我國的電解水制氫技術起源于蘇聯設備,對其商業應用需追溯到 19 世紀 90 年代。國內大規模的電解水制氫技術以堿水電解制氫為主,該種設備技術流程簡單,操作方便,各項技術指標接近國際水準。堿性水電解通常采用 KOH 作為電解液,電解質的質量濃度一般為 20%-30%以保證電解液具有較高的電導率,并且電解槽需要強制對流。較高的電解槽溫度有利于降低電極反應的過電位和溶液的電阻,但會加劇材料的腐蝕。故電解槽的溫度應綜合考慮以上兩個方面,當前,工業化堿性水電解槽一般在 85℃~95℃下運行。電解槽內的壓力也會對整個水電解過程產生影響。通過加壓可以減少電解槽內氣體體積,使氣體停滯時間縮短,從而提高電解槽內電解液的電導率,當前工業化堿性電解槽工作壓力在 3.2MPa 以內。同時高壓設備無需使用費用較高的氫氣壓縮機,能夠減少啟動成本,近一些高壓設備已經開始得到發展。傳統的堿性電解槽制氫,主要是以氫氧化鉀為電解質。山西國內電解水制氫設備企業
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陽離子/質子交換膜水電解技術(PEM)是指使用質子(陽離子)交換膜作為固體電解質替代了堿性電解槽使用的隔膜和液態電解質(30%的氫氧化鉀溶液或26%氫氧化鈉溶液),并使用純水作為電解水制氫原料的制氫過程。和堿性電解水制氫技術相比,PEM電解水制氫技術具有電流密度大、氫氣純度高、響應速度快等優點,并且,PEM電解水制氫技術工作效率更高,易于與可再生能源消納相結合,是目前電解水制氫的理想方案。但是由于PEM電解槽需要在強酸性和高氧化性的工作環境下運行,因此設備需要使用含貴金屬(鉑、銥) 的電催化劑和特殊膜材料,導致成本過高,使用壽命也不如堿性電解水制氫技術。
為使電解水工作結束后電解水不發生反方向電解并能夠較長時間保持品質不發生改變,采取如下控制工藝:在電解水工作結束后,控制電路4控制可控電解電源3繼續給電解電極組件2提供一定值的品質維持電流,電流方向與電解水工作電流方向相同,比電解水工作電流較小,以免于長時間較大電流影響電解水品質變差或者耗電較大。為本發明在電解水裝置電解水工作結束后保持電解水品質的方法,其特征為:電解水容器1、浸泡在電解水容器水中的電解水電極組件2、控制電路4、可控電解水電源7(虛線框內)包含電解水電源3、電解水電源供電給電解電極組件的電源開關5、與電源開關并聯連接的電阻抗部件6;在電解水工作過程中,控制電路4控制電解水電源開關5閉合,電解水電源通過電源開關5給電解電極組件2提供電解水電流;在電解水工作結束后,控制電路4控制電解水電源開關5斷開,電解水電源3不再通過電源開關5給電解電極組件2提供電解水電流,而是通過與電源開關5并聯連接的電阻抗部件6給電解電極組件2提供比電解水工作電流較小的品質維持電流。本發明在電解水裝置電解水工作結束后保持電解水品質的方法不限于上述實施例1、2形式的裝置,而是可以應用于任何發揮其技術功能特征的裝置中。PEM電解水制氫是潛力的電解水制氫技術,有望成為“綠電+綠氫”生產模式的主流發展趨勢。
風能是一種很有前途的可再生能源,它能減少溫室氣體排放和對化石燃料的依賴。然而,作為一種天然能源,速率可變和不穩定性是風能的固有性質??勺兒筒环€定是由于不同天氣條件引起的隨機變化。風力發電每天都在變化,也被認為是高度間歇性的,因為它的輸出取決于風速、大氣條件和其他因素,這種間歇性對電網運營商確定給定時刻的可用電量提出了挑戰。對于風能的不穩定性,可以采用一種可再生能源的組合系統,即太陽能、風能、潮汐等多種能源的協同組合。該組合系統一般能產生更可靠的電力,且優于系統,提高了效率和可靠性。例如,風能和太陽能的協同效應可以較好地緩解風能和太陽能各自發電的不穩定性。未來需要開發出更多更優的組合可再生能源系統。PEM電解槽無需嚴格控制膜兩側壓力,具有快速啟動停止和快速功率調節響應的優勢。呼和浩特附近電解水制氫設備價格
PEM電解槽的電流密度更大,通常在10000?A/m2以上。山西國內電解水制氫設備企業
從近年來發布的氫能相關主要國家政策和相關戰略可以看出:氫能 2020 年列入能源范疇,2022 年上升至國家能源戰略高度,這與提出碳達峰碳中和目標和能源飯碗端在自己手中的指示,與中石化打造氫能公司目標是一致的。目前成熟的電解水技術為堿水電解和質子交換電解。從國際能源署預測,全球制氫技術仍以堿性電解水為主。從今年季度國內上馬的制氫項目也可以看出全部為堿性電解制氫技術。2022 年中國堿性電解水制氫設備的出貨量約 800MW,質子交換膜電解水制氫設備的出貨量約 24MW,在 2021 年基礎上實現翻番,2023 年上半年已公開招標項目裝機規模超 400MW,絕大多數均采用堿性水電解制氫技術,預計 2023 年國內電解槽訂單量將超 1GW 水平。山西國內電解水制氫設備企業