Текущее состояние и тенденции развития отрасли водородных электролизеров [Саммит по новой энергетике]

Опубликовано: Apr 23, 2025 16:10

Источник: SMM

Сохранить

На выставке «Новая энергетика-2025 (10-я)» и форуме по развитию водородной энергетики, организованных компанией SMM Information & Technology Co., Ltd. (SMM), Ши Юн, главный инженер Jiangsu Trina Yuan Hydrogen Technology Co., Ltd., представил доклад на тему «Текущее состояние и тенденции развития отрасли электролизеров для производства водорода».

Состояние развития
Стратегическое значение водородной энергетики
Стратегическое позиционирование:
1. Водородная энергетика является важной составляющей будущей национальной энергетической системы.
2. Водородная энергетика — это ключевой носитель для достижения зеленого и низкоуглеродного перехода в потреблении энергии конечными пользователями.
3. Водородная энергетика — это стратегическая отрасль с перспективами развития и ключевое направление для будущего промышленного развития.

Водородопроизводство путем водного электролиза
Анализ рынка
Согласно отчету Nexbind Insight Market Research, рыночная емкость электролизеров для производства водорода к 2030 году превысит 10 млрд долларов США, а темпы роста с 2024 по 2030 год составят более 25,8%.

Водородопроизводство путем электролиза воды с использованием твердооксидного электролиза
Водородопроизводство путем электролиза воды с использованием твердооксидного электролиза при высоких температурах (SOEC)
Принцип:
SOEC теоретически можно рассматривать как обратную работу твердооксидного топливного элемента (SOFC). Его принцип работы заключается в использовании ионной проводимости твердооксидных электролитов при высоких температурах (600-1000°C) для электролиза молекул воды на водород и кислород.
Сферы применения: Атомная энергетика, водородная металлургия и другие сферы, где образуется значительное количество промышленного отработанного тепла, что позволяет сократить выбросы углерода.
Состояние развития: В настоящее время находится на стадии ограниченного коммерческого испытательного эксплуатации.

Преимущества SOEC
1. Высокая эффективность, низкое энергопотребление: Эффективность электролиза при высоких температурах повышается на 20-50%, что позволяет сэкономить 20-30% электроэнергии.
2. Низкая стоимость: Сырьем в основном являются керамические порошки, без драгоценных металлов. В сочетании с внешним отработанным теплом экономия электроэнергии может достигать ~50%.
3. Обратимость: SOEC может гибко переключаться между режимами электролизера и SOFC, образуя цикл «электричество-водород-электричество».
4. Зеленая и низкоуглеродная энергетика: Приводится от возобновляемых источников энергии, интегрируется с теплом химического синтеза, что позволяет перерабатывать пойманный углекислый газ и воду в синтетический природный газ, бензин, метанол или аммиак.

Состояние развития SOEC
Недостатки продукта:
1. Высокие требования к материалам, сложность производства крупногабаритных одноэлементных электродов.
2. Сложный запуск и работа.
3. Сложная технология герметизации.
4. Ограниченные сферы применения и эффекты масштаба.
5. Низкая техническая зрелость, в настоящее время находится на стадии перехода от лабораторных исследований к коммерческому использованию.

Направления развития:
1. Устойчивость материалов и стабильность системы в условиях высоких температур.
2. Масштабное производство и контроль качества отдельных элементов и стеков.
3. Улучшение стабильности и срока службы стеков.
4. Усиление управления связью с возобновляемыми источниками энергии.

Водородопроизводство путем электролиза воды с использованием протоннообменной мембраны
Принцип:
PEM-электролизеры используют пористую твердую полимерную мембрану в качестве электролита и разделителя между анодом и катодом. На аноде молекулы воды подвергаются окислению с образованием кислорода; на катоде водородные ионы проходят через протоннообменную мембрану под действием электрического поля и соединяются с электронами с образованием водорода.

Преимущества протоннообменных мембранных электролизеров (PEM):
1. Быстрый отклик, широкий диапазон нагрузки: Могут адаптироваться к быстро меняющимся энергетическим входам, особенно колеблющейся ветровой и солнечной зеленой электроэнергии.
2. Быстрый запуск и остановка: Система может быстро запускаться и останавливаться, что подходит для таких применений, как водородные заправочные станции.
3. Компактная конструкция: Одностороннее давление, компактная конструкция, небольшой метраж.
4. Зеленая и чистая энергия: Приводится от возобновляемых источников энергии, электролизирует чистую воду, без загрязнения, высокочистый водород.

Состояние развития протоннообменных мембранных электролизеров (PEM)
Недостатки продукта:
1. Низкая производительность водорода на один элемент.
2. Недостаточная производительность (в сравнении с отечественными и зарубежными аналогами): Ключевые компоненты, плотность тока, потребление энергии постоянного тока на единицу, содержание драгоценных металлов и т.д.
3. Высокая стоимость: Сложные процессы подготовки протоннообменных мембран, катализаторов из драгоценных металлов и мембранных электродов.
4. Необходимо повысить долговечность: Протоннообменные мембраны подвержены механическим напряжениям, химической коррозии и старению; катализаторы из драгоценных металлов подвержены агломерации и отравлению.

Направления развития:
1. Повышение производительности и стабильности: Оптимизация протоннообменных мембран (способность к переносу протонов, стабильность), конструкция электролизера.
2. Снижение затрат: Локализация альтернатив протонных мембран, снижение использования катализаторов из драгоценных металлов; улучшение процессов подготовки мембранных электродов.
3. Высокое рабочее давление: Дальнейшее повышение способности к одностороннему давлению, улучшение однородности материала, снижение затрат на последующее оборудование.

