在技術(shù)層面,,電解水制氫主要分為AWE、PEM水電解,,固體聚合物陰離子交換膜(AEM)水電解,、固體氧化物(SOE)水電解,。其中,,AWE是較早工業(yè)化的水電解技術(shù),已有數(shù)十年的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),,較為成熟;PEM電解水技術(shù)近年來產(chǎn)業(yè)化發(fā)展迅速,,SOE水電解技術(shù)處于初步示范階段,而AEM水電解研究剛起步,。從時間尺度上看,AWE技術(shù)在解決近期可再生能源的消納方面易于快速部署和應(yīng)用,;但從技術(shù)角度看,,PEM電解水技術(shù)的電流密度高,、電解槽體積小,、運(yùn)行靈活,、利于快速變載,,與風(fēng)電,、光伏(發(fā)電的波動性和隨機(jī)性較大)具有良好的匹配性。隨著PEM電解槽的推廣應(yīng)用,,其成本有望快速下降,,必然是未來5~10a的發(fā)展趨勢,。SOE、AEM水電解的發(fā)展則取決于相關(guān)材料技術(shù)的突破情況,。我國將氫能作為戰(zhàn)略能源技術(shù),給予持續(xù)的政策支持,,推動產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程,。上海耐高溫電解水生產(chǎn)廠家
氫氣比重小,、擴(kuò)散快,其導(dǎo)熱系數(shù)是空氣的8.4倍,,因此常被用作發(fā)電機(jī)組的冷卻劑,,可以大幅降低風(fēng)摩擦損耗,,對于1GW的發(fā)電機(jī)組,,氫氣純度每提高1%,可以節(jié)約228kW的能源,。與ALK技術(shù)對比,,PEM水電解制氫技術(shù)啟停速度快、負(fù)荷波動范圍廣,、產(chǎn)氫壓力高,,尤其適合利用可再生能源電力(尤其是離網(wǎng)電力)制氫,,是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模水電解制氫應(yīng)用較有效的方式之一。此外,,它還可以實(shí)現(xiàn)對風(fēng)電,、水電,、光伏電等電力能源的調(diào)峰運(yùn)行和對棄電資源的充分利用,因而成為大規(guī)模,、高效儲能的重要方式之一,。上海耐高溫電解水生產(chǎn)廠家陰離子交換膜電解水制氫(AEM)以陰離子交換膜作為電解質(zhì)隔膜,目前仍處于實(shí)驗(yàn)室階段,。
現(xiàn)階段,,CO2捕集、封存技術(shù)(CCS)和CO2捕集,、利用,、封存技術(shù)(CCUS)因成本過高,暫時不具備經(jīng)濟(jì)性,。而為了實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”和“碳中和”目標(biāo),,未來以化石能源制氫的方式勢必要受到限制或部分被清潔制氫方式取代,。隨著可再生能源發(fā)電裝機(jī)容量不斷上升、比例不斷增加,、可再生能源電力價格不斷下降;同時,,結(jié)合碳稅,、碳交易等利好政策,,水電解制氫的經(jīng)濟(jì)性將明顯提高;而且,,利用可再生能源電力的水電解制氫具備幾乎碳零排放的優(yōu)勢,,因此在各種制氫方式中,水電解制氫的占比將大幅提升,,成為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要抓手。
與堿性水電解制氫相比,,PEM水電解制氫工作電流密度更高(?1A/cm2),,總體效率更高(74%~87%),,氫氣體積分?jǐn)?shù)更高(>99.99%),,產(chǎn)氣壓力更高(3~4MPa),動態(tài)響應(yīng)速度更快,,能適應(yīng)可再生能源發(fā)電的波動性,被認(rèn)為是極具發(fā)展前景的水電解制氫技術(shù),。目前PEM水電解制氫技術(shù)已在加氫站現(xiàn)場制氫、風(fēng)電等可再生能源電解水制氫,、儲能等領(lǐng)域得到示范應(yīng)用并逐步推廣,。過去5年電解槽成本已下降了40%,,但是投資和運(yùn)行成本高仍然是PEM水電解制氫亟待解決的主要問題,這與目前析氧,、析氫電催化劑只能選用貴金屬材料密切相關(guān),。為此降低催化劑與電解槽的材料成本,特別是陰,、陽極電催化劑的貴金屬載量,,提高電解槽的效率和壽命,是PEM水電解制氫技術(shù)發(fā)展的研究重點(diǎn),。堿性水電解制氫電解槽隔膜主要由石棉組成,,起分離氣體的作用。
質(zhì)子交換膜可普遍應(yīng)用于燃料電池,、電解水,、氯堿工業(yè)等領(lǐng)域,。PEM燃料電池及電解水發(fā)展迅速,國內(nèi)外市場都呈現(xiàn)出較快的需求增長和廣闊的發(fā)展前景,。從2011年到2019年,,PEM燃料電池出貨量占比從44.9%進(jìn)一步提升至82.7%,可見,,全球PEM燃料電池出貨量高速增長,。依據(jù)中國氫能聯(lián)盟對未來燃料電池系統(tǒng)成本的預(yù)測以及美國能源部披露的成本結(jié)構(gòu),綜合測算,,燃料電池應(yīng)用領(lǐng)域每年為質(zhì)子交換膜帶來的市場增量將持續(xù)增長,,到2025年、2035年和2050年將分別為9.80億,、49.01億和67.39億,,非常可觀,。堿性電解水技術(shù)較為成熟,,造價成本也較低;但是與可再生能源適配性較差,。山東高功率電解水制氫方法
水電解槽制氫設(shè)備開發(fā)是國內(nèi)外堿性水電解制氫研究熱點(diǎn),。上海耐高溫電解水生產(chǎn)廠家
隨著日益增長的低碳減排需求,氫的綠色制取技術(shù)受到普遍重視,,利用可再生能源進(jìn)行電解水制氫是目前眾多氫氣來源方案中碳排放較低的工藝,。本文梳理了氫能需求和規(guī)劃的進(jìn)展、電解水制氫的示范項(xiàng)目情況,,重點(diǎn)分析了電解水制氫技術(shù),,涵蓋技術(shù)分類、堿水制氫應(yīng)用,、質(zhì)子交換膜(PEM)電解水制氫,。研究認(rèn)為,提升電催化劑活性,、提高膜電極中催化劑的利用率,、改善雙極板表面處理工藝、優(yōu)化電解槽結(jié)構(gòu),,有助于提高PEM電解槽的性能并降低設(shè)備成本,;PEM電解水制氫技術(shù)的運(yùn)行電流密度高、能耗低,、產(chǎn)氫壓力高,,適應(yīng)可再生能源發(fā)電的波動性特征、易于與可再生能源消納相結(jié)合,,是電解水制氫的適宜方案,。結(jié)合氫儲運(yùn)與電解制氫的技術(shù)特征研判,、我國輸氫需求,提出發(fā)展建議:利用西北,、西南,、東北等區(qū)域豐富的可再生能源,通過電解水制氫產(chǎn)生高壓氫,。上海耐高溫電解水生產(chǎn)廠家
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