导语

纵观全球政策、产业趋势，尤其是在如今日益紧迫的新能源消纳及储能需求下，灰氢、蓝氢已不再满足未来场景，投入发展绿电制氢技术逐渐成为当下共识。各方积极入局之下，绿氢技术层出不穷，其中不乏有技术率先迈入商业化阶段，尽管应用较为成熟，但仍有待进一步提升和完善，也有技术仍在实验室精雕细琢，潜力无限但尚待验证。

本篇在抛出绿电制氢项目技术选择难题的基础之上，厘清行业现状、寻觅发展焦点，通过创新设计“R-E-A-P”指标体系，尝试针对不同典型场景开展技术优先级匹配，为绿氢项目的前期规划与决策环节提供有益参考，助力绿氢产业的可持续发展。

事前思考，绿氢项目规划的关键问题

“绿电制氢”，即通过引入风光资源完成电解水制氢，在基本实现全程零碳排放的同时，凭借氢储对绿电波动性的平抑作用，为新能源的消纳储能提供全新路径。面对“双碳”目标的持续推进与绿电规模的迅猛发展，近年来，绿氢项目得到愈来愈多的关注，市场空间也正被不断挖掘。

图1  并网型风电/光电制氢系统架构

受限于相关离网技术的研发进展，目前市面上的绿氢项目大多以并网型绿电制氢系统的形式进行运转。尽管整体架构相对趋同，但“花样”则出在其中核心的电解环节。当前主流的电解技术已有碱性电解水技术（ALK）、质子交换膜电解水技术（PEM）、固体氧化物水电解技术（SOEC）、阴离子交换膜电解水技术（AEM），皆在不断迭代创新。面对电解技术的多样性，绿氢项目决策者和实施者常常面临如下难题：

“各个电解技术的发展进程不一，且不同应用场景下的需求差异显著，应如何根据具体场景选择合适的电解技术？”

技术本身是否匹配项目应用场景需求不仅决定了项目执行，也直接影响到经济效益和环境效益。因此，明确各类电解技术的基本特征及其在不同场景中的应用优先级是实现绿氢项目价值最大化的关键所在，以确保技术选择能够在性能、成本与可持续发展之间实现最佳平衡。

厘清现状，主流绿氢技术的不同进展

先知全貌，后知甚解。不同技术在成熟度、适配性和潜在价值上的显著差异，不仅决定了其当前的应用领域，也影响着其未来发展方向。因此，在讨论绿氢项目如何选择最契合的电解技术之前，需率先厘清不同技术的发展阶段与显著特点，以为后续的决策评估提供可凭之据。

具体来看，由于碱性电解槽已基本实现国产化，加之阴阳电极板中不含贵金属，碱性电解槽的设备成本及运行成本较低，已成为当前主流，且可预见的，其在未来10至20年仍将占据统治地位。而进一步聚焦于风光资源的随机性对电解水制氢设备的耦合匹配要求，质子交换膜电解槽“绿电亲和”特性的价值日益凸显。依托高导电性的质子交换膜与高活性的催化剂，质子交换膜电解槽负荷范围宽、运行灵活，且在低温低压的操作条件下启停迅速，更适用于平抑风电、光电并网发电的波动性。因而在如今可再生能源装机容量迅猛增长的大背景下，PEM大有对ALK技术规模应用的替代之势，或为下一风口。

不过，ALK工艺相对简单，存在电解质溶液具有腐蚀性等不可忽视的技术问题，同时PEM需贵金属催化，电解槽的建设与运维成本偏高，未来发展易触顶。因而尽管SOEC与AEM在材料、设备等方面的关键技术尚有待突破，但从项目的长期价值看也同样值得关注。

固体氧化物电解槽通常在600℃以上的温度中运作，可利用废热提供能量，在无需使用贵金属催化剂的条件下电解效率极高，未来伴随对核电、光热、地热等清洁热源探索的日益推进，有望凭借高温契合性发挥高价值。进一步地，阴离子交换膜电解槽采用廉价非贵金属催化剂与碳氢膜，不仅在常温下具备启停快、电耗低的特征，还同样适用于可再生能源耦合，理论上使绿氢真正“制得好”“用得起”，代表着绿氢技术的最高潜力。