Водородопроизводство путем электролиза воды с использованием анионнообменной мембраны
Водородопроизводство путем электролиза воды с использованием анионнообменной мембраны (AEM)
Принцип:
AEM-водородопроизводство использует чистую воду или низкоконцентрированную щелочь в качестве электролита. Вода проникает из анода через мембрану AEM на катод, где происходит выделение водорода с образованием OH- и водорода. OH- проводится через мембрану AEM на анод, где происходит выделение кислорода.

Состояние развития анионнообменных мембранных электролизеров (AEM)
Преимущества продукта:
Быстрый запуск и остановка: Мембраны AEM обладают хорошей ионной проводимостью, что позволяет быстро запускать и останавливать электролизер.
Сторона выделения водорода применяет давление ~3 МПа, что исключает необходимость удаления кислорода из водорода.
Быстрый динамический отклик, гибкая адаптация к возобновляемым источникам энергии.
Низкая стоимость: Могут использовать недрагоценные металлические катализаторные материалы.

Недостатки продукта:
1. Мембраны AEM: Сложный синтез материалов, ограниченные эффекты масштаба, высокая стоимость, короткий срок службы.
2. Мембраны AEM имеют значительное разбухание, сложность в подготовке крупногабаритных одноэлементных элементов.
3. Катализаторы на катоде в основном представляют собой Pt/C, с более низкой плотностью тока по сравнению с PEM.
4. Незрелая технология, на ранних стадиях коммерциализации.

Направления развития:
1. Улучшение мембранного материала: Разработка AEM с высокой проводимостью, ионной селективностью и долгосрочной щелочной стабильностью.
2. Оптимизация электрода: Разработка высокопроизводительных недрагоценных металлических катализаторов.
3. Дальнейшее повышение плотности тока.

Водородопроизводство путем щелочного электролиза воды
Водородопроизводство путем щелочного электролиза воды (ALK)
Принцип:
Щелочной электролиз воды использует щелочной раствор в качестве электролита. Под действием постоянного тока на катоде происходит восстановление, с получением электронов и образованием водорода и гидроксид-ионов; на аноде происходит окисление, с потерей гидроксид-ионами электронов и образованием кислорода и воды.

Состояние развития щелочных электролизеров (ALK)
В настоящее время системы щелочного электролиза воды в основном включают электролизеры, газожидкостные сепараторы и очистительные устройства.

Преимущества продукта:
Низкая стоимость: Материалы электродов относительно недорогие, используются недрагоценные металлические катализаторы.
Эффективность электролиза: При полной нагрузке электролизер второго поколения Trina Yuan Hydrogen может достигать эффективности около 85%.
Широкий диапазон нагрузки: Может стабильно работать в широком диапазоне плотности тока (25%-130%), с низкими требованиями к качеству входной мощности, совместим с различными источниками энергии.
Масштабируемость: Подходит для крупномасштабных проектов по производству зеленого водорода.

Состояние развития щелочных электролизеров (ALK)
Вопросы, требующие решения:
Эффективность электролиза; узкий диапазон низкой мощности; низкая скорость отклика; низкая точность конструкции потокового поля; частые запуски и остановки приводят к низкой стабильности материала.

Направления развития:
1. НИОКР и инновации: Разработка электродов, диафрагм, конструкция электролизера, исследования коррозионной стойкости материалов, системные исследования и моделирование.
2. Стандартизированное производство: Создание стандартизированных производственных систем, выбор высококачественных запчастей.
3. Управление энергией: Повышение эффективности использования энергии, создание интегрированной энергетической системы «ветер-солнце-водород-накопление».
4. Обслуживание и управление оборудованием: Создание концепции полного жизненного цикла, интеллектуальная эксплуатация.

Сравнительный анализ электролизеров
Крупногабаритные одноэлементные электролизеры
Дискуссия «квадратные» против «круглых»
Обобщение и сравнение четырех технологий водного электролиза
Нажмите, чтобы просмотреть специальный отчет о выставке «Новая энергетика-2025 (10-я)».

Market forecast Market review

Заявление об источниках данных: За исключением общедоступной информации, все остальные данные обрабатываются SMM на основе общедоступной информации, рыночного общения и с опорой на внутреннюю базу данных и модели SMM. Они приведены только для справки и не являются рекомендациями для принятия решений.

По любым вопросам или для получения дополнительной информации, пожалуйста, свяжитесь: lemonzhao@smm.cn

Для получения дополнительной информации о доступе к нашим исследовательским отчётам обращайтесь:service.en@smm.cn

Связанные новости

21 часов назад

«Фэйжуй Дэ» и «Цзецин Текнолоджи» достигли стратегического сотрудничества и планируют продвинуть 1000 водородных БПЛА в течение 3 лет

21 часов назад

Топливный элемент нового поколения FAW Jiefang прошёл авторитетную проверку, достигнув прорыва по трём ключевым показателям производительности

21 часов назад

Отслеживание проектов по экологически чистому водороду — контейнерное оборудование для производства водорода Suqing мощностью 5 МВт успешно отгружено для поддержки строительства первой в Северо-Западном Китае комплексной энергетической станции, объединяющей нефть, газ, водород, электроэнергию и хранение энергии

Связанные новости

[SMM Обновление по водородной политике] Хубэй публикует проект плана действий по крупномасштабному коммерческому применению водородной энергетики, нацеленный на превышение масштаба отрасли в 100 млрд юаней к 2030 году

Sep 02, 2026 10:09