方形槽的机遇与发展情况

方形槽的机遇与发展情况

在大型绿氢项目的市场需求和逐步完善的产业链配套双重助推

下，碱性电解槽正在往大标方持续突破创新。

而要实现大标方，则需要在电解槽结构、材料、工艺、控制系统

等多方面进行优化C在电解槽结构方面，目前国内主要有圆形带压、

方形常压、模块化三种结构技术路线：

圆形带压制氢技术是近几年国内碱性电解槽的主流路线，尤其早

期除高纯硅制造等项目，大标方电解制氢的主要应用场景仍是交通,

圆形带压电解槽有着一定的技术优势，而随着氢能应用场景的不断拓

展以及技术的不断完善，方形碱性电解槽的热度悄然走高。

日前，鄂尔多斯市伊金霍洛旗圣圆能源风光制氢加氢一体化项目

（二期）发布制氢设备招标公告，此次共计采购6000Nm3/H圆形碱

性电解槽（2000Nm3/H和1000Nm3/H电解槽各2套）、3000Nni3/H

方形碱性电解槽（2000Nm3/H和1000Nm3/H电解槽各1套）。考虑

到该项目所制氢气主要用于加氢站，预计该项目所用方形槽或采用相

对低压的工况，该项目也是截至目前国内已公布规模最大的方形碱槽

招标项目，2023年电解槽招标项目中仅有少数百方级方形碱槽项目,

这也标志着国内电解制氢市场正式迈入更深层次的探索示范阶段。而

截至目前，已有爱德曼、海德氢能、三一氢能、亿利氢田时、蓝拓氢

能、汉氢科技、菲尔特、吉冠科技、宏泽科技等企业布局方形碱槽

从招投标情况来看，近两年方形碱槽无论是总规模还是单项目规

模都相对较小，随着越来越多的企业发布大标方方形碱槽产品并进行

技术验证，2024年国内方形碱槽应用市场开始逐步走高。

1、面临的机遇与挑战

在电流密度方面：圆形碱性槽的电流密度一般在4000A/m2以内，

少数厂家的产品达到了6000A/m2,然而方形槽的电流密度轻轻松松

就可以达到10000A/nf,甚至更高。更高电密意味着更快的制氢速度

和更低单位能耗，这是实现绿氢经济性的核心。电解槽的形状对电流

密度影响很大。圆形电解槽由于极板直径大、进出口位置距离远以及

小室空间小等因素，气液流体在内部往往处于不均匀分布和流动状态,

易导致局部流体滞留和回流现象，电流往往集中在某些区域，降低了

电解效率。

而方形电解槽拥有零极距极板结构和低液阻分布式流道，内部流场分

布更均匀、简单直接，流体可从底部进，直线形从顶部出，能够有效

避免电流在槽内的漂移和集中现象，抑制了杂散电流的存在。提高电

流密度不仅能降低电解液的使用量和电解槽的体积，减小设备的占地

面积和投资成本。此外，高电流密度也使得方形槽反应更快，对风电

光伏波动性电源适应能力更强，其负荷范围一般可达到10%-120玳

在安全性方面，当前大部分方形槽采用常压设计，常压方形槽采

用的是成熟的氯碱电解槽工艺，与高压系统相比，常压系统下氢气泄

露速度会明显下降，具有更好的安全性。

在模块化方面，常压方形槽可以模块化成橇装化，便于分散式搬

移，降低了吊装难度，检修维护也更方便。并且，方形槽设计上不需

要考虑耐压问题，对端板、框架等强度要求低，节省材料投入，从而

更容易实现大型化，首先，常压方形电解槽这种技术路线虽然不考虑

耐压问题，但应用场景具有一定的局限性，在下游高压力场景应用时•,

需要增加压缩设备，增加设备投资和管理风险。尽管一些企业推出了

带压方形槽，但这又增加了方形槽的设计难度和成本。

其次，方形槽使用的密封垫片材质与圆形碱性槽密封垫片聚四氟乙烯

(PTFE)材质不同，方形槽的密封垫片材质为氟橡胶，这种材质在高

温环境下，容易老化变硬，降低密封性能，使其使用寿命缩短。一般

情况下，圆形碱性槽的密封寿命能达到10年，而方形槽每隔4-5年

就需要跟换一次垫片。

但是方形常压电解槽的占地面积较大，应用场景具有一定的局限

性，在下游高压力场景应用时\需要增加压缩设备，增加设备投资和

