導語

縱觀全球政策、產業趨勢，尤其是在如今日益緊迫的新能源消納及儲能需求下，灰氫、藍氫已不再滿足未來場景，投入發展綠電制氫技術逐漸成為當下共識。各方積極入局之下，綠氫技術層出不窮，其中不乏有技術率先邁入商業化階段，盡管應用較為成熟，但仍有待進一步提升和完善，也有技術仍在實驗室精雕細琢，潛力無限但尚待驗證。

本篇在拋出綠電制氫項目技術選擇難題的基礎之上，厘清行業現狀、尋覓發展焦點，通過創新設計“R-E-A-P”指標體系，嘗試針對不同典型場景開展技術優先級匹配，為綠氫項目的前期規劃與決策環節提供有益參考，助力綠氫產業的可持續發展。

事前思考，綠氫項目規劃的關鍵問題

“綠電制氫”，即通過引入風光資源完成電解水制氫，在基本實現全程零碳排放的同時，憑借氫儲對綠電波動性的平抑作用，為新能源的消納儲能提供全新路徑。面對“雙碳”目標的持續推進與綠電規模的迅猛發展，近年來，綠氫項目得到愈來愈多的關注，市場空間也正被不斷挖掘。

圖1  并網型風電/光電制氫系統架構

受限于相關離網技術的研發進展，目前市面上的綠氫項目大多以并網型綠電制氫系統的形式進行運轉。盡管整體架構相對趨同，但“花樣”則出在其中核心的電解環節。當前主流的電解技術已有堿性電解水技術（ALK）、質子交換膜電解水技術（PEM）、固體氧化物水電解技術（SOEC）、陰離子交換膜電解水技術（AEM），皆在不斷迭代創新。面對電解技術的多樣性，綠氫項目決策者和實施者常常面臨如下難題：

“各個電解技術的發展進程不一，且不同應用場景下的需求差異顯著，應如何根據具體場景選擇合適的電解技術？”

技術本身是否匹配項目應用場景需求不僅決定了項目執行，也直接影響到經濟效益和環境效益。因此，明確各類電解技術的基本特征及其在不同場景中的應用優先級是實現綠氫項目價值最大化的關鍵所在，以確保技術選擇能夠在性能、成本與可持續發展之間實現最佳平衡。

厘清現狀，主流綠氫技術的不同進展

先知全貌，后知甚解。不同技術在成熟度、適配性和潛在價值上的顯著差異，不僅決定了其當前的應用領域，也影響著其未來發展方向。因此，在討論綠氫項目如何選擇最契合的電解技術之前，需率先厘清不同技術的發展階段與顯著特點，以為后續的決策評估提供可憑之據。

具體來看，由于堿性電解槽已基本實現國產化，加之陰陽電極板中不含貴金屬，堿性電解槽的設備成本及運行成本較低，已成為當前主流，且可預見的，其在未來10至20年仍將占據統治地位。而進一步聚焦于風光資源的隨機性對電解水制氫設備的耦合匹配要求，質子交換膜電解槽“綠電親和”特性的價值日益凸顯。依托高導電性的質子交換膜與高活性的催化劑，質子交換膜電解槽負荷范圍寬、運行靈活，且在低溫低壓的操作條件下啟停迅速，更適用于平抑風電、光電并網發電的波動性。因而在如今可再生能源裝機容量迅猛增長的大背景下，PEM大有對ALK技術規模應用的替代之勢，或為下一風口。

不過，ALK工藝相對簡單，存在電解質溶液具有腐蝕性等不可忽視的技術問題，同時PEM需貴金屬催化，電解槽的建設與運維成本偏高，未來發展易觸頂。因而盡管SOEC與AEM在材料、設備等方面的關鍵技術尚有待突破，但從項目的長期價值看也同樣值得關注。

固體氧化物電解槽通常在600℃以上的溫度中運作，可利用廢熱提供能量，在無需使用貴金屬催化劑的條件下電解效率極高，未來伴隨對核電、光熱、地熱等清潔熱源探索的日益推進，有望憑借高溫契合性發揮高價值。進一步地，陰離子交換膜電解槽采用廉價非貴金屬催化劑與碳氫膜，不僅在常溫下具備啟停快、電耗低的特征，還同樣適用于可再生能源耦合，理論上使綠氫真正“制得好”“用得起”，代表著綠氫技術的最高潛力。

