田江南：PEM（质子交换膜）更适合风光耦合制氢

4月19日，在2021中国高比例风光新能源电力发展研讨会上，中国电力工程顾问集团华北电力设计院有限公司高级工程师田江南，以《风光耦合制氢项目设计挑战与解决方案》为主题进行了演讲。


田江南讲到，随着碳达峰、碳中和目标的确定，氢能上升到一个新的高度。因此，氢与风光耦合自然而然成为一个新的课题。现今，包括央企在内的很多企业都在进行新能源制氢的尝试，据不完全统计，正在进行和完成的制氢项目超50个。

对于氢成为热点的原因，田江南分析与氢的特点相关。氢，完全脱碳，在燃烧的过程中没有碳排放，同时其相较于石油、天然气等燃料，拥有最高的热值。

之所以选择电解水制氢，田江南分析是因为水作为可再生资源，在地球上丰富存在，并且氢在燃烧后生成水，水通过蒸发、降水形成了可循环的方式。作为电解水重要组成部分——电，其可以通过风、光等可再生能源实现。

田江南全面对比了电解碱水制氢、质子交换膜（PEM）制氢、SOEC制氢。

碱水制氢具备简单、技术成熟、可靠性高、能在常温常压下运行等优点，缺点则是制氢效率低、能耗大、存在渗碱环境污染问题。同时，占地大、响应慢 ，其电解效率为62-82%。

PEM制氢优点则是生命周期长、稳定性好、槽腐蚀性小、电解效率高、系统简化、装置结构紧凑、产氢纯度高 ，缺点则是成本高、价格昂贵、膜电极组件上的电催化剂易被金属离子毒化。电解效率为70-85%。

SOEC制氢优点是电解效率高，可达90％以上，缺点则是工作温度要求高（600~1000℃），关键材料在高温下易老化。

田江南从设备价格、设备寿命、功率波动范围、启动速度等方面对国产碱性电解槽制氢设备与进口PEM质子膜制氢设备进行了对比。

价格方面，国产碱性电解槽制氢约1万元人民币/Nm³ ，进口PEM质子膜制氢设备约1万美元(欧元)/Nm³ ，国产设备在此方面具有明显优势。

设备寿命方面，进口设备具有运行维护周期长的优势。数据显示：PEM电解槽设计寿命30年，大修周期10年，不需要更换电解槽。国产碱性电解槽电解槽寿命为10年，需更换电解槽，大修周期3-5年。

功率波动范围方面，进口PEM设备出力大小调节范围更大，为5-115%可调，现今已有企业将此范围扩大到0-160%，国产碱性电解槽制氢设备功率波动范围则为20-110%可调 。进口PEM设备更加有利于不稳定电源供电情况下制氢。

启动速度方面，进口PEM设备优势明显。其冷态启动20min，热启动20s ，亦有毫秒级的说法。国产碱性电解槽制氢设备冷态启动2-3h，热启动15 min。

正是如此，田江南认为，PEM相对而言更适合和新能源制氢一起耦合，特别是在离网状态。

在运行模式方面，田江南介绍主要有并网不上网、离网、离网+储能、发电上网余电制氢等。具体方式的选择，主要取决于业主要求和地方政策。由于电解槽需要稳定电流，从电解槽友好、安全的角度来出发，田江南更希望采用并网不上网、离网+储能的运行模式。

（以上内容为世纪新能源网根据现场讲话整理而成，未经本人审核）