管理风险；而带压方形电解槽基于模块化提高了安装、维护和更换的

便利性；能带压运行，提高了系统的场景适应性，降低了二次增压需

求。同时，高效稳定的运行电流密度，确保高产了氢效率。近两年国

ALK低压电解槽是可提供预组装的橇装模块化的电解装置，榛装

式电解槽有助于简化新制氢厂的建设且保持较低成本，目前撬装模块

化的电解装置可通过累加实现吉瓦级的产能需求，适用于大规模制氢。

20MW模块参数

设计H2产能:4000Nm3/h

直流电耗（DC）：4.3kWh/Nm3

纯水用量：＜ll/Nm3H2

标准操作范围：10%T00%

电解槽出口H2产品质量：＞99.9%纯度（干基）

处理后H2产品质量（可选）：根据客户要求，可高达99.999%

电解槽出口H2产品压力：~300mbar

运行温度：最高90℃

ALK低压高电密电解槽（方形）8大优势

占地面积小30/1GW相比传统方案节省2.7万平方厂房

预装插片式模块化：维保成本节约3四

高电密:额定10kA/m?,最高12kA/m2

方形槽带压运行：工作压力0.3bar

大标方：单槽制氢规模1500标方/小时

10T100%宽功率范围

高适应性电源：等效96脉波，THD（总谐波含量）＜2%

集成立式分离器：分离效率提升50%,容积减小30%

二、三一氢能

三一集团有限公司始创于1989年。自成立以来，秉持“创建一

流企业，造就一流人才，做出一流贡献”的企业愿景，打造了业内知

名的“三一”品牌。

秉承“品质改变世界”的使命，三一每年将销售收入的5%左右

用于研发，致力打造世界一流的产品。发动机、控制器、油缸、泵阀

马达、减速机、回转支承底盘等核心零部件实现自主可控。专利申请

及专利授权数量均突破万件，成为中国申请及授权专利最多的工程机

械企业。

S系列3000标方方形电解槽

6大特点

单体制氢规模全球最大：全球领先的氢气产量，符合未来大规模

绿色氢能需求。

基于模块化设计理念：设计模块化，提高了安装、维护和更换的

便利性。

零极距设计，搭载先进的贵金属电极和复合隔膜：采用先进材料,

提高了电解效率和稳定性。

能带压运行：提高了系统的场景适应性，降低了二次增压需求。

运行电密超过10000A/m2：高效稳定的运行电流密度，确保高产

氢效率。

可靠性高，便于制造、运输、安装、维护和保养：双液压油缸自

动紧固+机械式锁紧的双重保险的行业首创技术，设计简洁、稳定性

高，降低了运营成本和维护难度。

9大核心优势

占地面积小：比传统方案节省2.7万平方米厂房；

预装插片式模块化，维保成本节约3四；

高电密：额定电密10000A/m2,最高电密12000A/m2；

方形槽带压运行：工作压力0.5MPa,氢气处理能力提升3倍；

大标方：单槽制氢规模3000Nm3/h,分离系统10000Nm3/h,纯化

系统20000Nm3/h；

功率波动范围1OQ12O96：启停次数减少30%

采用高适应性电源：等效96脉波，THD（总谐波含量）＜2%；

集成立式分离器：分离效率提升50%,容积减小30姒

SIEMS三一综合能源管理系统：绿电利用率提升10虹

三、宏泽（江苏）科技股份有限公司

宏泽（江苏）科技股份有限公司成立于2003年，专业从事离子

膜电解槽及其配件的研发、生产、销售。

主营产品：JHM系列膜极距离子膜电解槽制造、离子膜电解槽膜

极距升级改造、离子膜电解槽维修，以及多种离子膜电解槽配件，包

括：多种规格的可溶性聚四氟乙烯（PFA）防腐蚀软管、多种规格的

PFA覆膜式耐腐蚀橡胶垫片、钛锲总管等多种配件，为各离子膜烧碱

生产厂家提供一站式配套服务。

Hz系列碱性水制氢电解槽

2000Nm3/h的Hz电解槽额定电流密度为8000A/m2,稳态下直流

能耗为4.30kWh/Nm3,可在10%〜11096之间协同风光等可再生能源波