圖2  當前四類主要電解水制氫技術一圖對比

合理抉擇，平衡項目效益的評價體系

ALK技術具備最高成熟度但未來進步空間不高，AEM技術雖具備最高潛力卻仍有諸多難點亟待攻關，可謂“階段不同、特征各異”。面對多元化的電解技術，綠氫項目的決策者應當如何有效評估其中的技術應用優先級？“三重底線”理論¹強調，企業和項目在追求經濟效益的同時，還須關注環境和社會效益。對于綠氫項目而言，其執行與應用不僅要實現能源轉型的經濟價值，亦承擔了環保和社會可持續發展的責任。因此，綠氫項目的技術選擇應當在其中取得平衡，而非僅考慮單一經濟目標。

進一步地，立足于不同電解技術的發展階段與亮點特色，基于“三重底線”理論，我們提出可靠性（R）、經濟性（E）、適配性（A）、環保性（P）等四個方面指標，從而支撐綠氫項目有效評估各電解技術在不同場景中的應用優先級，以保障項目的可持續發展。

圖3  三重底線與四項指標的對應關系

1、可靠性（Reliable）：電解技術在長期穩定運行和維護中的表現，對于綠氫項目的建設運營至關重要。技術成熟度高的解決方案能夠減少項目建設中的技術風險，確保制氫設備長期高效運行，適合規模化項目的可靠性需求。

2、經濟性（Economical）：初始投資、運行成本和維護成本是綠氫項目能否在市場上實現經濟可行性的關鍵。低成本高效益的技術不僅能降低建設投資門檻，還能確保項目在運營階段維持穩定的資金流動和競爭力。

3、適配性（Adaptable）：即電解技術與不穩定新能源（如風電、光伏等綠電）的適配能力，該能力可快速響應并平穩利用波動性電力輸入，確保綠電資源的高效消納，從而使綠氫項目能夠最大化利用清潔能源。

4、環保性（Pollution-free）：關注技術在運行過程中是否無污染、無有害物質排放。環保效益越高的技術越能確保項目在建設和運營中符合環保政策要求，減少對周圍生態環境的負面影響，助力綠氫項目實現真正的可持續發展。

基于“R-E-A-P”體系，我們選取涵蓋從大型集中式到小型分布式應用的多樣化綠電制氫場景，并加以技術優先級匹配，為綠氫項目的技術選擇提供典型參考。

（一）集中式場景：大規模園區制氫項目

大規模園區制氫項目通常布置在固定的工業園區場所，要求高效、連續且低成本地進行長期穩定生產。此類項目的核心需求在于高可靠性和經濟性，以確保設備在高負荷運行下能夠實現較低的單位制氫成本，滿足大規模工業用氫的需求。同時，由于園區通常配備規模化的風光發電系統、儲能系統及環保管理系統，對適配性、環保性的需求稍低。

在技術選擇上，ALK技術的穩定性在工業園區類集中式場景中得到了廣泛驗證，適合低成本、大規模、長期限的制氫需求，擁有最高優先級；同時，工業場景易創造高溫條件，可為高效率的SOEC技術應用提供有利環境。

（二）分布式場景：小規模分布式制氫項目

分布式制氫項目通常與風電、光伏等波動性電源相結合，部署在分散的區域，旨在滿足分布式能源消納和區域小規模用氫需求，因而對綠電耦合的適配性需求較高，要求電解槽能夠快速響應波動性電源輸入，以最大化綠電的消納效果。由于分布式項目的儲能空間較為有限，且其總投資和運行成本相對不充裕，在綠電消納效率上的容錯空間較小，因此適配性是此類項目的首要關注點，以確保項目能夠在電力波動頻繁的情況下穩定運行，盡管經濟性、可靠性、環保性也需適當考量，但在較小項目規模下的優先級較弱。

在技術選擇上，PEM技術由于其對綠電的良好適配性，能夠有效利用風光等波動性能源，擁有最高優先級。此外，盡管AEM受限于不成熟性，但仍較無綠電耦合性的ALK、SOEC優先級更高。

