贵金属、贵金属合金及其氧化物仍然是性能比较好的催化剂。然而,贵金属催化剂的使用成本较高,开发高性能、低成本的催化剂非常重要。过渡金属催化剂和非金属催化剂具有制备成本低的优点,通过尺寸和形貌调控、导电载流子材料复合、原子掺杂、晶相调控、非晶态工程、界面工程等设计策略,可提高其催化活性。开发高效、低成本的催化剂是电解水制氢的关键步骤。贵金属催化剂由于其成本高、存储量低,难以支持大规模应用。过渡金属和非金属材料成本低,具有较大的丰度,是替代贵金属催化剂的理想材料。图7比较了不同类型的催化剂。与贵金属催化剂相比,过渡金属催化剂结构不稳定,催化机理复杂,非金属催化剂的活性有待提高。这三类电解水制氢催化剂都有待进一步研究。绿氢产业将在资源禀赋相对较好、应用场景比较丰富的区域率先发展。日照本地电解水
碱性电解水在生产占有率和制氢成本方面具有巨大的优势。电解水技术的主要指标包括:电流密度、负载范围、气体纯度、电解效率、使用寿命、设备价格和动态响应几个方面。碱性水技术的痛点是电流密度低能耗效率低和隔气性差,特别是波动情况下的隔气性,存在本质安全性问题。随着碱性电解水技术的发展,隔膜材料已经发展了三代,早期的石棉隔膜,目前规模应用的 PPS 隔膜,逐渐出现了隔气性、稳定性好,能耗低的复合隔膜材料。国内外比较好技术为西班牙 AGFA 公司的 Zirfon 复合膜和国内碳能科技公司的复合隔膜。兴安盟电解水制氢技术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。
制氢效率方面,行业成熟产品的直流电耗普遍在4.5kWh/Nm3左右,隆基氢能发布的Hi1系列电解槽可以实现4.3、4.1kWh/Nm3的直流电耗,可以行业水平。单体装备制氢量方面,隆基氢能、718所、NEL、西门子、Mcphy等厂家均推出了15MW左右的单体制氢装备,有效降低了制氢装备成本。制氢压力方面,部分厂家如NEL、蒂森克虏伯、西门子采用常压配套压缩机方案满足终端用氢需求,部分厂家如隆基氢能、718所采用中压配套压缩机方案满足终端用氢需求,部分厂家如Sunfire、Mcphy、西门子及大部分PEM厂家采用3Mpa左右的制氢压力配套压缩机方案满足终端用氢需求。行业尚未形成清晰的制氢压力方向,不同厂家技术理念也各不相同,应结合不同压力方案的成本、性能、可靠性差异选择合适的一种。
风能是一种很有前途的可再生能源,它能减少温室气体排放和对化石燃料的依赖。然而,作为一种天然能源,速率可变和不稳定性是风能的固有性质。可变和不稳定是由于不同天气条件引起的随机变化。风力发电每天都在变化,也被认为是高度间歇性的,因为它的输出取决于风速、大气条件和其他因素,这种间歇性对电网运营商确定给定时刻的可用电量提出了挑战。对于风能的不稳定性,可以采用一种可再生能源的组合系统,即太阳能、风能、潮汐等多种能源的协同组合。该组合系统一般能产生更可靠的电力,且优于系统,提高了效率和可靠性。例如,风能和太阳能的协同效应可以较好地缓解风能和太阳能各自发电的不稳定性。未来需要开发出更多更优的组合可再生能源系统。PEM电解水制氢技术目前设备成本较高。
从目前国内外主流的碱性电解槽生产厂家对外公布的产品参数来分析,大部分设备制造商的制氢装备出口压力为 1.4MPa-1.6MPa 范围,其中部分厂家也逐步提高碱性电解槽装备出口制氢压力,比较高可达 3.2MPa。制氢装备出口压力呈现逐步提高的趋势,究其原因主要是氢气的下游应用厂家的接入压力较高。例如合成氨反应压力约为 13.5MPa-15MPa、甲醇反应器压力约为 4.5MPa-6MPa、加氢站输入压力为≥5MPa,氢气下游实际应用压力会有提高,而制氢装备出口压力至氢气场景接入之间就存在一个氢气压差,就需要配置氢气压缩机,氢气压缩机根据流量、压缩比、温度、类型等因素影响,就会投入不同的氢气压缩成本,提升氢气从制氢到用氢的单位氢气成本价格。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。威海专业电解水制氢设备企业
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。日照本地电解水
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。日照本地电解水