图2  当前四类主要电解水制氢技术一图对比

合理抉择，平衡项目效益的评价体系

ALK技术具备最高成熟度但未来进步空间不高，AEM技术虽具备最高潜力却仍有诸多难点亟待攻关，可谓“阶段不同、特征各异”。面对多元化的电解技术，绿氢项目的决策者应当如何有效评估其中的技术应用优先级？“三重底线”理论¹强调，企业和项目在追求经济效益的同时，还须关注环境和社会效益。对于绿氢项目而言，其执行与应用不仅要实现能源转型的经济价值，亦承担了环保和社会可持续发展的责任。因此，绿氢项目的技术选择应当在其中取得平衡，而非仅考虑单一经济目标。

进一步地，立足于不同电解技术的发展阶段与亮点特色，基于“三重底线”理论，我们提出可靠性（R）、经济性（E）、适配性（A）、环保性（P）等四个方面指标，从而支撑绿氢项目有效评估各电解技术在不同场景中的应用优先级，以保障项目的可持续发展。

图3  三重底线与四项指标的对应关系

1、可靠性（Reliable）：电解技术在长期稳定运行和维护中的表现，对于绿氢项目的建设运营至关重要。技术成熟度高的解决方案能够减少项目建设中的技术风险，确保制氢设备长期高效运行，适合规模化项目的可靠性需求。

2、经济性（Economical）：初始投资、运行成本和维护成本是绿氢项目能否在市场上实现经济可行性的关键。低成本高效益的技术不仅能降低建设投资门槛，还能确保项目在运营阶段维持稳定的资金流动和竞争力。

3、适配性（Adaptable）：即电解技术与不稳定新能源（如风电、光伏等绿电）的适配能力，该能力可快速响应并平稳利用波动性电力输入，确保绿电资源的高效消纳，从而使绿氢项目能够最大化利用清洁能源。

4、环保性（Pollution-free）：关注技术在运行过程中是否无污染、无有害物质排放。环保效益越高的技术越能确保项目在建设和运营中符合环保政策要求，减少对周围生态环境的负面影响，助力绿氢项目实现真正的可持续发展。

基于“R-E-A-P”体系，我们选取涵盖从大型集中式到小型分布式应用的多样化绿电制氢场景，并加以技术优先级匹配，为绿氢项目的技术选择提供典型参考。

（一）集中式场景：大规模园区制氢项目

大规模园区制氢项目通常布置在固定的工业园区场所，要求高效、连续且低成本地进行长期稳定生产。此类项目的核心需求在于高可靠性和经济性，以确保设备在高负荷运行下能够实现较低的单位制氢成本，满足大规模工业用氢的需求。同时，由于园区通常配备规模化的风光发电系统、储能系统及环保管理系统，对适配性、环保性的需求稍低。

在技术选择上，ALK技术的稳定性在工业园区类集中式场景中得到了广泛验证，适合低成本、大规模、长期限的制氢需求，拥有最高优先级；同时，工业场景易创造高温条件，可为高效率的SOEC技术应用提供有利环境。

（二）分布式场景：小规模分布式制氢项目

分布式制氢项目通常与风电、光伏等波动性电源相结合，部署在分散的区域，旨在满足分布式能源消纳和区域小规模用氢需求，因而对绿电耦合的适配性需求较高，要求电解槽能够快速响应波动性电源输入，以最大化绿电的消纳效果。由于分布式项目的储能空间较为有限，且其总投资和运行成本相对不充裕，在绿电消纳效率上的容错空间较小，因此适配性是此类项目的首要关注点，以确保项目能够在电力波动频繁的情况下稳定运行，尽管经济性、可靠性、环保性也需适当考量，但在较小项目规模下的优先级较弱。

在技术选择上，PEM技术由于其对绿电的良好适配性，能够有效利用风光等波动性能源，拥有最高优先级。此外，尽管AEM受限于不成熟性，但仍较无绿电耦合性的ALK、SOEC优先级更高。

