能源界網(wǎng)訊：1月11日，隆基氫能總裁馬軍接受了記者采訪。馬軍客觀分析了目前堿性電解槽技術(shù)成熟度，發(fā)展方向，發(fā)展空間。同時，闡述了隆基氫能電解槽產(chǎn)品如何迭代。以制造端視角，對綠氫行業(yè)未來所需創(chuàng)新和突破提出預(yù)設(shè)，并針對構(gòu)建健康可持續(xù)的產(chǎn)業(yè)環(huán)境，提出建議和期望。
圖為隆基氫能總裁馬軍
Q：馬總您好，可否簡要介紹下您的氫能從業(yè)經(jīng)歷？
A：我93年左右進入氫能行業(yè)工作，期間在蘇州競立擔(dān)任過技術(shù)員，也分管過生產(chǎn)、銷售、交付，直到公司總經(jīng)理。2022年，作為總裁加入隆基氫能。
Q：93年到現(xiàn)在，整整30多年，相信您也見證了國內(nèi)電解槽的發(fā)展歷程，能分享下您再次過程中印象深刻的一些里程碑或者故事嗎？
A：總體來說，我從業(yè)期間，最大的感受是中國氫能設(shè)備在全球范圍內(nèi)一直保持先進性和領(lǐng)先性，應(yīng)用于火電、半導(dǎo)體、有色金屬、玻璃等近高端工業(yè)領(lǐng)域，這其中主要原因是國內(nèi)市場需求和應(yīng)用促進設(shè)備研發(fā)，創(chuàng)造實踐機會，再反推技術(shù)制造進步。
我認為過程中有5個關(guān)鍵節(jié)點。
90年代中期——中美技術(shù)合作
1995年左右，中方憑借全球范圍內(nèi)的大型化電解槽的研發(fā)制造優(yōu)勢，與美國Teledyne開展雙邊技術(shù)合作。彼時，Teledyne僅有42Nm³/h的堿性電解槽，而中國電解槽規(guī)格，在市場應(yīng)用場景需求推動下，已達150Nm³/h, 甚至到96年，200Nm³/h的電解槽也已處于生產(chǎn)建造中。融合美方先進自動控制技術(shù)和理念，雙方合作推出規(guī)格為130Nm³/h的大型電解槽產(chǎn)品HP130。此次合作的成功，不僅驗證了中國大型電解槽獲得全球市場認可，也使中國制氫設(shè)備自動化水平和研制理念更上一層樓。
00年代初——工業(yè)裝備應(yīng)用
2002年前后，四川新光硅業(yè)籌建使用中國第一條民用工業(yè)多晶硅生產(chǎn)線。最初設(shè)計方案擬采用來自海外的幾十臺約30Nm³/h電解槽和生產(chǎn)線技術(shù)工藝包。當(dāng)時我給業(yè)主設(shè)計院建議，改用具有成熟堿性水電解技術(shù)的中國電解槽，因為其具備全面領(lǐng)先性和大型化和自動化多重優(yōu)勢，可從CAPEX和OPEX角度大幅降低總投資。最終，該項目采用了4臺最大250Nm³/h的國產(chǎn)電解槽，以滿足1000Nm³/h的總需求，使用效果很好，且大大節(jié)省了項目投資。
自此，中國多晶硅行業(yè)基本全部采用能耗低、安全可靠的國產(chǎn)電解槽設(shè)備。此后，國內(nèi)幾乎所有的重點工程都是采用了我國自主生產(chǎn)的水電解質(zhì)氫設(shè)備。
這個過程中，光伏產(chǎn)業(yè)的成本隨著經(jīng)濟性卓越的中國電解槽應(yīng)用逐步降低。以往，我們一直強調(diào)綠電成本占綠氫制備成本7成左右，降低綠電LCOE可降低綠氫LCOH，其實，通過此案例，我們也看到制氫裝備也反向降低了光伏的成本，2者可以說是相輔相成。
00年代中后期——氫能產(chǎn)業(yè)應(yīng)用
