3000Nm³/h碱性电解槽发布，解读电解槽大型化对制氢成本的影响

隆基氢能、氢能项目部 2024-03-30

2023年9月12日，隆基氢能发布了四款电解槽，其中，3000Nm3/h电解槽为目前国内首台单体最大碱性电解槽。为降低能耗、大规模产气、降低初始投资、提高装备稳定性，单体电解槽大型化将成为趋势，将成为中国碱水电解槽科技的制高点。

近日多个获批的绿氢项目已规划配置2000Nm³/h碱性电解槽。其中中船通辽市50万千瓦风电制氢制氨一体化示范项目—制氢制氨项目将全部采用2000Nm3/h碱性电解槽，制氢工厂配置36套2000Nm3/h碱性电解槽设备。

国内目前已下线2000 Nm3/h电解槽的厂家已达8家。

2022年10月13日，明阳智能全球首发的2000 Nm3/h碱性水电解制氢装备正式下线
2022年12月16日，中国船舶集团第718研究所举办全球首台套单体产氢量2000Nm³/h水电解制氢装备发布仪式。
2023年1月，中电丰业和莒纳科技将结成紧密的战略合作伙伴，推出基于莒纳JA电极的单槽产氢量2000-3000立方/小时成套制氢设备，为大规模绿氢客户提供高性价比的产品和服务。
2023年1月16日，苏氢氢能2000Nm³/h绿氢系统下线暨交付仪式在浙江湖州成功举行。
2023年6月11，上海电气旗下氢器时代公司（下称：氢器时代）2000Nm³/h碱性电解槽在首届国际碳博会上正式发布。
2023年6月28日，宏泽（江苏）科技股份有限公司和宏泽海槿（江苏）氢能源科技有限公司在江阴市临港开发区发布了100～2000Nm3/h的Hz系列碱性水制氢电解槽，并同时下线了我国首台2000Nm3/h常压碱性水制氢电解槽。
2023年9月8日，在双良绿电智能制氢装备车间，自主知识产权2000Nm³/h电解槽成功下线。
2023年9月12日，隆基氢能发布G系列产品，产氢量分别为1200Nm³/h、1500Nm³/h、2000Nm³/h和3000Nm³/h。

那么2000Nm³/h电解槽和1000Nm³/h电解槽相比，有何优势？

据隆基氢能介绍，LCOH由初始投资成本（CAPEX）和运营成本（OPEX）构成，低电耗产品解决OPEX的问题，而单槽大型化，可以有效降低CAPEX。

以绿色合成氨项目为例，年产18万吨绿色合成氨的项目，每年需要2.4万吨绿氢。初始投资中，电解槽、气液分离和纯化框架、适配电源等核心硬件投资占比大约为48%，土建部分成本约占比9%。据此可知，制氢设备投资和土建工程成本占到项目投资一半以上。

隆基氢能经研发测试发现，1台2000Nm³/h电解槽相较于2台1000Nm³/h电解槽，占地面积可节约30%，重量减轻20%，制造电解槽的原材料钢材可减少9.4吨，相当于减少14吨碳排放。折算到单方成本，可以降低CAPEX约20%。

以年产2万吨绿氢的中国西部地区光伏发电制氢项目为例，LCOH中CAPEX成本占比为16%，大约需要52台1000Nm³/h的电解槽，电耗为4.3kWh/Nm³，设备利用率为4300小时/年。假设电价是0.2元/千瓦时，那么将这52台1000Nm³/h电解槽替换成26台2000Nm³/h电解槽后，折算到LCOH可以下降4.68%。

单槽电解槽如何大型化？

在发布会上，隆基氢能总裁马军提到了如何将单槽电解槽做到更加大型化和单槽大型化需要做哪些改变的问题。根据法拉第定律，电解槽的产氢量正比于电流密度、电解面积和小室数量。

