jù)介紹，目前國內(nèi)普遍采用堿性電解制氫技術(shù)，因啟停時間長、動態(tài)響應(yīng)慢，難以適應(yīng)具有快速波動特性的可再生能源市場需求。而PEM電解裝置具有更寬廣的工作范圍和更短的響應(yīng)時間，但因技術(shù)、設(shè)計和制造等環(huán)節(jié)技術(shù)不成熟，國內(nèi)PEM電解槽總體還處于小規(guī)模示范應(yīng)用階段，導(dǎo)致單槽功率小、購置成本和運行電耗較高。
為破解PEM電解槽“做不大、買不起和用不起”的難題，氫盛能源組建了從材料研發(fā)、流場設(shè)計、制備工藝與裝備開發(fā)的研發(fā)團隊，基于在燃料電池行業(yè)的長期技術(shù)積累，持續(xù)投入近億元研發(fā)資金，開發(fā)了高性能催化劑技術(shù)、大面積膜電極涂布技術(shù)、高精度流場板制造技術(shù)和高一致電解槽疊裝技術(shù)，變革了現(xiàn)有電解槽的材料、結(jié)構(gòu)和工藝體系，解決了產(chǎn)品性能和可靠性問題。
圖為氫盛能源自主研發(fā)的兆瓦級PEM電解槽
氫盛能源總經(jīng)理郭維平表示，250標方/時的PEM電解槽平臺化產(chǎn)品，能直接制取3.5MPa的高壓氫氣，可耐受5000次壓力循環(huán)，峰值電流密度可達30000A/m2，不僅可實現(xiàn)分鐘級啟停和秒級動態(tài)響應(yīng)，而且可在5%-150%的功率范圍內(nèi)可靠運行，高度適配風光發(fā)電的波動性。該產(chǎn)品通過了數(shù)十項試驗驗證，初始氫中氧濃度僅為0.1%，遠低于運行業(yè)標準2%，電解槽標配小室電壓監(jiān)測模塊，實現(xiàn)在線監(jiān)測，保障電解槽壽命和系統(tǒng)安全。
技術(shù)自主可控，應(yīng)用領(lǐng)域廣闊
氫盛能源團隊通過高集成度設(shè)計，減少零部件數(shù)量和組裝難度，電解槽一級零部件國產(chǎn)化率達到100%，材料和部件國產(chǎn)化率總體超過90%，在提高單槽功率、產(chǎn)氫壓力和減少能耗的基礎(chǔ)上，進一步降低了產(chǎn)品成本。
由于具有高集成設(shè)計和國產(chǎn)化的優(yōu)勢，氫盛能源兆瓦級PEM電解槽的購置成本實現(xiàn)大幅下降，由此前堿性電解槽的4倍降至2倍左右。結(jié)合PEM電解槽低電耗和高殘值的特性，250標方/時的PEM電解槽解決了產(chǎn)品先進性與全生命周期成本問題，滿足大規(guī)模商業(yè)化的條件。未來，除用于制氫外，還將廣泛應(yīng)用在能源化工業(yè)波動余電、新能源離網(wǎng)及海上風電制氫等領(lǐng)域。
據(jù)悉，氫晨科技是在申能集團、臨港集團、中國（上海）自由貿(mào)易試驗區(qū)臨港新片區(qū)管委會和上海交通大學(xué)等共同孵化和投資的高科技企業(yè)。今年6月，臨港新片區(qū)相關(guān)負責人表示，未來三年，臨港新片區(qū)將以構(gòu)建世界級制造業(yè)集群為目標，加快形成新型儲能、高端裝備等一批千億級產(chǎn)業(yè)集群，持續(xù)每年固定資產(chǎn)投資400億元以上。
近年來，申能集團持續(xù)推動“三縱三橫”氫能戰(zhàn)略縱深發(fā)展，構(gòu)建申能特色氫能全產(chǎn)業(yè)鏈，推動核心產(chǎn)品在氫能應(yīng)用場景示范項目落地。申能集團通過不斷打通氫能發(fā)展“制—儲—運—加—用”等關(guān)鍵環(huán)節(jié)堵點，持續(xù)推動行業(yè)加快由導(dǎo)入期向產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，為早日實現(xiàn)“雙碳”目標做出申能貢獻。
