碱性电解水制氢设备主要有电气部分、电解槽、分离框架、纯化系统、冷却系统、补水配碱系统、氮气吹扫系统、压缩空气系统组成。1、电气部分主要包括:电压器、整流柜、控制柜、配电柜。变压器:把前端高压电(比如10KV)变成适合电解槽使用的电压。整流柜:电解槽电解时使用的是直流电,整流柜将交流转换成直流。控制柜:控制系统实行PLC自动控制,设置人机界面。主要由PLC系统、仪表、继电器等组成,是整个制氢和纯化设备的控制中心。配电柜:给系统内循环泵、补水泵等供电。PEM电解堆与燃料电池电堆存在极大相似性,大部分PEM电解堆研发工程师也一般具有燃料电池电堆开发经验。呼和浩特工业电解水制氢设备
水电解制氢中一般要求运行在稳定或接近稳定的电力输入下以保障整体性能和可靠性,而可再生能源包括风和太阳能具有波动性的天然特征,这导致可再生能源电力无法完全用于制氢,不利于实现可再生能源的有效利用。目前碱性电解槽表现出一定的波动性负荷跟随能力,如允许在 30%-110%比例的额定制氢功率区间内运行,但缺乏长期的示范验证。尤其是当输入电力波动性变化时,电解槽内温度、电位等参数发生瞬态变化,水或碱液等传质响应滞后,导致局部高温或高电势,可能对电极、隔膜等材料造成不可逆损害,从而影响制氢性能,削减电解槽寿命。基于波动性对电解槽的工况-材料-结构-性能影响规律,进行正向设计开发,研究缓解策略,提升电解槽抵抗电源波动能力,从而增加可再生能源利用率,对于降低电解水制氢成本、推动规模化应用具有重要意义。张家口PEM电解水制氢设备产量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。
在电解水制氢过程中,由于水是一种弱电解质,一般会添加其他电解质。电解质的选择会影响制氢设备的使用寿命、能源消耗和成本。根据电解质的不同,可分为碱性溶液、质子交换膜、固体氧化物、小分子溶液、海水等。碱性溶液电解质成本低、腐蚀性高、设备寿命短,是比较成熟的技术。质子膜电解质具有效率高、成本高等特点,是一种较为成熟的技术。固体氧化物电解质耐久性差,启动速度慢,目前仍处于测试阶段。利用小分子溶液和海水作为电解质的技术具有很强的实用性,但仍处于实验研究阶段。在电解质的开发过程中,需要研究电解质与催化剂的相容性,以及电解质与能量波动的相容性。未来对氢能的需求将继续增长,因此水电解用的电解质引起了广泛的关注。研究人员正在从不同的角度对电解质进行深度研究。
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。电解水制氢系统的性能指标主要包括制氢效率、氢气纯度、能耗以及设备寿命等。
电解水制氢是一种利用电将水分子分解为氢气和氧气的绿色高效制氢技术。电解水制氢的技术有很多,如碱性水电解、质子交换膜、高温固体氧化物和阴离子交换膜电解等。电解水制氢纯度高,能作为储能载体储存富余可再生能源。电解水制氢的整个过程只消耗水和电,不消耗其他化石资源。工艺简单,操作方便,无碳产品,清洁无污染。设备占地面积小,多台设备可同时生产,操作灵活。但同时,电解水制氢也是一种昂贵的制氢技术。生产氢气的主要功耗约为4.5~5.5 kW h m⁻³。电解水制氢技术主要分为碱性电解水制氢和质子交换膜(PEM)电解水制氢两种。山西PEM电解水制氢设备价格
PEM电解水制氢是制取绿氢的主要技术路线之一,与可再生能源适配度高,是极具潜力的制氢技术。呼和浩特工业电解水制氢设备
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。呼和浩特工业电解水制氢设备