单槽产氢量=I×η/2390；

I=电流密度×单小室反应面积；

因此单槽大型化提升有三个主要方向：

提升电流密度；
提高小室反应面积；
增加小室数量。

隆基氢能总裁马军表示，对于这样的变化，需要解决以下三个难题：

1、能效损失

即电流密度提升后，电耗会增加，材料工艺要求会提高，相应的成本可能也会增加。

应对这个难点必须要找到能兼顾电流密度成本和能效的解决方案。隆基氢能通过多次实验和论证找到了材料工艺的创新途径，规避了大型化带来的能耗损失，且不失性价比。

数据显示，电流密度提升20%，隆基的材料方案仍能保持比较低的电耗，从而也保证了大型电解槽的高能效。新材料的应用，成功的解决了这个难题。

2、性能下降

电解槽变大增加了电解面积和小室数量，意味着电解槽的体积和重量也会随之增加，这也对电解液流场的均匀分布提出了更高的要求。隆基氢能通过电解槽流程仿真手段优化流道和工艺设计，从电解槽整体流量分配均匀性和单个小室内流场分布的均匀性两个维度出发，实现了更适配大型槽体的流道工艺设计，确保流场分布均匀以支撑电解槽性能和可靠性表现。

3、安全隐患

电解槽体积和重量变大会带来一定的安全隐患，比如电解槽变大引发部分小室下坠容易漏碱的问题等。为解决电解槽变大和安全隐患之间的冲突点，隆基氢能对单压板、支撑结构、紧固件都进行了适配大电解槽的适配化的设计，同时也保留了优点，比如进出碱管路法兰连接，降低腐蚀风险，确保了电解槽的安全可靠。

解决以上的难题，隆基氢能单槽大型化主要有三大护航的法宝——

第一个护航法宝是安全可靠。隆基遵循行业标准，进行本质安全设计，安全联锁系统（DCS）可以实时监测差压、温度、压力，触发自动报警，联锁安全仪表系统能够做风险分析和潜在工艺的隐患的识别，这些都符合全球各地区系统的安全要求。

第二个护航法宝是智能制造。隆基拥有全球领先的自动化生产线，小室垫片、电极隔膜、极板等关键核心零部件均实现自有设计、自有生产、100%自主知识产权。可根据客户需求，标准化生产1000立方米到3000立方米的电解槽标准产品，据透露，隆基在无锡建有1.5GW年产能的生产基地，西安1GW的年产能的生产基地也将在2023年Q4顺利投产。

第三个护航法宝是智能运维，隆基自主开发设计了智能运维平台，可自动的监测电解槽的运行状态。关键数据及时参反馈，及时报错，自适应新能源的波动性，实现自适应、自启动、自充氮，便捷易运维。

这些都是隆基氢能为了产品安全可靠稳定运行做的有力的保障。

单槽大型化能带来什么样的价值呢？

据介绍，单槽大型化能带来更多的价值。

首先最直观的是更大装置可以节约占地面积30%以上。

其次，隆基G系列产品可以有效降低项目初始投资，折算到单标方后，比常规电解槽成本降低20%左右，土建成本也可以降低30%左右。例如一个1GW的项目，如果采用2000标方的电解槽代替两台1000标方电解槽，就可以节省18000平方米的厂房，差不多相当于整个库车项目52台电解槽厂房的总面积。

隆基氢能总裁马军利用几个典型的假设案例阐释了单槽大型化带来的LCOH下降和影响，案例中将两台1000标方电解槽替换为一台2000标方电解槽——

假设一个中国西部地区的项目，使用光伏发电制氢年产2万吨的项目。对这样的一个项目而言，LCOH中CAPEX成本占比为16%，大约需要52台1000标方的电解槽，电解槽能耗是4.3度电每标方，设备运行时间为每年4300小时，电价是两毛钱一度电。那么经过替换，把52条1000立方米电解槽替换为26台2000标方电解槽后，LCOH可以下降4.92%；
假设项目建设在中东地区，年产7800吨绿氢的项目当中，CAPEX的投资成本占到27%。30台1000标方电解槽，每年工作2900小时，电价1毛5，LCOH大约在每公斤12.8亿元，那么换成15台2000标方电解槽以后，LCOH的下降幅度可以达到8.53%；
假设项目放在欧美地区，一个年产9600吨绿氢的光伏制氢项目。LCOH中CAPEX投资占比只有9%，需要18台1000标方电解槽，年利用小时数达到6000小时，电价略贵一些，电价是3毛5一度电，那么换成9台2000立方米电解槽以后，LCOH可以下降2.84%；

以上的案例是用两2000立方米的电解槽代替1000立方米的电解槽。如若上述所有案例改成用一台3000标方的电解槽替换三台1000标方的电解槽，将会带来LCOH更多的下降。

本文内容来源于：隆基氢能、氢能项目部，责任编辑：胡静，审核人：李峥