00年代中后期，隨著氫能在全球工業(yè)領(lǐng)域興起并備受關(guān)注，其不僅作為工業(yè)裝備，更作為清潔能源本身開始擴展其應(yīng)用。2006年6月，中國第一座氫能車制氫加氫站在北京中關(guān)村建成，使用2臺150Nm³/h堿性電解槽，并在2008年為北京奧運提供服務(wù)。這是我印象中最早電解槽用于氫能行業(yè)的典型案例。為今后再建加氫站，如世博會、大運會等項目，起到一個示范作用和指導(dǎo)作用，同時助推了氫能產(chǎn)業(yè)的興起。
10年代中后期——離網(wǎng)綠電制綠氫
自2015年起，氫能產(chǎn)業(yè)從業(yè)者就堅定了為行業(yè)本身而奮斗的決心。氫能作為重要的二次能源被廣泛認知，用綠電來生產(chǎn)綠氫的電解槽裝備繼續(xù)向大型化發(fā)展。直至今日，國產(chǎn)電解槽依然稱雄世界，其規(guī)格也從250Nm³/h，擴展到500Nm³/h，2017年研制出現(xiàn)今依然占據(jù)主流地位的1000Nm³/h，而單臺1000Nm³/h作為行業(yè)首創(chuàng)，也逐步成為全球半數(shù)以上氫能項目的標(biāo)配產(chǎn)品主力主力機型，并保持了全球領(lǐng)先的經(jīng)濟性。
2018年，中國已經(jīng)是世界范圍內(nèi)較早開始研究和布局離網(wǎng)綠電制綠氫技術(shù)和場景的國家，“綠電+綠氫”模式也初見雛形。我個人也有幸在此期間，作為堿槽制造企業(yè)總經(jīng)理和課題項目負責(zé)人，參與了國家科技部重點研發(fā)計劃，也體現(xiàn)了氫能已被列入國家戰(zhàn)略層面規(guī)劃。早在2009年，我參與到國家973計劃，當(dāng)時為非并網(wǎng)也就是離網(wǎng)制氫研究提供小型電解槽設(shè)備，獲得初步科研成果。在此基礎(chǔ)上，2018年這個課題項目歸屬于大規(guī)模風(fēng)/光互補制氫關(guān)鍵技術(shù)研究及示范，主要通過離網(wǎng)運行驗證適應(yīng)大規(guī)模風(fēng)光制氫場景，聚焦寬功率波動電解水制氫關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備研制。當(dāng)時項目應(yīng)用的是1200Nm³/h，電流密度≥4000A/㎡的堿槽。
隨著中國堿性電解槽技術(shù)飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，海外企業(yè)看重氫能市場巨大潛力，紛紛入局。2019年，歐洲約翰·考克利爾集團調(diào)研了全球幾乎所有電解槽廠家，最終，在與歐美等國家的競爭下，中國企業(yè)憑借先進技術(shù)制造能力和卓越的經(jīng)濟性脫穎而出，考克利爾推出在中國的合資公司，同時，考克利爾也擁有了其歷史上在中國的第一個制氫設(shè)備工廠。
以上所說，都是中國堿性電解水制氫設(shè)備，不斷開拓，不斷研發(fā)，從大型設(shè)備的研發(fā)到適合綠電綠氫的場景能力的發(fā)展過程，同時也是代表著中國堿性水電解制氫設(shè)備是在全球領(lǐng)先的，既有領(lǐng)先的基礎(chǔ)，又能符合未來綠電綠氫場景。
20年代——安全可靠靈活
國產(chǎn)設(shè)備全球領(lǐng)先，除了上述技術(shù)基礎(chǔ)，還有一個重要原因是其安全性、可靠性和靈活性。我們工業(yè)領(lǐng)域的客戶從80年代90年前后，就開始大量的國產(chǎn)設(shè)備，那么為了適應(yīng)盡可能多的利用谷電來降低成本。幾乎所有的客戶都把運行機制設(shè)定為谷電或平電啟動，峰電停機，每日一到多次啟停，周而復(fù)始。我們的電解槽可停機保溫保壓，實現(xiàn)開機快速啟動調(diào)負荷，數(shù)分鐘內(nèi)啟動到滿負荷。電解槽研制設(shè)計之初，就已將此運行機制考慮在內(nèi)，并據(jù)此決策材料選用和結(jié)構(gòu)設(shè)計等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，充分適配和滿足場景靈活需求。
