隨著綠氫產(chǎn)業(yè)朝著大規(guī)模、高效益的方向發(fā)展，制氫電源作為電解水制氫系統(tǒng)中關鍵的電能轉(zhuǎn)換裝置，重要性日益凸顯。
綠氫項目到底該怎么選擇制氫電源呢？業(yè)內(nèi)人士分析認為，這要看業(yè)主需求，包括了項目規(guī)模、前期投資、后期運營成本，不同電解槽的適應性等。
從目前市場應用的技術路線來看，制氫電源大致可以分為晶閘管（SCR）電源、絕緣柵雙極晶體管（IGBT）電源兩類。晶閘管制氫電源技術成熟且成本低；而IGBT制氫電源對電網(wǎng)的友好能力更強，系統(tǒng)綜合轉(zhuǎn)換效率也更高，正在成為行業(yè)的熱門賽道。
技術路線對比
制氫電源在可再生電力制氫網(wǎng)絡中，起到向上承接電網(wǎng)電力，向下為制氫電解槽供電的功能，其主要作用是將交流電/直流電轉(zhuǎn)化為電解水制氫可用的直流電。
一個完整的制氫電源主要包含整流柜、變壓器、控制系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和輔助設備，其中整流柜是電流轉(zhuǎn)換的核心場所，整流柜的核心為功率模塊可分為SCR或IGBT功率半導體器件。當前業(yè)內(nèi)提到的制氫電源，其實指的是晶閘管整流柜和IGBT整流柜。
在氯堿制氫行業(yè)中，晶閘管整流柜已有超過40年的應用歷史，由于氯堿電解槽與堿性制氫電解槽在用電參數(shù)上存在相似性，晶閘管整流柜在穩(wěn)定的電力環(huán)境下可直接應用于制氫行業(yè)。
晶閘管制氫電源使用數(shù)字電路控制晶閘管導通，從而實現(xiàn)整流的電器，能滿足高電壓、大電流條件下的工作環(huán)境，其功率通?？蛇_到MW級。晶閘管制氫電源的優(yōu)點在于技術成熟、單體設備成本較低、可適用大功率場景，目前中石化新疆庫車、華電達茂旗、遠景赤峰等綠氫項目采用了晶閘管制氫電源。
從技術上來講，晶閘管電源應用于可再生能源制氫場景時，也存在一些挑戰(zhàn)。由于晶閘管電源受其半控型電力電子器件自身特性限制，晶閘管可以控制導通但不能關斷，只能依靠電網(wǎng)的關斷而關斷。其網(wǎng)側(cè)電流諧波含量高，對電網(wǎng)友好性差，影響可再生能源制氫系統(tǒng)并網(wǎng)；其動態(tài)響應速度慢，無法快速匹配可再生能源波動性；并且在綠氫項目中需配套特種整流變壓器、有載調(diào)壓開關、SVG/SVC、水冷裝置等，投資綜合成本高，系統(tǒng)綜合轉(zhuǎn)換效率低。
目前我國綠氫項目往往需要依靠部分電網(wǎng)支撐，暫時無法做到離網(wǎng)制氫。而采用傳統(tǒng)的并網(wǎng)接入方式，電網(wǎng)公司往往會幫助制氫企業(yè)承擔一部分電力調(diào)峰責任，從而保障前端波動性和間歇性的可再生能源與后端化工生產(chǎn)所要求的安全穩(wěn)定相結合。因此制氫電源對電網(wǎng)得友好性就至關重要。
相比晶閘管，IGBT的開關控制更為精細，開關頻率更高，相應產(chǎn)生的諧波也較少，電能質(zhì)量更高。同時還具備無功補償能力，可替代35kV側(cè)無功補償裝置。此外，其配套設備也較少，系統(tǒng)綜合轉(zhuǎn)化效率更高。
當然，IGBT制氫電源也存在一些發(fā)展瓶頸，相比晶閘管，IGBT制氫電源的單體成本更高，是晶閘管制氫電源價格的3-5倍。而且，作為一種新興技術路線，IGBT制氫電源的穩(wěn)定性和項目適應性還需要在還需要進一步驗證。
目前來看，在制氫示范項目中，IGBT制氫電源的應用展現(xiàn)出一定的上升趨勢。部分項目還采用了晶閘管+IGBT相結合的方式。有業(yè)內(nèi)人士分析，項目業(yè)主方采用晶閘管+IGBT相結合，主要還是從成本角度考慮。當前兩種技術路線還在發(fā)展，最終選擇還是要看業(yè)主需求，這包括了項目規(guī)模、前期投資、后期運營成本，不同電解槽的適應性、占地面積、維護量等各項指標，且不同的業(yè)主也會有不同的側(cè)重點。