（三）生態敏感式場景：海上制氫項目

作為生態敏感性下的典型場景，海上制氫項目通常依托海上風電場或偏遠島嶼的清潔資源實現離網制氫，部署在遠洋或海洋研究站等地，主要面向小規模的離散用氫需求。由于腐蝕性廢棄物或有害物質的產生對生物及生態系統造成影響的可能性，該類項目要求制氫設備在保證環保性的同時，具備良好的經濟可行性和較低的維護成本。

在技術選擇上，AEM技術憑借低成本優勢優于同樣具備環保性的PEM，在以海上制氫項目為代表的生態敏感性場景中具備較高的優先級，盡管其技術成熟度尚未完全達到工業化水平，但其潛在的成本節約和環境適應性仍使其成為首選。而ALK及SOEC的應用存在難以規避的污染治理問題，在成本和環保性上均不占優。

圖4  不同類型場景下指標權重參考值²

（四）典型案例：某中部城市綠色氫能交通示范項目

1、背景分析

某中部城市被列為國家級氫能交通示范區，計劃建設多個公交加氫站，以支持清潔公共交通網絡。加氫站擬自主建設光伏系統，且需在兩年內完成投產并使用。

2、場景匹配

項目分布在多個獨立的加氫站點，制氫規模較小，設備靈活性要求高，且需適應波動性電力輸入。根據項目特點和需求，判斷該項目屬于小規模的分布式制氫場景，主要面向交通燃料應用。

3、指標評估

結合“R-E-A-P”指標體系，從項目條件和期望角度對四個指標進行分析：

（1）可靠性（R）

條件：公共交通運營需要連續供氫，要求設備停機率低，且研發時間較短。

期望：技術相對成熟，在保障運行穩定性的同時能夠快速投產。

（2）經濟性（E）

條件：初期預算有限，但示范項目部分由財政補貼支持。

期望：可以接受稍高的設備成本，但長期運行維護成本需控制在合理范圍內。

（3）適配性（A）

條件：綠電來源波動較大，電解技術需適應頻繁啟停和波動性電力輸入。

期望：設備能夠快速響應綠電輸入變化，以最大化綠電的利用率。

（4）環保性（P）

條件：項目位于城市區域，有一定環保要求，但較生態敏感區相對寬松。

期望：盡量避免污染排放，確保符合城市環保法規。

4、綜合判斷

基于指標評價分析所得條件與期望，以較差表現（1分）、一般表現（3分）、較佳表現（5分）對四項技術展開逐項評分，結合分布式場景下的參考指標權重，抉擇出該項目理論條件下契合度最高的電解技術。在本案例中，PEM技術以4.2的綜合得分，成為最優選擇。

圖5  某中部城市綠色氫能交通示范項目中電解技術選擇綜合判斷得分情況

5、實例佐證

從長春氫能交通示范線路、白城分布式發電制加一體化示范項目、長江電力綠電綠氫示范項目等國內多個采用PEM電解水制氫技術的綠氫交通項目來看，這些項目均需保障制氫設備的長期穩定運行，同時具備相對可控的建設和運行成本，能夠適應波動性可再生能源的電力輸入，并在運行過程中實現零污染排放，與上文示例性質基本一致。其電解技術選擇與上文基于“R-E-A-P”體系的評估結果高度吻合，進一步凸顯了該評價體系在特定場景綠氫技術選擇中的科學性與實用性。

圖6  國內典型采用PEM電解水制氫技術的綠氫交通項目

結語

綠氫技術發展至今，已然能為氫能生產的環境友好性問題提供正向反饋。在實現雙碳目標的緊迫呼聲中和能源結構轉型的戰略需求下，通過基于“R-E-A-P”體系的科學評估，決策者能夠在不同應用場景中精準匹配適宜的技術方案，最大化項目效益與價值。而隨著各類電解技術不斷進步與成本優化，我們還應當注意到多種技術組合應用的未來趨勢，屆時仍能在“R-E-A-P”體系下動態調整指標權重以適應新場景需求與新技術條件，重新在可靠性、經濟性、適配性和環保性之間找到經濟效益、社會效益、生態效益的平衡點。