從過去的二三十年的運行狀況來看，中國堿性電解槽完全能夠適應(yīng)這種一日頻繁啟停的運行狀態(tài)。最初設(shè)定大修周期為10年，但是實際根據(jù)客戶反饋，很多項目堿槽20年無大修，一直用這種狀態(tài)運行，最長的一個27年無大修，即從1994年到2021年，這個項目最初是我本人去廣州調(diào)試的，2021年因用氫工藝改變才停止運行，否則可能還可以繼續(xù)使用。這樣遠遠超越了行業(yè)對于我國堿槽安全可靠耐用程度的預(yù)期。
Q：感謝您的分享，聽您豐富和精彩的講述，我們感受到中國堿性制氫裝備發(fā)展歷程也是中國氫能從業(yè)者奮斗的歷史，回顧30年國產(chǎn)設(shè)備的成果，這令人振奮和期冀。您作為專業(yè)資深的技術(shù)和行業(yè)專家，可否進一步地為我們闡釋下，具體在哪些方面，比如技術(shù)，工藝，材料等，有怎樣的演變，以及其背后的原因是什么，未來會有怎么樣的發(fā)展趨勢呢？
A：我認為中國堿性電解槽核心材料及技術(shù)發(fā)展歷程大概經(jīng)歷3個階段。
第一階段：引進與優(yōu)化
20世紀50年代至70年代，我國從蘇聯(lián)、日本等國引進了堿性電解槽技術(shù)，并進行了優(yōu)化，主要用于化工、冶金等行業(yè)的工業(yè)制氫。這一階段的堿性電解槽以石棉隔膜、鎳網(wǎng)電極為主，單槽產(chǎn)氫量較小，能耗較高。
第二階段：自主創(chuàng)新與突破
20世紀70年代至90年代，受冶金行業(yè)和電子行業(yè)的需求驅(qū)動，我國開始自主研發(fā)堿性電解槽技術(shù)，開發(fā)出中壓電解槽，結(jié)合優(yōu)化的墊片進一步提升電解槽安全性，同時堿性制氫行業(yè)在這個階段開發(fā)并取得了一系列重要成果，如開發(fā)出聚苯硫醚(PPS)隔膜、鎳基合金電極、雙極板結(jié)構(gòu)等，顯著提高了堿性電解槽的產(chǎn)氫量、效率和穩(wěn)定性。這一階段的堿性電解槽以拉桿式圓柱形結(jié)構(gòu)為主，單槽產(chǎn)氫量達到200 Nm³/h以上，直流電耗降低到4.8 kWh/Nm³以下。
第三階段：規(guī)模化與產(chǎn)業(yè)化
21世紀初至今，我國在堿性電解槽技術(shù)上繼續(xù)深入研究和創(chuàng)新，并加快了規(guī)模化生產(chǎn)和應(yīng)用的步伐，主要用于可再生能源電解水制氫項目。這一階段的由氯堿工業(yè)而來的新的方形疊片式結(jié)構(gòu)堿性電解槽開始出現(xiàn)，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的電解槽也被不斷做大，單槽產(chǎn)氫量達到2000 Nm³/h以上，直流電耗降低到4.2 kWh/Nm³以下，設(shè)備設(shè)計壽命20年以上。
堿性電解槽技術(shù)的不斷提升及其發(fā)展歷程與隔膜技術(shù)的進步密切相關(guān)。從早期的石棉隔膜到PPS隔膜到現(xiàn)代的復(fù)合隔膜，堿性電解水隔膜經(jīng)歷了不斷的改進與創(chuàng)新。石棉隔膜，以其穩(wěn)定的性能和低成本在早期得到了廣泛應(yīng)用。隨著生產(chǎn)技術(shù)的提高和對環(huán)境保護的日益重視，石棉隔膜溶脹嚴重以及對人體傷害較大的缺點逐漸暴露出來。我國在2016年左右開始大量使用PPS隔膜替代石棉隔膜，因PPS隔膜能夠提供一定的物理支撐作用，同時PPS隔膜具有耐熱性能優(yōu)異、機械強度高、電性能優(yōu)良的特點，成為堿性電解水制氫設(shè)備隔膜的主流選擇。現(xiàn)如今結(jié)合了多種材料優(yōu)點的復(fù)合隔膜逐漸在行業(yè)中興起，進一步提高了隔膜的性能，復(fù)合隔膜不僅保持了PPS隔膜優(yōu)良性能，還提高氣體分離效率和機械性能、降低電阻。隔膜作為決定電解槽性能的最核心零部件之一，在綠氫項目中堿性電解槽使用復(fù)合隔膜，可有效實現(xiàn)降低能耗并保證運行安全。
