电解水制氢能否成为能源互联网杀手级应用？

电解水制氢技术可以用来调节电网峰谷变化削峰填谷，维持电网系统稳定。适合小规模分布式发电制氢场景，可以与太阳能、风能等潮汐式发电结合并广泛应用。未来若能降低成本，电解水制氢技术将成为能源互联网的杀手级应用。

近日，加拿大氢能企业Hydrogenics宣布将为德国一加氢站提供大规模电解水制氢设备。Hydrogenics的客户正在德国伍珀塔尔建造一座兆瓦级的加氢站，当地的一家垃圾处理厂为这套电解水制氢设备提供电力，实现废弃物向清洁能源的转换。这套制氢系统将在2019年交付，预计日产氢能力超过400千克。

图 1 Hydrogenics质子交换膜电解水制氢机

来源：公开资料

现有电解水制氢技术主要有碱性水电解、固体氧化物水电解和质子交换膜水电解三种：(1)碱性水电解制氢应用广泛，但污染环境、效率较低;(2)固体氧化物电解水制氢工作温度过高，导致电解材料的选择、密封、运行受限，难以推广和大范围应用;(3)质子交换膜水电解制氢设备体积小、效率高，生产的氢气纯度高达99.999%，是最有前景的电解水制氢技术。该技术可以在高压和高电流密度下工作，在空间受限、电量不稳定的情况下都可以正常运行。但电解水制氢的高成本一直是制约其应用的瓶颈。

从全球范围看，目前制氢技术应用排名的前三分别是天然气制氢(占48%)、醇类裂解制氢(占30%)和焦炉煤气制氢(占8%)。由于资源匮乏、环保要求高，日本主推电解水制氢技术。我国煤炭资源丰富，煤气化制氢和焦炉气制氢应用较多，似乎没有发展电解水制氢技术没有必要，这样来看，Hydrogenics的先进PEM制氢技术对国内企业有何意义?

从实际应用场景角度，作者认为PEM制氢技术在产业链中位置独特，不可或缺，值得业内关注技术背后的应用价值：

1、设备简单、占地面积小，应用条件灵活。电解水技术成熟，制得氢气纯度高以外，应用条件灵活是一大亮点。随着氢燃料电池汽车的普及，人们对加氢站的需求必将越来越大。常规加氢站和加油站类似，占地面积大，建设成本高;而采用电解水制氢的小微型制氢加氢站体积小，装运方便(有条件的可以设计成可移动款式)，非常适合在土地有限的大城市、临时场景、独立的产业园区中使用。如图2，本田与2016年推出利用太阳能电解水制氢的小型加氢站，可以为公司内部的氢燃料电池汽车加注氢气。

图2 本田智能氢气站

图片来源：公开资料

2、在储能场景中应用前景广泛。如图3所示，PEM制氢技术在用电负荷低谷时利用电解水将富余电能转化为氢气储存，在用电高峰时将氢气用来发电，这一特征能够保证发电机组功率持续恒定，可以用来调节电网峰谷变化，维持电网系统稳定。

图3 电解水制氢、氢燃料电池原理

(1)居民小区对于发电机组和储能装置有小型化，储能高适应性，发电稳定性的要求， PEM制氢技术能够适应风电、光伏发电不连续，不稳定供电缺陷，促进分布式能源经济发展。

(2)我国水电、风电等可再生资源丰富，部分地区存在弃水电、弃风电的现象，如果将这些弃电用于电解水制氢，可以产生客观的经济效应。对比锂蓄电池系统，氢能源系统有储能稳定，运输方便，不衰减的优点，有更好的环境适应性。

图4 风能分布式发电示例

图片来源：公开资料

(3)国外产业示范案例。日本、德国已积极布局风电、光伏发电制氢项目;国内也开始利用丰富的水电、风电资源开展制氢项目，见表1。

表1 国内外风、光伏、水电制氢项目

图片来源：玖牛研究院根据公开资料整理

小结：尽管目前由于水制氢成本较高，并不是我国制氢的主流方式，但随着构建清洁能源社会的观念深入人心，各国制氢技术和分布式储能技术和应用的发展，水制氢成本将大幅下降而变得可以接受(详见《氢气制备产业技术经济分析》)，小型化的PEM制氢技术必有杀手级用武之地。

为助力中国储能产业发展，同时推动储能在分布式能源领域的商业化应用，北极星电力网、北极星储能网联合中关村储能产业技术联盟于2018年10月26日举办“2018中国分布式储能峰会”。