目前,我国的PEM电解槽发展和国外水平仍然存在一定差距,国内生产的PEM电解槽单槽比较大制氢规模大约在260标方/小时,而国外生产的PEM电解槽单槽比较大制氢规模可以达到500标方/小时。PEM电解水制氢系统由PEM电解槽和辅助系统(BOP)组成。PEM电解槽由质子交换膜、催化剂、气体扩散层和双极板等零部件组装而成。电解槽的基本组成单位是电解池,一个PEM电解槽包含数十至上百个电解池。质子交换膜电解槽成本中45%是电解电堆、55%是系统辅机;其中电解电堆成本中53%是双极板;膜电极成本由金属Pt、金属Ir、全氯磺酸膜和制备成本四要素组成。由于PEM电解槽的质子交换膜需要150-200微米,在加工的过程中更容易发生肿胀和变形,膜的溶胀率更高,加工难度更大,主要依赖于国外产品。国内生产的PEM电解槽单槽制氢规模大约在200 Nm3/h,国外生产的PEM电解槽单槽制氢规模可以达到500Nm3/h。工业电解水
利用丰富的海水代替淡水作为电解液有望解决淡水消耗的问题。由于海水的中性、缓冲能力弱和高氯离子浓度特点,直接分解未经处理的海水仍然是困难的。迫切需要新的科学技术发展来指导电解海水以实现可持续产氢。实现工业规模的制氢是终目标,因此,设计能达到高电流密度的高效、稳定的电解海水催化剂尤为重要。此外,海上风电、潮汐和光伏技术具有丰富的资源和广阔的前景优势,有望成为未来绿色能源的支柱。海上风电具有风速高、静默期短、节约土地资源等优点,但也存在着建设成本高、能源利用率低、交通困难等问题。沿海地区太阳能资源丰富,可以充分利用水的反射光,提高发电量。与地面光伏相比,可增加5%-10%,但也存在投资成本高、环境影响大等问题。因此,海水制氢、海上风电、海洋潮汐发电和海上光伏发电都需要以技术创新的突破为基础,并与未来能源发展的趋势相结合。甘肃附近电解水制氢设备价格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。
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。
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。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。
“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。PEM电解水制氢装置辅助系统包括四大系统:电源供应系统、氢气干燥纯化系统、去离子水系统和冷却系统。电解水 pem 招标内蒙古
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。工业电解水
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。工业电解水