SOEC电解槽技术解析：SOEC电解槽制氢原理、结构及成本、应用场景及国内企业

氢能之家 2024-01-05

SOEC系统也包括电堆和BOP辅助系统两大块。电堆是SOEC系统的核心，主要由陶瓷材料如YSZ、LSM等构成，相比于PEM原材料中的铂族贵金属，SOEC所用陶瓷材料成本较低。在BOP辅助系统中，蒸汽发生器、换热器、压缩机等较为关键

一、 SOEC原理

SOEC的原理是在高温条件下（650-850℃）电解水蒸气制氢，总反应为2H₂O→2H₂+O_2。根据电解质传导的电荷类型不同，SOEC可分为氧离子传导型SOEC和质子传导型SOEC；根据结构的不同，SOEC又可分为平板式和管式SOEC。目前主要发展的是平板式氧离子传导型SOEC。

二、 SOEC结构及成本组成

SOEC系统也包括电堆和BOP辅助系统两大块。电堆是SOEC系统的核心，主要由陶瓷材料如YSZ、LSM等构成，相比于PEM原材料中的铂族贵金属，SOEC所用陶瓷材料成本较低。在BOP辅助系统中，蒸汽发生器、换热器、压缩机等较为关键。

氧离子传导型SOEC结构

三、 SOEC典型应用场景

与其他电解槽相比，SOEC 电解槽的优势在于电耗低，适合产生高温、高压蒸汽的光热发电系统。此外，由于 SOEC 电解槽对热能的需求更大，因此 SOEC 适合建立在热能资源丰富或废热较多的地区，例如钢铁冶炼工厂、化工合成工厂或者核能发电工厂。

四、SOEC优劣势

优势：

能源转化效率高：SOEC电解槽在高温环境下运作，粒子反应速度快，使得SOEC具备更低的工作电压（1.2-1.4V）及更低的能耗。此外，部分用于电解水的能量可以通过热能获得，所以基于电力计量的表观效率可以高于100%。同时，SOEC技术可以实现80％以上电解水制氢的能源转换效率。
成本较低：由于SOEC具备较优的动力学条件，因此可以使用相对便宜的镍电极。
具备与燃料电池逆运行的可能性：由于SOEC的反应过程为SOEF的逆运行，其具备可逆性潜力，即同时作为燃料电池和电解槽工作。
二次能源回收利用优势：SOEC运行时需要更多的热量用以加热水，而钢铁冶金、合成氨、核电站运行等场景会产生大量废热，与需要高温热量的SOEC具有较高的契合度，从能源利用效率角度考虑，SOEC更适合热能资源丰富或废热较多的场景。

劣势：

需要高温的运行环境：SOEC电解槽需要在高温环境下运作，这增加了其运行和维护的难度。
材料循环寿命有限：高温环境下材料的循环寿命可能会受到影响，需要定期更换电极等组件。
技术挑战：目前SOEC电解槽技术仍处于研发阶段，需要进一步的技术突破和优化。
成本问题：虽然SOEC电解槽的电力计量效率较高，但其制造成本和运行成本相对较高，目前尚未实现大规模商业化应用。（根据国际能源署 IEA 统计数据，2022 年 ALK电解系统固定投资在 3500-9800 元/kW，PEM 电解系统在7700~12600 元/kW，SOEC 电解系统在 19600~39200 元/kW）。

总体来说，SOEC电解槽在能源转化效率和二次能源回收利用方面具有显著优势，但需要在技术优化、降低成本和解决高温环境下的运行维护问题等方面持续努力。

五、SOEC国内企业（如有遗漏请联系小编补充）

北京质子动力
潮州三环
国家电网
上海翌晶氢能
壹石通
中广核集团
中石油
思伟特
上海氢程科技
浙江氢邦科技
派瑞氢能
武汉华科福赛
上海中弗新能源
潍柴动力
东方锅炉
国家能源集团
北京低碳院
宁波索福人
新奥集团
华清能源
浙江臻泰能源
佛山索弗克
中博源仪征新能源
......

六、SOEC国外企业（如有遗漏请联系小编补充）

1. 美国Bloom Energy

2. 德国Sunfire

3. 美国FuelCell Energy

4. 丹麦Topsoe

5. 英国Ceres Power

6. 日本DENSO

7. ......

最后非常值得一说的是由于 SOEC 和 SOFC 的可逆性，未来 SOEC 电解槽应用场景有望拓展至氢储能。SOFC是一种在中高温下直接将燃料的化学能高效、低碳、环保地转化成电能的发电装置。其反应过程为 SOEC 的逆反应，即消耗氢气释放电能。SOEC 与 SOFC/ReSOC 等技术的结合将 SOEC的应用场景从制氢拓展到氢储能。综合日本经济产业省等研究机构的结果来看，在储氢时间约为 4 天以上时，可逆型 SOFC/SOEC 储氢系统相比于 LIB 充放电具有成本优势。

本文内容来源于：氢能之家，责任编辑：胡静，审核人：李峥

SOEC电解槽技术解析：SOEC电解槽制氢原理、结构及成本、应用场景及国内企业

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