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。PEM电解水制氢的系统响应速度快,适应动态操作。许昌本地电解水制氢设备厂家
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。洛阳电解水制氢设备产量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。
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。
从目前国内外绿氢产能和项目分布来看,我国绿氢产业处于快速起步阶段,光伏制氢的装机和应用规模在近几年集中爆发,正在运行的电解槽制氢系统多为全新产品或处于设计寿命期内,尚未出现大批量的性能衰减故障或退役等可靠性问题。因此目前国内厂商主要关注制氢系统的能耗、成本等产品参数,电解槽及系统的性能退化与可靠性等方面尚未引起普遍重视。国产制氢系统的一些关键零部件,尤其是电解槽隔膜和电极的产能和技术主要来自进口,由于材料和技术受限,多数中小型制氢系统厂商缺乏关键材料和零部件的检验检测能力,一些大型企业虽然具备一定的测试能力,从行业整体来看仍处于初级阶段,并且新老技术上存在严重脱节。随着制氢装备性能提升、成本下降,我国制氢设备自主技术创新呈现发展势头,将促进绿氢产业规模化发展。
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。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。秦皇岛小型电解水制氢设备价格
由于PEM电解槽使用纯水作为电解原料,产生的氢气中不会带入碱雾,有利于提升氢气品质。许昌本地电解水制氢设备厂家
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。许昌本地电解水制氢设备厂家