堿性電解槽單位能耗的進一步降低與電極技術(shù)的進步密切相關(guān)。在堿性電解槽探索階段，設(shè)備主要使用鎳、鐵等金屬電極。此類電極具有較高的電導(dǎo)率和穩(wěn)定性，但電流效率較低，產(chǎn)物純度也不夠高。隨著技術(shù)進步，業(yè)界通過調(diào)節(jié)金屬電極形狀、尺寸、結(jié)構(gòu)的方式對其進行優(yōu)化。本階段衍生出通過噴涂法制備的多孔電極，該方法最為經(jīng)典，且沿用至今。現(xiàn)階段，研究人員結(jié)合納米技術(shù)、復(fù)合材料等手段進行電極開發(fā)，例如通過材料設(shè)計使各組分性能互補的復(fù)合電極、通過合金化提升材料固有活性的合金電極等。這些創(chuàng)新為制氫技術(shù)的發(fā)展注入了新的活力，推動了整個行業(yè)的進步和發(fā)展。
壽命方面，以隆基氫能為例，采用先進模塊化設(shè)計、優(yōu)化電解液流場，先進的電極材料和優(yōu)良的隔膜材料及科學(xué)先進的裝配工藝保證堿性電解槽安全運行25年以上。中國電解槽設(shè)計本質(zhì)安全、運行安全可靠、材料性能優(yōu)越，裝配技術(shù)可靠。
另外，我前面也講到，中國電解槽能充分適配可再生能源波動，采用最靈活和經(jīng)濟的運行策略。綠電制氫面臨的最大難點是電力波動范圍大、波動頻率高且隨機性強。如何實現(xiàn)能量的智能控制和調(diào)度，是綠電制氫項目的技術(shù)核心。隆基氫能電解制氫系統(tǒng)氫氧純度、液位、壓力、溫度、流量等工藝參數(shù)均設(shè)置嚴格的報警、聯(lián)鎖值，有效防止安全事故的發(fā)生，實現(xiàn)一鍵啟停，對風(fēng)光可再生能源電力波動的瞬時響應(yīng)速度可達2%/s。隆基氫能自主研發(fā)的EMS智慧能量管理系統(tǒng)，可以充分適應(yīng)電力的波動性，動態(tài)調(diào)整分組響應(yīng)的輪值策略仿真模擬，對比不同系統(tǒng)運行策略。最終得出基于穩(wěn)定性、可靠性、經(jīng)濟性、連續(xù)性，同時充分考慮能效和壽命情況的解決方案。通過源測監(jiān)測、優(yōu)化調(diào)度、負荷調(diào)節(jié)達到能源系統(tǒng)的高效利用，對大部分應(yīng)用場景下出于整體經(jīng)濟性最優(yōu)原則的最佳運行范圍，構(gòu)建安全可靠、平穩(wěn)運行的能量調(diào)度控制系統(tǒng)。
目前，我國已經(jīng)掌握了堿性電解槽的核心技術(shù)，并有多家企業(yè)實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，在國內(nèi)外市場上占有較大的份額，本質(zhì)安全可靠，運行安全可靠、技術(shù)領(lǐng)先。隨著市場需求的增加和技術(shù)的進步，堿性電解槽正處于快速發(fā)展的階段。不斷改進和創(chuàng)新的技術(shù)將推動堿性電解槽的性能和效率提升，為清潔能源和化工工業(yè)帶來更多的機會和應(yīng)用。通過加強產(chǎn)學(xué)研合作，我們有理由相信我國的堿性電解槽在未來會發(fā)揮更重要的作用，為可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻。
