制氢电源的发展现状及未来趋势
制氢电源是连接电网与电解槽之间的桥梁,用于将交流电/直流电转化为电解水制氢电解槽可用的直流电。一个完整的制氢电源系统主要包含整流柜、变压器、控制系统、冷却系统和辅助设备等。
1.制氢电源的发展现状
技术方面
技术路线多元发展:主要分为晶闸管(SCR)和IGBT两大路线。IGBT功率响应速度更快、全功率范围内效率更高,使系统在并网时具有更佳的电网友好性,能更好地匹配风光波动电力。另外还有新技术,碳化硅制氢电源,在制氢上应用经验较少,但在汽车、光伏、储能等行业应用成熟,具有谐波低、功率因数高、响应速度快、效率高、体积更小等优势。
性能持续提升:研发不断取得进展,制氢电源在功率调节响应速度、输出电压纹波控制等方面性能显著提升。如阳光氢能的PWM全控型制氢电源具备百毫秒级功率调节响应速度,输出电压纹波在1%以内。
专利技术不断涌现:如西安许继电气申请的“一种制氢电源及其低电压穿越控制方法、装置”专利,可在电网电压跌落时确保电解槽供电功率的最大稳定性。
市场方面
市场需求增长:随着绿氢产业发展,制氢电源需求及市场规模持续扩张。据预测,2030年制氢电源潜在市场规模将突破百亿元大关。
企业订单不断:阳光氢能、湖北英特利、中车时代电气、南瑞等企业在2024年纷纷中标多个制氢电源项目。
应用场景拓展:从传统的并网制氢,逐渐向离网制氢等场景拓展。英特利海外大功率PEM制氢电源验收成功,实现了海外光伏离网制氢项目的应用。
标准方面
由中车株洲电力机车研究所有限公司旗下中车时代电气牵头起草的《基于IGBT的可再生能源水电解制氢电源技术规范》于2024年5月通过专家审查,统筹规划了随机性、波动性、间歇性绿电制氢系统在宽负载条件下IGBT制氢电源合适的性能、功能要求及完整的测试规范。
2.制氢电源的挑战
技术层面
电网适应性问题:在弱电网环境下,电网阻抗会导致并网不稳定,电压背景谐波会造成并网电流畸变,电压频率相位跳变易使锁相失败。
功率提升难题:随着电解槽向大标方、高功率发展,制氢电源功率需相应提升至20MW,这对电源的控制系统和散热能力提出更高要求。
转换效率瓶颈:风光发电输出功率与电压波动大,制氢电源常处于低压工作状态,转换效率提升困难。
成本层面
设备成本高:IGBT整流电源在大功率场景技术尚在起步阶段,SiC整流器成熟度和规模化应用尚在培育中,导致制氢电源设备成本难降。
电力成本波动:可再生能源发电成本虽在下降,但仍有波动性,部分地区上网电价较高,使制氢电力成本难以降低。
标准和法规层面
标准不统一:目前新能源制氢技术标准不完善,不同地区、企业间在制氢电源的性能标准等方面存在差异,导致市场上产品质量参差不齐,给技术推广和应用带来困难。
法规不完善:制氢电源的生产、使用等涉及多个部门监管,相关法规和政策不够完善,给企业生产经营带来不确定性。
3.制氢电源的未来发展趋势
技术方面
性能持续优化:制氢电源将不断提升低压转换效率,以适应风光电力的波动。同时,会进一步降低谐波,减少对电气设备的损耗与老化。
IGBT技术拓展:IGBT制氢电源将朝着适配大功率场景发展,提高在低压情形下的转换效率,并随着关键部件的国产化,制造成本有望进一步降低。
晶闸管制氢电源改进:晶闸管制氢电源会在增加谐波补偿装置、抗谐波装置的基础上提高转换效率,如通过12脉波-96脉波实现多脉波整流等,更好适配离网/弱并网条件下的制氢场景。
市场方面
市场规模扩大:随着绿氢需求增长,电解槽市场需求扩张,制氢电源需求及市场规模也将持续扩张,2030年制氢电源潜在市场规模将突破百亿元大关。
应用场景拓展:在风光氢一体化项目、分布式能源项目以及海上风电制氢等领域,制氢电源的应用场景将不断拓展。
与储能协同发展:制氢电源将与储能系统形成更紧密的协同,通过储能系统的调节作用,平滑风光发电的功率波动,为制氢电源提供更稳定的输入电源,提高制氢系统的整体稳定性和效率。
政策与标准方面
政策支持加强:随着氢能产业的战略地位不断提升,政府将出台更多支持制氢电源发展的政策,包括补贴、税收优惠、项目审批绿色通道等,推动制氢电源技术创新和产业发展。
标准体系完善:制氢电源的相关标准将不断完善,统一的标准将有助于规范市场秩序,促进不同企业产品的兼容性和互换性,推动制氢电源行业的健康发展。
成本售价方面
2024年5MW等级晶闸管制氢电源(不含变压器)成交价在15-20万元,IGBT制氢电源(不含变压器)成交价在80-90万年。预计到2025年,竞争会加剧,多个公司切入IGBT制氢电源市场,IGBT制氢电源(不含变压器)的成交价会到60-70万,晶闸管制氢电源价格已经很低,预计到15万,也不会再有大的降本空间。未来制氢电源市场主要还是IGBT制氢电源的竞争。
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