电解槽效率：这个数字意味着什么，又该如何比较

效率是每台电解槽销售时最核心的数字，也是在不同供应商之间最难比较的数字。这并不是因为有人在作假，而是因为一个百分比背后隐含了四项选择，两家供应商可以做出不同的选择，而且都没有错。

每个数字背后的三个常数

低于 1.48 V 时，单电池需要从环境中吸热才能维持反应；高于这一电压时，单电池会放热。HHV 基准正是由这个电压而来，您所见到的任何效率百分比，都是相对于前两个数字之一计算的。

在 25 °C 标准温度下，HHV 为 285.8 kJ/mole H2，对应分解水的热力学最低单电池电压 1.48 V。

来源NREL, Summary of Electrolytic Hydrogen Production (2004), Appendix B: 39.4 and 33.3 kWh/kg · Ginsberg et al., Solar RRL 2022: 1.48 V thermoneutral voltage

用哪种热值，用哪个单位

由于 39.4 除以 33.3 约为 1.18，同一台设备按 HHV 计算的效率比按 LHV 计算高出约 18%。一套 LHV 效率为 64% 的系统，按 HHV 计约为 76%。两个数字都没有错，描述的是完全相同的硬件。

不注明热值基准的百分比，算不上技术参数。

按 Nm³ 给出的数字还多了一项选择：参考温度。1 kg 氢气约为 11.1 Nm³（0 °C、1 atm），但按 20 °C 计约为 11.9 m³，因此取决于技术参数表采用哪种参考条件，同一台设备的每立方米数值会相差约 7%。

由单电池电压计算的效率还假设全部电流都用于产氢。实际上会有少量氢气和氧气透过膜，一部分电流因此损失，所以值得问一句：这个数字是否计入了法拉第效率，还是仅为电压效率。

数字是在哪里测得的

单电池数据来自测试夹具中的单个 MEA。没有管路，没有相邻单电池，也没有共用的电解液回路，因此没有任何因素拖累它。这是供应商能拿出的最高数字，反映的是材料水平，而不是产品水平。

系统数据则加上了整流器、循环泵、气液分离、干燥和控制系统。三者之中，只有它与您电表记录的用电量相对应。我们自己的电堆效率按电堆边界给出，并明确注明这一点。

这三个数字本身都没有问题，只是回答的问题不同。问题只出在把一家供应商的单电池数据与另一家的系统数据放在一起比较的时候。

在我们自己的设备上，电堆边界与系统边界之间的差距约为每千克 10 kWh：

当供应商给出系统数据时，还要问清楚干燥和冷却是否包含在内。如果应用需要高纯氢气而加装了干燥器，干燥器本身也要耗电。

在什么负荷下，运行了多久

电解的效率会随着运行强度降低而升高。电流密度越低，过电位越低，所以在额定电流一半下运行的电堆，每生产一千克氢气的耗电量低于同一电堆在额定电流下的耗电量，但单位投资的产氢量也相应减少。只报效率而不报电流密度，就略去了设计者实际做出的取舍。

我们自己的 HXS-2 可以说明这一影响有多大。以下三个点来自同一条极化曲线，在同一天、相同条件下测得（0.1 M KOH、50 °C、常压、寿命初期）：

报 95.0% 看起来更好，但在 0.19 A/cm² 下，同一电堆的产氢量只有 50 A 时的约 30%。我们给出的是 50 A 下的 90.0%。

温度和电解液浓度也会朝同一方向影响这个数字：在常规运行范围内，单电池温度越高或电解液浓度越高，相同电流密度下的单电池电压越低。因此同一硬件在 60 °C 和 40 °C 下的数字并不是同一个结论。出口压力的影响方向相反，但幅度很小：我们的 HXS-2 在 50 A 下从常压改为 8 barg 运行，电堆电压从 44.18 V 升至 44.56 V，增幅不到 1%。

运行时间同样有影响。所有电解槽都会衰减，如果技术参数没有说明引用的是衰减曲线上的哪一点，那多半是寿命初期的数值。务必问清楚。

来源IRENA, Green Hydrogen Cost Reduction (2020), chapter 2: efficiency rises at lower-than-design load

让两个数字可以比较的六个问题

• 是 HHV 还是 LHV？同一硬件相差约 18%。
• 是单电池、电堆还是系统？只有系统数据才与您的电表读数对应，而且前提是干燥和冷却都包含在内。
• 在什么电流密度下？单电池运行强度越低效率越高，因此要在您实际使用的工作点上比较。
• 在什么温度、电解液浓度和出口压力下？
• 是寿命初期，还是运行了多少小时之后？所有电堆都会衰减。
• 用的是哪个单位？如果是每立方米，按 0 °C 还是 20 °C 计？

如果供应商不用查资料就能回答上述全部问题，这本身就说明了这个数字是怎样得出的。如果答案不在技术参数表上，也应能应要求提供；不愿书面给出这些答案的供应商，也就说明这个数字缺乏可信度。

我们自己的数字及其条件

90.0% 是 HHV 基准下的电堆数据，不是系统数据；之所以列出测试条件一行，是因为离开条件，这个数字就没有意义。

我们不会把运行小时数换算成产品寿命。另有一篇技术说明列出了看长期运行曲线时需要同时核查的内容，包括单电池之间的离散度和气体互窜行为。

这台电堆是产品，而不是实验室样品。HXS-2 是 23 片单电池、2 kW 的 AEM 水电解电堆，额定产氢 500 L/h（1 kg/day），现已可订购，交货期为订单确认后四周。

来源U.S. DOE Technical Targets for Liquid Alkaline Electrolysis: 2022 status stack 51 and system 55 kWh/kg · U.S. DOE Technical Targets for PEM Electrolysis