當(dāng)前電解水制氫技術(shù)共有四大儲(chǔ)氫技術(shù)，分別為堿性電解水制氫（ALK）、質(zhì)子交換膜水（PEM）、AEM、SOEC，這四種電解水技術(shù)在材料、性能、效率和成本等方面都有各自的優(yōu)勢(shì)。目前ALK和PEM是我國(guó)常用的制氫路線，兩種制氫各有適用的應(yīng)用場(chǎng)景，但某些場(chǎng)景下也可聯(lián)合應(yīng)用。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021-2023年間，堿性電解水制氫占綠氫項(xiàng)目市場(chǎng)份額的91.8%，尤其是在超100MW的大規(guī)模綠氫項(xiàng)目中，全部是采用ALK技術(shù)方案，究其原因，是要保證制氫的經(jīng)濟(jì)性。PEM雖然響應(yīng)速度快、綠電耦合性好，但因催化劑成本過高（含貴金屬銥等），一次性購置費(fèi)用是堿性電解水制氫的5倍以上，更適用于分布式制氫。
但在綠氫項(xiàng)目電解槽配備中，堿性和PEM并不是非此即彼的。二者配合可提高制氫效率，有效降低制氫成本。
兩種電解水制氫技術(shù)成本及降本路徑
堿性電解水制氫是指在堿性電解質(zhì)環(huán)境下進(jìn)行電解水制氫的過程，最大的優(yōu)勢(shì)是陰陽電極板中不含有貴金屬，因此電解槽的成本相對(duì)較低。
質(zhì)子交換膜水（PEM）電解制氫是指使用質(zhì)子交換膜作為固體電解質(zhì)，并使用純水作為電解水制氫的原料的制氫過程。PEM電解水制氫系統(tǒng)由PEM電解槽和輔助系統(tǒng)（BOP)組成。
和堿性電解水制氫技術(shù)相比，PEM電解水制氫技術(shù)工作效率更高，具有PEM電解水制氫技術(shù)具有電流密度大、氫氣純度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。但是由于PEM電解槽需要在強(qiáng)酸性和高氧化性的工作環(huán)境下運(yùn)行，因此設(shè)備對(duì)于價(jià)格昂貴的金屬材料如銥、鉑、鈦等更為依賴，導(dǎo)致成本過高。
兩種電解槽如何有效降本，首先要從電流密度、單位電耗、負(fù)荷范圍、響應(yīng)速率來理解技術(shù)指標(biāo)與成本的關(guān)系。
電流密度決定設(shè)備成本，單位電耗決定能耗成本：電流密度越高，單位電耗越低→設(shè)備和能耗成本小。經(jīng)計(jì)算，電流密度越高，電解槽功率密度越大，單位功率電解槽材料用量越少，設(shè)備成本越低；單位電耗越小，每生成1Nm3氫氣的耗電量越少，能耗成本越低。
堿性電解槽的電流密度通常為0.25A/cm2-0.4A/cm2，系統(tǒng)電耗為4.8-5.5kwh/Nm3：PEM電解槽的電流密度通常為1A/cm2-3A/cm2，系統(tǒng)電耗為4.4-5kwh/Nm3。
負(fù)荷范圍方面，可再生能源發(fā)電的功率輸出波動(dòng)范圍極大，以風(fēng)力發(fā)電為例，極端情況下可在0-100%范圍內(nèi)變化。所以負(fù)荷范圍越寬，響應(yīng)速率越快，與風(fēng)光等可再生能源制氫的耦合性越好。
堿性電解槽負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍為20%-100%，難以快速啟動(dòng)停止和變載。PEM電解槽負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍達(dá)0%-120%，可以實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)停止和快速響應(yīng)，可見在可再生能源制氫方面，PEM適配性更好。
堿性電解槽降本要從降低電耗、提高綜合性價(jià)比入手。堿性制氫系統(tǒng)每生產(chǎn)1標(biāo)方氫氣需要5kwh，電價(jià)0.3元/kwh、年工作小時(shí)數(shù)3000h，堿性電解水制氫成本為20元/kg，其中電耗成本占比82%、設(shè)備成本僅占18%。目前國(guó)內(nèi)廠商主要通過改進(jìn)隔膜、加入貴金屬催化劑、優(yōu)化電解槽結(jié)構(gòu)等來降低單位電耗、提高電流密度，降低電耗成本。
PEM電解槽降本要從提高電流密度，減少材料用量，降低設(shè)備成本入手。
PEM制氫系統(tǒng)的成本中電耗成本接近52%、設(shè)備成本占比48%。相比堿性，PEM的設(shè)備成本仍然占比較高，因此未來核心要通過提高電流密度、降低貴金屬銥載量來減少設(shè)備成本。
“堿性+PEM”組合制氫項(xiàng)目
吉林省生態(tài)環(huán)境廳發(fā)布中能建松原氫能產(chǎn)業(yè)園（綠色氫氨醇一體化）項(xiàng)目環(huán)境影響報(bào)告書受理公示。
該項(xiàng)目應(yīng)用了堿性和PEM電解槽組合制氫，此前也有吉林大安風(fēng)光制綠氫合成氨一體化示范項(xiàng)目和內(nèi)蒙古華電達(dá)茂旗20萬千萬綠氫示范項(xiàng)目應(yīng)用了組合制氫模式。

可以發(fā)現(xiàn)，3個(gè)項(xiàng)目仍以堿性電解槽為主，大安項(xiàng)目PEM電解槽占比稍高，在22%。
基于技術(shù)成熟情況，堿性電解槽在國(guó)內(nèi)具有更明顯的成本優(yōu)勢(shì)。但堿性電解槽對(duì)電力穩(wěn)定性較高，不適用于風(fēng)光等間歇性電能，更實(shí)用于電網(wǎng)電解制氫。而PEM電解槽風(fēng)光耦合能力更強(qiáng)，冷啟動(dòng)時(shí)間、響應(yīng)速率、負(fù)荷范圍分別為20-30分鐘、秒級(jí)、5-125%，均優(yōu)于堿性電解槽的1-2小時(shí)、數(shù)十秒級(jí)、30-100%，故更適配風(fēng)光發(fā)電的波動(dòng)性。
隨著PEM設(shè)備的降本，堿性+PEM協(xié)同制氫是未來的發(fā)展趨勢(shì)，有數(shù)據(jù)表明，當(dāng)用電成本為0.3元/度時(shí)，50%堿性+50%PEM的成本與100%堿性的成本相當(dāng)，且在成本不變的狀態(tài)下加強(qiáng)了風(fēng)光耦合，提高了制氫效率。