动特性进行调节，设计寿命可达20年。

大型化的制造工艺更简单，便于实现大型化，设计上不需要考虑

耐压问题，对端板、框架等强度要求低，节省材料投入，不需要设置

压力调节装置。

便于模块化，可轻松扩展至1000~4000m3/h规格，成组布置后可

实现单套系统8000标方/小时。；额定电密12000A/m2；可在10%~

110%之间协同风光等可再生能源波动特性进行调节；维护方便，可在

现场进行检修和更换。

四、山东蓝拓氢能源科技有限公司

山东蓝拓氢能科技有限公司位于日照金属表面处理中心注册资

本金5000万元，是一家从事电解槽及其核心配套项目的研发、生产

和销售的科创型企业，公司着眼于氢电耦合发展，着眼于绿色钢铁冶

炼、绿色港口建设、绿色炼化提升，为客户提供氢能制、储、力口、用

一体化解决方案和全过程运维服务。

目前，公司已形成“PPS基网+复合隔膜+方型常压电解槽”的产

品结构，基本形成“核心装备+关键配套”产业链发展模式。

1000Nm3/h常压电解槽

该电解槽工程验证的模块化常压电解槽实测电耗4.14kWh/Nm3,

制氢效率高达82%以上，分离器出口氢气纯度99.9%以上。是目前国

内唯一运行压力低于Ibar（表压），氧中氢含量低于0.2%的/电解水

制氢设备，负荷范围可达5~120%,系统升降负荷速率达到5.6%/s。

采用自主设计的零极距极板结构和低液阻分布式流道，匹配高亲

水、高泡点、低电阻、耐腐蚀复合隔膜，依托分布式耦合、多层级联

动的数字化控制系统，兼顾波动性高适应性好、安全性高、制氢效率

高、能耗低等特点。

相比传统的圆形高压电解槽，蓝昆氢能的模块化常压电解槽在安

全性、不稳定电源负荷宽适应性、运维便捷性、制氢高效性等方面具

备显著优势，形成了“高安全性运行、低载荷启动、模块化装配、低

成本运维”四大优势，能够更好的适应风电、光伏等不稳定电源/大

规模制氢需求。

预装插片式设计，可根据客户需求定制大标方电解槽，不同于传

统圆形高压电解槽体积和重量变大会带来一定的安全隐患，如部分小

室下坠容易漏碱的问题等，更适配大规模制氢。

采用零间隙技术，电极与隔膜几乎做到零距离，减小溶液电阻;

采用低压运行条件以及方形槽结构，优化电解液流场，促进气泡流通,

减小气泡电阻，结合复合隔膜性能优化，直流电耗W4.2kWh/Nm3、电

流密度28000A/nf、峰值电流密度212000A/nr、有效电解面积23.3

m2；

电解槽工作压力为0.2-0.3bar（表压），所用复合隔膜泡点大

于L5bar,可杜绝氢氧互窜带来的安全隐患；

功率波动范围5%~120%:启停次数减少30%,风光不稳定电源功率

匹配度高；

使用第三代复合隔膜，具有强离子传导性、高稳定性、高泡点及

高气密性。面电阻＜0.1Cen?,可降低5210%的制氢能耗；泡点〉

1.5bar；具有离子选择功能致密层和强亲水孔道复合结构膜的设计实

现低氢渗透。

五、亿利氢田时代

内蒙古亿利氢田时代技术有限公司由亿利资源集团与亿利洁能

股份公司共同出资成立，是一家集研发、设计、生产、销售各类电解

水制氢系统设备的高科技企业也是唯一一家入选内蒙古自治区工信

厅新能源装备制造企.业

高电密矩形碱性电解槽

氢田时代高电密矩形碱性电解槽采用矩形结构，相较同尺寸圆形

结构电解槽，材料使用效率更高、流场分布更合理；使用创新支撑架

构，可实现电解槽可极近似零间隙，大幅降低欧姆电阻，同时结合高

性能电极的应用，极大的提高制氢效率。

该项测试实证了矩形结构在大型化方面更具有优势，可实现更高

电流密度、更少小室数量、更小占地面积以及更低制造成本。阴极采

用自主研发高性能低成本电极，制氢能耗表现优异，在85c较低温

度下，经过7000A/m2电密连续24小时不停机运行数周后，未见性能

衰退。

独特的