以往的制氢装备均应用在多晶硅、电厂等场景,例如某多晶硅厂,氢气主要应用于多晶硅还原炉的还原气体,制氢站是按照 2 万吨多晶硅的产能设计,所以用气量很多情况多晶硅产能较为稳定,且用电来自电网,制氢装备多数情况处于 60%负荷运行,氢气储罐压力主要维持在 0.9-1.2MPa 之间。针对光伏制氢系统,由于光伏发电的间歇波动特性,制氢装备需要考虑供电的不稳定性,对制氢装备带来了全新的挑战。如何评价光伏制氢系统需要进行全新的定义,例如:初始响应时间、总响应时间、比较大斜坡速率、比较低工作点、冷启动时间、热启动时间、关机时间等等。PEM水电解制备的绿氢应用于合成氨、炼油、化工、钢铁等碳密集型行业。呼市专业电解制氢
PEM(Protonexchangemembrane)是质子交换膜电解水技术的简称。和碱性电解水制氢技术不同,PEM电解水制氢技术使用质子交换膜作为固体电解质替代了碱性电解槽使用的隔膜和液态电解质(30%的氢氧化钾溶液或26%氢氧化钠溶液),并使用纯水作为电解水制氢的原料,避免了潜在的碱液污染和腐蚀问题。PEM电解槽运行时,水分子在阳极侧发生氧化反应,失去电子,生成氧气和质子。随后,电子通过外电路转导至阴极,质子在电场的作用下,通过质子交换膜传导至阴极,并在阴极侧发生还原反应,得到电子生成氢气,反应后的氢气和氧气将通过阴阳极的双极板收集并输送。潍坊附近电解水制氢设备产量但是由于电解过程效率不高,能耗较大,并且需要消耗大量的水资源,因此应用范围受到一定限制。
虽然氢能被作为新能源的一种形式,但氢能仍被列为危化品管理名录。从目前落地政策实施来分析,新能源制氢项目主要审批部门为能源规划、发改委等层面。实际项目落地与执行层面为当地的应急管理部门、安全生产监督管理部门,但其执行的法律法规认为氢气危化品监管监督等内容,造成项目落地与实施周期较长,未能发挥新能源的优势作用。目前随着光伏+制氢、风电+制氢项目逐步落地实施,各地针对具体项目的并/离网形式要求各有不同,部分省份明确并网形式和离网形式,但部分省市主要是参照已有项目情况推荐执行。因此,随着新能源制氢示范项目逐步落地实施,应用越来越成熟。需要制定适应目前的光伏+制氢、风电+制氢的相关标准与规范,来促进装备制造企业向高质量发展和装备制造方向发展。
阳离子/质子交换膜水电解技术(PEM)是指使用质子(阳离子)交换膜作为固体电解质替代了碱性电解槽使用的隔膜和液态电解质(30%的氢氧化钾溶液或26%氢氧化钠溶液),并使用纯水作为电解水制氢原料的制氢过程。和碱性电解水制氢技术相比,PEM电解水制氢技术具有电流密度大、氢气纯度高、响应速度快等优点,并且,PEM电解水制氢技术工作效率更高,易于与可再生能源消纳相结合,是目前电解水制氢的理想方案。但是由于PEM电解槽需要在强酸性和高氧化性的工作环境下运行,因此设备需要使用含贵金属(铂、铱) 的电催化剂和特殊膜材料,导致成本过高,使用寿命也不如碱性电解水制氢技术。国内大多数工业级可再生能源电解水制氢应用项目仍然以碱性水电解为主。
在双碳目标驱动下,中国电解水制氢产业发展迅速,产业链端入局企业在迅速增加,应用端在逐步突破。中国布局电解水制氢的企业数量快速增加,据统计,电解槽装备企业数量已超百家,产业链相关企业已超二百家。自2021年至今,国内已有接近40款碱性电解槽产品发布。中国已有超过百个在建和规划中的电解水制氢项目,涵盖了石油炼化、化工合成、钢铁冶炼和交通等多个领域。接近75%的绿氢项目坐落于三北地区,约80%的项目采用碱性电解水制氢技术。PEM电解堆与燃料电池电堆存在极大相似性,大部分PEM电解堆研发工程师也一般具有燃料电池电堆开发经验。安阳附近电解水制氢设备企业
PEM电解槽是PEM电解水制氢装置的重要部分。呼市专业电解制氢
我国的电解水制氢技术起源于苏联设备,对其商业应用需追溯到 19 世纪 90 年代。国内大规模的电解水制氢技术以碱水电解制氢为主,该种设备技术流程简单,操作方便,各项技术指标接近国际水准。碱性水电解通常采用 KOH 作为电解液,电解质的质量浓度一般为 20%-30%以保证电解液具有较高的电导率,并且电解槽需要强制对流。较高的电解槽温度有利于降低电极反应的过电位和溶液的电阻,但会加剧材料的腐蚀。故电解槽的温度应综合考虑以上两个方面,当前,工业化碱性水电解槽一般在 85℃~95℃下运行。电解槽内的压力也会对整个水电解过程产生影响。通过加压可以减少电解槽内气体体积,使气体停滞时间缩短,从而提高电解槽内电解液的电导率,当前工业化碱性电解槽工作压力在 3.2MPa 以内。同时高压设备无需使用费用较高的氢气压缩机,能够减少启动成本,近一些高压设备已经开始得到发展。呼市专业电解制氢