電解水制氫是在直流電作用下,水分子被解離成氫氣與氧氣并分別從陰極、陽極析出的電化學(xué)過程。根據(jù)電解質(zhì)、操作溫度以及技術(shù)成熟度的不同,電解水制氫技術(shù)主要分為4種(表1),其中堿性和質(zhì)子交換膜(圖1)電解水制氫技術(shù)已經(jīng)商業(yè)化,而固體氧化物和固體聚合物陰離子交換膜水電解制氫技術(shù)目前仍處于研究階段。不同技術(shù)的主要差異在于電堆設(shè)計、組件內(nèi)部變化和技術(shù)成熟程度[4]:堿性電解水制氫技術(shù)成熟、規(guī)?；茪涑杀镜? 質(zhì)子交換膜電解水制氫技術(shù)能效高,設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊,在功率調(diào)節(jié)范圍、響應(yīng)速度與波動性可再生能源匹配、安全、環(huán)保等方面優(yōu)于堿性技術(shù),但投資大、成本高是最大的問題。

目前適用海上風電的電解水制氫技術(shù)主要是堿性和質(zhì)子交換膜電解水制氫技術(shù)。①國內(nèi)堿性電解槽以蘇州競立制氫設(shè)備有限公司、中國船舶集團有限公司第七一八研究所、陽光電源股份有限公司等廠商為代表,其生產(chǎn)能力、技術(shù)性能指標及制造成本具有優(yōu)勢,主流產(chǎn)品制氫能力達到1 000 Nm3/h及以上。②國外集中式和分布式海上風電制氫示范項目多數(shù)選擇與波動性可再生能源匹配效果更好的質(zhì)子交換膜電解槽,其技術(shù)發(fā)展目標和研發(fā)方向見表2。③歐美單堆兆瓦級質(zhì)子交換膜電解槽已投入商業(yè)化應(yīng)用,目前正在開發(fā)單堆5 MW電解槽,NEL、Cummins、Siemens Energy、ITM Power等廠商質(zhì)子交換膜電解槽的單堆制氫能力、壽命、能耗等指標處于領(lǐng)先地位。總體上,低成本、單堆更大規(guī)模、高電流密度、高壓、低電耗、長壽命是質(zhì)子交換膜電解槽技術(shù)發(fā)展的大趨勢。