Q：您的回答非常詳實。大家都知道隆基是光伏龍頭企業(yè)，近年來，也一直致力于“綠電+綠氫”的解決方案，那就隆基本身而言，電解槽設(shè)備是如何更新迭代的呢？
A：目前，隆基氫能產(chǎn)品包含中石化應(yīng)用的Lyh-1000, 以及本年度新發(fā)LonGi ALK Hi1系列和G系列，和“綠電+綠氫”系統(tǒng)解決方案。
相較于Lyh-1000, Hi1系列產(chǎn)品的主要優(yōu)勢在于電流密度提升，能耗降低。在電流密度與原產(chǎn)品同樣的情況下，Hi1 1000 能耗≤4.3 KWh/Nm³，Hi1 Plus 1000 能耗≤4.1 KWh/Nm³，主要通過運用高效的隔膜材料、電極材料降低過電勢，以及優(yōu)化堿液流道和小室內(nèi)部流場來降小室內(nèi)阻，共同提升產(chǎn)品性能。從OPEX方向降低制氫成本，制氫直流電耗每降低0.1kWh/Nm³，根據(jù)系統(tǒng)利用小時數(shù)的不同，可以使制氫LCOH降低1.8%-2.2%，相當(dāng)于降低了制氫設(shè)備初始投資的10%到25%。
到LonGi ALK G系列產(chǎn)品，為適配用氫需求大的化工、冶金、煉化等工業(yè)領(lǐng)域，隆基氫能產(chǎn)品實現(xiàn)單槽產(chǎn)量新高。提高單體產(chǎn)氫量、電解槽大型化也可以降低廠房初始投資，目前市場上從Hi1的主流電解槽1000Nm³/h規(guī)格，逐步向2000-3000Nm³/h發(fā)展，LonGi ALK G可以滿足各規(guī)格需求，ALK G系列產(chǎn)品標(biāo)準化、集約化、模塊化，產(chǎn)氫量1200Nm³/h、1500Nm³/h、2000Nm³/h、3000Nm³/h，更大單體產(chǎn)氫量可節(jié)約項目占地面積30%以上，從CAPEX角度降本20%，牢牢占據(jù)國內(nèi)大型電解槽技術(shù)的制高點。
“綠電+綠氫”系統(tǒng)解決方案，基于電解槽制氫設(shè)備，可以將新能源、電力電子、儲能、化工、自動控制等多個專業(yè)進行系統(tǒng)集成，提供包括安全可靠、低LCOH的綠電綠氫項目設(shè)計、全生命周期經(jīng)濟性測算、系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)/暫態(tài)仿真驗證、高效可靠的全鏈條產(chǎn)品供應(yīng)等全生命周期服務(wù)，尤其針對性充分適配可再生能源波動性。
Q：剛才我們回顧了歷史，迄今為止，以隆基氫能為代表的綠氫制備設(shè)備企業(yè)，已經(jīng)取得了顯著的成果，也有大量項目應(yīng)用案例，我們看到市場需求和應(yīng)用也在逐步增長，前景一片向好。但是，事物發(fā)展有其客觀規(guī)律，有創(chuàng)新才會有進步，隆基一直堅持“穩(wěn)健可靠，科技引領(lǐng)”，那您認為目前制氫行業(yè)需要哪些創(chuàng)新和突破？
A：目前，我們認為綠氫制備的行業(yè)痛點主要存在于降低LCOH和電解槽系統(tǒng)大型化、規(guī)模化、標(biāo)準化。
類別光伏LCOE(單位發(fā)電成本)，LCOH單位制氫成本由運營成本OPEX和初始投資成本CAPEX構(gòu)成，低電耗產(chǎn)品解決OPEX的問題，而單槽大型化，可以有效降低CAPEX。同時，產(chǎn)品獲得多項國際權(quán)威認證，如TUV, DERKE, DNV, 按照GB 32311-2015達到制氫系統(tǒng)一級能效。
