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、陽極析出的電化學過程。根據(jù)電解質、操作溫度以及技術成熟度的不同,電解水制氫技術主要分為4種(表1),其中堿性和質子交換膜(圖1)電解水制氫技術已經(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目前仍處于研究階段。不同技術的主要差異在于電堆設計、組件內部變化和技術成熟程度[4]:堿性電解水制氫技術成熟、規(guī)模化制氫成本低; 質子交換膜電解水制氫技術能效高,設備結構緊湊,在功率調節(jié)范圍、響應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,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主要是堿性和質子交換膜電解水制氫技術。①國內堿性電解槽以蘇州競立制氫設備有限公司、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子交換膜電解槽,其技術發(fā)展目標和研發(fā)方向見表2。③歐美單堆兆瓦級質子交換膜電解槽已投入商業(yè)化應用,目前正在開發(fā)單堆5 MW電解槽,NEL、Cummins、Siemens Energy、ITM Power等廠商質子交換膜電解槽的單堆制氫能力、壽命、能耗等指標處于領先地位?？傮w上,低成本、單堆更大規(guī)模、高電流密度、高壓、低電耗、長壽命是質子交換膜電解槽技術發(fā)展的大趨勢。