IGBT電源發(fā)展?jié)摿Ω?/span>
因在可再生能源制氫系統(tǒng)中技術優(yōu)勢更大，IGBT制氫電源逐漸成為行業(yè)熱門賽道。陽光氫能、中車時代、偉創(chuàng)電氣、許繼電氣、南都電源、匯川技術、禾望電氣、雷動智創(chuàng)、英博新能源、康頻電氣、艾迪森科技、中科智寰等企業(yè)，都已瞄準IGBT技術路線，搶灘制氫電源賽道。
其中，陽光氫能PWM制氫電源采用IGBT全控型功率器件，市場表現(xiàn)十分出色。今年8月，陽光氫能中標中能建松原氫能產(chǎn)業(yè)園（綠色氫氨醇一體化）示范項目，將為項目提供16套PWM制氫電源。截至目前，其PWM制氫電源中標規(guī)模超過400MW，已在內(nèi)蒙古深能北方光伏制氫項目、湖北長江電力綠電綠氫示范項目、大安風光制綠氫合成氨一體化項目等示范項目上應用。
現(xiàn)在越來越多的企業(yè)涌入IGBT制氫電源領域，并獲得批量訂單，也表明了業(yè)內(nèi)對這個技術路線的認可。隨著眾多企業(yè)入局，IGBT制氫電源單體價格已經(jīng)出現(xiàn)了下降，據(jù)高工氫電了解到，一些頭部企業(yè)的1000標方IGBT制氫電源價格已經(jīng)從原來的120～150萬元降到了100萬元以內(nèi)。
此外，IGBT制氫電源初始投資成本的劣勢，還可以通過綜合成本來彌補。據(jù)英博新能源制氫事業(yè)部營銷經(jīng)理郭小龍介紹，IGBT電源無需額外配置SVG/SVC或有載調(diào)壓開關等消諧及功率因數(shù)改善設備、可替代35kV側(cè)無功補償裝置，降低了投資維護成本和工作損耗。通過對比1000標方系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率，他們發(fā)現(xiàn)IGBT電源系統(tǒng)比晶閘管電源系統(tǒng)效率高0.7%，按照此效率計算，每套制氫系統(tǒng)，每年工作8000小時，電費按照0.4元計算，每年可節(jié)省電費11萬元。
隨著綠氫產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化發(fā)展，IGBT電源在制氫電源賽道上還有進一步發(fā)展的空間。近日，國家能源集團寧東可再生氫碳減排示范區(qū)一期項目永利制氫廠成功產(chǎn)出綠氫。這也是例全部使用IGBT電源制氫站投產(chǎn)的案例。據(jù)悉此項目包含50萬千瓦光伏、12萬千瓦制氫光伏，新能源并網(wǎng)點與制氫站相距33千米，是典型的弱電網(wǎng)系統(tǒng)。項目團隊連續(xù)攻克制氫電源在低慣性、弱穩(wěn)定性、弱抗擾性及出力隨機性等特征下的弱電網(wǎng)環(huán)境中的穩(wěn)定性難題和變壓器合閘勵磁涌流造成網(wǎng)壓跌落適應性難題。
雷動智創(chuàng)總經(jīng)理李海東表示，當前制氫電源這個行業(yè)剛起步，對于電槽跟電源之間的搭配、包括運行工況邊界界定等，還需要一段時間的運行數(shù)據(jù)的積累。隨著示范項目增多、行業(yè)認知逐步提升，IGBT制氫電源設計優(yōu)化也會進一步提升，從而更有力支撐可再生能源制氫發(fā)展；同時，經(jīng)過驗證的IGBT電源，有望市場需求進一步擴大，生產(chǎn)企業(yè)通過技術升級推動IGBT制氫電源行業(yè)的規(guī)模化生產(chǎn)，也將推動單個產(chǎn)品的生產(chǎn)成本進一步下降。
總體來看，目前晶閘管制氫電源獲得了不錯訂單，但IGBT制氫電源對電網(wǎng)的保護性更強，對于電網(wǎng)能量波動的適應性也更強，隨著大功率電解槽以及弱并網(wǎng)或純離網(wǎng)的制氫場景出現(xiàn)，IGBT制氫電源有望得到更廣闊的應用空間。