（三）生态敏感式场景：海上制氢项目

作为生态敏感性下的典型场景，海上制氢项目通常依托海上风电场或偏远岛屿的清洁资源实现离网制氢，部署在远洋或海洋研究站等地，主要面向小规模的离散用氢需求。由于腐蚀性废弃物或有害物质的产生对生物及生态系统造成影响的可能性，该类项目要求制氢设备在保证环保性的同时，具备良好的经济可行性和较低的维护成本。

在技术选择上，AEM技术凭借低成本优势优于同样具备环保性的PEM，在以海上制氢项目为代表的生态敏感性场景中具备较高的优先级，尽管其技术成熟度尚未完全达到工业化水平，但其潜在的成本节约和环境适应性仍使其成为首选。而ALK及SOEC的应用存在难以规避的污染治理问题，在成本和环保性上均不占优。

图4  不同类型场景下指标权重参考值²

（四）典型案例：某中部城市绿色氢能交通示范项目

1、背景分析

某中部城市被列为国家级氢能交通示范区，计划建设多个公交加氢站，以支持清洁公共交通网络。加氢站拟自主建设光伏系统，且需在两年内完成投产并使用。

2、场景匹配

项目分布在多个独立的加氢站点，制氢规模较小，设备灵活性要求高，且需适应波动性电力输入。根据项目特点和需求，判断该项目属于小规模的分布式制氢场景，主要面向交通燃料应用。

3、指标评估

结合“R-E-A-P”指标体系，从项目条件和期望角度对四个指标进行分析：

（1）可靠性（R）

条件：公共交通运营需要连续供氢，要求设备停机率低，且研发时间较短。

期望：技术相对成熟，在保障运行稳定性的同时能够快速投产。

（2）经济性（E）

条件：初期预算有限，但示范项目部分由财政补贴支持。

期望：可以接受稍高的设备成本，但长期运行维护成本需控制在合理范围内。

（3）适配性（A）

条件：绿电来源波动较大，电解技术需适应频繁启停和波动性电力输入。

期望：设备能够快速响应绿电输入变化，以最大化绿电的利用率。

（4）环保性（P）

条件：项目位于城市区域，有一定环保要求，但较生态敏感区相对宽松。

期望：尽量避免污染排放，确保符合城市环保法规。

4、综合判断

基于指标评价分析所得条件与期望，以较差表现（1分）、一般表现（3分）、较佳表现（5分）对四项技术展开逐项评分，结合分布式场景下的参考指标权重，抉择出该项目理论条件下契合度最高的电解技术。在本案例中，PEM技术以4.2的综合得分，成为最优选择。

图5  某中部城市绿色氢能交通示范项目中电解技术选择综合判断得分情况

5、实例佐证

从长春氢能交通示范线路、白城分布式发电制加一体化示范项目、长江电力绿电绿氢示范项目等国内多个采用PEM电解水制氢技术的绿氢交通项目来看，这些项目均需保障制氢设备的长期稳定运行，同时具备相对可控的建设和运行成本，能够适应波动性可再生能源的电力输入，并在运行过程中实现零污染排放，与上文示例性质基本一致。其电解技术选择与上文基于“R-E-A-P”体系的评估结果高度吻合，进一步凸显了该评价体系在特定场景绿氢技术选择中的科学性与实用性。

图6  国内典型采用PEM电解水制氢技术的绿氢交通项目

结语

绿氢技术发展至今，已然能为氢能生产的环境友好性问题提供正向反馈。在实现双碳目标的紧迫呼声中和能源结构转型的战略需求下，通过基于“R-E-A-P”体系的科学评估，决策者能够在不同应用场景中精准匹配适宜的技术方案，最大化项目效益与价值。而随着各类电解技术不断进步与成本优化，我们还应当注意到多种技术组合应用的未来趋势，届时仍能在“R-E-A-P”体系下动态调整指标权重以适应新场景需求与新技术条件，重新在可靠性、经济性、适配性和环保性之间找到经济效益、社会效益、生态效益的平衡点。