传统的碱性电解槽制氢,主要是以氢氧化钾为电解质。特点及优点就是这个技术非常成熟,很简单,生产成本现在比较低,因为已经用了很多年,虽然规模不是很大。但是它的缺点是能量效率低和规模较小,过去因为这个产业很小,没有很多人真正去投入力量进行研发。目前比较大 ALK 电解槽可以做到 3000 标方每小时。大型碱水电解槽还处于起步阶段,设计和集成水平还需要进一步提高。从电化学理论分析隔膜电阻占整个电解槽的欧姆电阻份额很大。通过对影响隔气性和电流密度的因素分析,复合隔膜应具有韧性好、机械强度大,可以做得更薄;亲水性强,降低面电阻以提高电流密度;采用电解液物理运输和离子跳跃机制相结合的方式达到电解液的高渗透,气体的低渗透,实现本质安全性。因此开发新型隔膜材料势在必行。碱性电解水制氢设备由于电解质的稳定性较好,价格较低,因此在实际应用中使用较为多。巴彦淖尔电解水制氢设备
“需要注意的是,制氢并不是新兴技术,在化工领域的制氢应用由来已久且技术并不难。但目前,新能源发电行业快速规模化发展,带动整个绿氢行业新场景、新需求陆续出现。”海德氢能源(江苏)科技有限公司副总经理胡骏明对《中国能源报》记者表示,如绿电制氢的出现对制氢技术提出更高要求。“目前,制氢项目规模持续扩大,兆瓦级甚至吉瓦级的项目未来也会越来越多,单槽制氢规模需求及制氢效率要求提升。”胡骏明指出,另外,绿电设备对绿电间歇性、波动性的灵活适应能力更为重要,同时也对系统的可靠性和易维护性有更高要求。乌海国内电解水制氢设备销售采用PEM水电解制氢技术建造加氢站现场制备绿氢。
从近年来发布的氢能相关主要国家政策和相关战略可以看出:氢能 2020 年列入能源范畴,2022 年上升至国家能源战略高度,这与提出碳达峰碳中和目标和能源饭碗端在自己手中的指示,与中石化打造氢能公司目标是一致的。目前成熟的电解水技术为碱水电解和质子交换电解。从国际能源署预测,全球制氢技术仍以碱性电解水为主。从今年季度国内上马的制氢项目也可以看出全部为碱性电解制氢技术。2022 年中国碱性电解水制氢设备的出货量约 800MW,质子交换膜电解水制氢设备的出货量约 24MW,在 2021 年基础上实现翻番,2023 年上半年已公开招标项目装机规模超 400MW,绝大多数均采用碱性水电解制氢技术,预计 2023 年国内电解槽订单量将超 1GW 水平。
在政策及市场需求带动下,近几个月来,电解水制氢设备相关新产品不断推出。今年6月,中船派瑞氢能鄂尔多斯首台套2000Nm3/h电解槽在伊旗正式下线;同月,宏泽(江苏)科技股份有限公司和宏泽海槿(江苏)氢能源科技有限公司在江阴市临港开发区发布了100-2000Nm3/h的Hz系列碱性水制氢电解槽,并同时下线了我国首台2000Nm3/h常压碱性水制氢电解槽,寿命可达20年以上。7月,氢晨科技发布自主研发的兆瓦级大功率质子交换膜电解槽,单槽额定制氢量250标方/时,可在5%-150%的宽功率输入范围内稳定运行。海德氢能也于近日推出碱性电解制氢系统“氢舟”,额定直流电耗在4.0-4.3kWh/Nm3,实现20%-110%的负荷范围。固体氧化物电解水制氢设备可以实现高温、高效率的制氢过程,并且具有较高的稳定性,但是设备成本较高。
采取如下控制工艺:在电解水工作结束后,控制电路控制可控电解电源继续给电解电极组件提供一定的品质维持电流,电流方向与电解水工作电流方向相同,比电解水工作电流较小,以免于长时间较大电流影响电解水品质变差或者耗电较大。所述可控电解水电源(虚线框内)包含电解水电源、电解水电源供电给电解电极组件的电源开关、与电源开关并联连接的电阻抗部件;在电解水工作过程中,控制电路控制电解水电源开关闭合,电解水电源通过电源开关给电解电极组件提供电解水电流;在电解水工作结束后,控制电路控制电解水电源开关断开,电解水电源不再通过电源开关给电解电极组件提供电解水电流,而是通过与电源开关并联连接的电阻抗部件给电解电极组件提供比电解水工作电流较小的品质维持电流。电解水容器1、浸泡在电解水容器水中的电解水电极组件2、可控电解水电源3、控制电路4;在电解水工作时,电极组件2的极间等效电容被电解电流充电至电压ur,在电解水工作结束后,ur会放电对容器1中水及电极间隙中储水作反正常电解水电流方向电解,改变电解水品质;另外,电解水工作结束后,电解水品质会随时间而发生改变。电解水制氢的基本原理是在直流电的作用下,水分子在电解槽中被分解成氢离子和氢氧根离子。新乡附近电解水
PEM电解槽是PEM电解水制氢装置的重要部分。巴彦淖尔电解水制氢设备
水电解制氢中一般要求运行在稳定或接近稳定的电力输入下以保障整体性能和可靠性,而可再生能源包括风和太阳能具有波动性的天然特征,这导致可再生能源电力无法完全用于制氢,不利于实现可再生能源的有效利用。目前碱性电解槽表现出一定的波动性负荷跟随能力,如允许在 30%-110%比例的额定制氢功率区间内运行,但缺乏长期的示范验证。尤其是当输入电力波动性变化时,电解槽内温度、电位等参数发生瞬态变化,水或碱液等传质响应滞后,导致局部高温或高电势,可能对电极、隔膜等材料造成不可逆损害,从而影响制氢性能,削减电解槽寿命。基于波动性对电解槽的工况-材料-结构-性能影响规律,进行正向设计开发,研究缓解策略,提升电解槽抵抗电源波动能力,从而增加可再生能源利用率,对于降低电解水制氢成本、推动规模化应用具有重要意义。巴彦淖尔电解水制氢设备