一、概述

制氢电源是电解⽔制氢系统中关键的电能转换装置，其核⼼功能是将交流电变换成与电解槽电压匹配的直流电，从⽽驱动⽔的电解过程，使⽔分解为氢⽓和氧⽓。在可再⽣能源制氢系统中制氢电源是连接电⽹与电解槽之间的桥梁，向上承接电⽹电⼒，向下为电解槽提供稳定的直流电。制氢电源的性能和稳定性对于提⾼氢能⽣产效率和降低成本具有⾄关重要的作⽤。

制氢电源主要包含整流柜、变压器、控制系统、冷却系统和辅助设备等。

二、技术路线    

1.按电能来源划分    

（1）直流电DC/DC变换器供电

适用场景：光伏离网制氢、分布式直流电源系统。          
技术特点：直接利用光伏系统输出的直流电（如300-800V直流），通过DC/DC变换器进行电压调节（如降至200-400V），匹配电解槽的输入需求。该方案无需二次交直流转换，能量损耗降低5%-8%，尤其适配分布式光伏制氢场景。DC/DC变换器需具备宽输入电压范围（兼容多云、弱光等波动条件）和高效转换能力（＞98%），同时支持MPPT（最大功率点跟踪）功能以最大化光伏发电效率。

（2）交流电 AC/DC变换器供电

适用场景：集中式电网制氢、风力发电并网制氢。          
技术特点：将电网或风力发电机输出的交流电（如380V/50Hz）通过AC/DC变换器转换为电解槽所需的稳定直流电（如600-1000V）。需重点解决交流侧谐波干扰（总谐波畸变率＜5%）和低功率因数（＞0.95）问题，通常采用多电平拓扑结构或PFC（功率因数校正）技术优化电能质量。此类方案适用于百兆瓦级绿氢工厂，可兼容电网调峰需求，但需配置谐波滤波器以符合并网标准。    

图1 不同能源来源制氢电源示意图

2.按电力电子器件类型划分    

（1）相控型整流器（晶闸管/SCR）

相控型整流器以晶闸管（半控型器件）为核心，通过数字电路控制晶闸管的导通角，调节输出电压以实现整流，最终输出直流电驱动电解槽。其技术优势在于结构简单、成本低廉（单机成本约20-30万元/5MW），且大功率技术成熟，单机功率可突破20MW，适配百兆瓦级工业制氢项目。然而，该技术存在显著短板：高谐波干扰（谐波畸变率＞15%）需额外配置SVG/SVC谐波补偿装置，导致综合效率较低（约85%-90%）；同时响应速度慢（功率调节时间＞500ms），难以匹配风光电力的分钟级波动。目前主要应用于电网稳定的场景，如氯碱工业、煤化工配套绿氢项目，以及内蒙古、新疆等地的百兆瓦级绿氨/绿氢工厂。

（2）全控型整流器（IGBT）

全控型整流器以IGBT模块（全控型器件）和快恢复二极管为核心，采用高频脉冲宽度调制（PWM）技术（开关频率＞10kHz），通过精确控制IGBT通断实现高效率、低纹波直流输出。其核心优势在于电能质量优异（谐波畸变率＜3%，功率因数＞0.99）、动态响应极快（功率调节时间＜100ms），可实时跟踪风光电力波动，且综合效率领先（＞95%），尤其适合中小功率离网场景。但该技术面临两大瓶颈：成本高昂（IGBT模块占设备成本40%，单机成本约120-150万元/5MW）和单机功率受限（≤10MW），需通过多模块并联扩展至50MW级。典型应用场景包括西北地区光伏离网制氢站、沿海风电制氢项目，以及需要高精度控制的PEM电解槽和氢储能调峰系统。    