隨著大型綠氫項目在國內(nèi)的成功示范運營，堿性電解水制氫技術(shù)完成了商業(yè)化進程，產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展日益成熟，全球市場對大電解槽的需求十分明確，大型化可直接減少制氫裝備和土建工程成本，大大降低初始投資;規(guī)模化可平攤成本標(biāo)準化;標(biāo)準化可以使資源配置更有序，效率更高。
如您所說，全球我們都有運營或戰(zhàn)略合作的成功案例。舉幾個例子，2022年5月，隆基氫能成功中標(biāo)全球首個萬噸級綠氫示范項目。2023年4月，隆基氫能以第一名的優(yōu)異成績成功中標(biāo)全球最大的綠色合成氨項目，市場份額近4成。2023年6月，隆基氫能與興國鑄業(yè)簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，共同建設(shè)“30萬m³/d可再生能源電解水制氫——450m³高爐富氫冶煉”工業(yè)化應(yīng)用示范項目。同時，在印度、澳洲、歐洲、美洲等區(qū)域都有項目開展或戰(zhàn)略合作。我們相信未來隨著產(chǎn)業(yè)互聯(lián)，資源共享，堅持科技創(chuàng)新和突破，隆基可以繼續(xù)為綠氫行業(yè)，為可持續(xù)綠色能源轉(zhuǎn)型貢獻力量。
Q：非常感謝您以上的回答和分享。最后一個問題，對于構(gòu)建健康可持續(xù)的產(chǎn)業(yè)環(huán)境，您有哪些建議和希望呢？
A：我們建議和呼吁從以下幾方面著手：
① 政府政策支持標(biāo)準規(guī)劃發(fā)布
全產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)，從用能端、制造端、政府、產(chǎn)業(yè)研究、協(xié)會、金融等機構(gòu)推動政府政策支持標(biāo)準規(guī)劃發(fā)布，提高綠氫在工業(yè)脫碳中應(yīng)用和價值。
② 支持示范項目落地
隆基將積極參與各工業(yè)領(lǐng)域項目，助力推動國家級大型綠氫“領(lǐng)跑者”示范基地，推廣先進產(chǎn)品技術(shù)，打通產(chǎn)業(yè)鏈實現(xiàn)“制儲輸用”一體化。
③ 去貿(mào)易壁壘的全球化合作
中國堿性電解槽發(fā)展基礎(chǔ)好，過去40年的應(yīng)用案例遙遙領(lǐng)先，近10年的技術(shù)創(chuàng)新成果斐然。用中國的堿性電解槽制備綠氫成本更低、收益更高、也能有力支持全球綠氫成本的不斷下降。目前中國電解槽出海也面臨問題：海外客戶擔(dān)心使用中國電解槽更難獲取政府補貼;歐美相對缺乏使用中國堿性電解槽的案例，對產(chǎn)品性能不了解;認證標(biāo)準存在差異。我們呼吁全球行業(yè)伙伴資源共享，優(yōu)勢互補，緊密協(xié)作，避免走入片面和短視的發(fā)展誤區(qū)，而阻礙了行業(yè)長期的良性發(fā)展。
④ 健康網(wǎng)路環(huán)境
近期，國內(nèi)外一些媒體，對中國堿性電解槽技術(shù)和運營情況提出質(zhì)疑。但是，目前來看，這些質(zhì)疑存在不客觀、片面、不專業(yè)的現(xiàn)象。一直以來，我們秉承“以客戶為中心”的理念，積極聽取市場反饋和各方聲音，但是，對于一些不客觀的信息輿論，我們深感遺憾，也堅定了用實踐和科技創(chuàng)新。不嚴謹?shù)男畔鞑ィ赡軐π屡d產(chǎn)業(yè)造成誤導(dǎo)，對市場造成干擾，更甚者，阻礙產(chǎn)業(yè)發(fā)展和國際合作。在此，我們呼吁全球氫能投資者宜理性看待，同時面向“綠電+綠氫”可再生能源應(yīng)用模式，創(chuàng)新剛剛開始，不必因嘖廢食，請適當(dāng)給予行業(yè)試錯和探索機會，營造積極健康的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。