图1 各类制氢电源部分应用示意图

表1两种制氢电源技术路线对比

三、制氢电源技术要求    

电气安全：需对触电危害、能量危害、火灾危害、机械危害、辐射危害、化学危害、电晕危害等进行严格的标准设定与管控，例如针对触电危害，要明确规定电气设备的绝缘性能、接地措施等相关技术参数；对于能量危害，需对可能产生的高能量冲击、过载等情况制定相应的防范标准；

电池容量：要精确规范电池的标称容量、实际可用容量以及在不同工况下的容量衰减标准等，确保电池容量能满足实际使用需求且具有稳定的性能表现；

功能安全：涵盖功能安全管理、系统及硬件、软件、电气质量、有功功率控制、并网切换等多方面的标准，比如在功能安全管理上，需建立完善的安全管理体系和流程，对系统及硬件的可靠性、冗余设计等要有明确的技术指标，软件的开发、测试以及更新等过程都要遵循严格的安全标准；    

并网要求：涉及电网适应性、故障穿越、有功无功控制、并网切换等技术标准，电网适应性需规定设备在不同电网状态如电压波动、频率变化等情况下的稳定运行标准；故障穿越能力要有量化的指标来衡量其在电网故障时的应对能力；

消防/防爆：包括消防监测、消防控制、自动开关机、灭火等标准，消防监测要明确监测的范围、精度以及响应时间等；消防控制措施需具备自动化和智能化，自动开关机的触发条件和执行机制都要有清晰的界定，灭火设备的选型、布置以及灭火效果评估都要符合相关要求；

储能：要对储能系统的效率、软启动、过载能力、通讯等方面制定标准，储能系统的效率计算方法和最低效率要求要明确，软启动的控制策略和参数设定要有规范，过载能力的界定以及在过载情况下的保护措施等都要涵盖在技术标准内；

环境：涉及温湿度、防潮、盐雾、沙尘、地震等环境因素的适应标准，例如设备在不同温湿度区间的正常运行指标、防潮的等级和措施、盐雾和沙尘环境下的防护标准以及抗震性能的评估和要求等；

氢安全：对于氢的制取、储存、运输、使用等全流程都要有严格的安全标准，如氢气的纯度要求、储存容器的耐压和密封标准、运输过程中的安全防护以及使用场所的氢气泄漏监测和应急处理标准等；

化学：包括铅酸电池、多环芳烃、短链氯化石蜡、阻燃剂、通风系统、重金属、有机化合物等相关化学物质的使用、存储、排放等标准，例如铅酸电池的生产工艺、使用过程中的铅排放控制、多环芳烃等有害物质的含量限制以及在存储和运输过程中的安全措施等都要在技术标准中详细规定，以确保整个项目在化学安全方面符合相关法规和环保要求。    

四、机遇与挑战

在当前全球积极推动能源转型的大背景下，制氢电源领域正站在发展的十字路口，机遇与挑战并存。从机遇方面来看，政策上，各国及地方的氢能政策都在大力鼓励可再生能源电解水制氢的应用以及电解水制氢系统性能的提升，这为制氢电源技术的发展提供了坚实的政策基础。技术上，晶闸管与IGBT两种类型的制氢电源技术不断进步，尤其是IGBT制氢电源以其响应速度快、网侧电能质量好、输出直流纹波低等显著优势，能更好地与新型电力系统灵活匹配，市场占有率有望进一步提升，成为主流制氢电源技术。应用上，随着制氢市场规模的扩张以及应用场景的多样化，制氢电源将拥有更广阔的发展空间。成本上，核心部件国产化率的提高也将进一步降低制氢电源的成本。

然而，挑战也不容忽视。安全方面，制氢电源作为高电压大功率的电气设备，需要采取严格措施防范高压电路带来的电气和其他安全风险。标准方面，制氢电源行业技术标准尚不完善，缺乏相关国标，虽2023年发布了一些行业标准填补空白，但仍需进一步完善以指导制氢电源产品的设计、开发、生产、测试及应用。

制氢电源行业在把握机遇的同时，必须正视并积极应对这些挑战，才能在未来的能源领域中占据一席之地。