电解水制氢系统主要由电解槽、分离器、洗涤器、冷却器、供水、加碱等设备组成。电解槽是电解水制氢系统的**设备,为了降低水的电阻,提高电解效率,必须在水中加入NaOH或KOH电解质,配成30%左右的碱液注入电解槽。制氢环节是双碳目标的提出使“绿氢”成为减碳脱碳的重要途径。其中,电解水制氢是重要的制取绿氢的方法。电解水制氢规模的提升,也使电解槽市场迅速增长。根据HengCe(恒策咨询)的统计及预测,2023年全球水电解制氢设备市场销售额达到了11.96亿美元,预计2030年将达到171.4亿美元,年复合增长率(CAGR)为45.6%(2024-2030)。地区层面来看,中国市场在过去几年变化较快,2023年市场规模为百万美元,约占全球的%,预计2030年将达到百万美元,届时全球占比将达到%。采用低碳氢不仅能在短期内迅速扩大市场需求,还能有效减少温室气体排放。电解水制氢设备构造图张家口
目前,电解水制氢技术比较成熟,而且水是一种***存在的资源,氢气也是一种清洁的燃料,并不会产生有害的排放物,所以这是一种可持续的能源生产方式,应用比较***。同时,在电解水制氢的过程,还可以利用来自可再生能源的电力,比如太阳能、风能等,所以,电解水制氢在未来将成为更加环保和可持续的能源生产方式此外,电解水制氢技术的槽体结构简单、易于操作、价格便宜且技术成熟,已经普遍应用在燃煤电 厂、燃气电厂和核电厂的氢冷发电机补氢上,能够持续提供可靠且满足纯度、湿度要求及用量的氢气。石家庄附近电解水制氢设备厂家目前,电解水制氢技术已经得到了广泛应用,并且随着技术的不断发展。
该技术是指使用质子(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。
三种制氢路线:“成本”短期制约,“可持续”长期。氢气制备方式主要包括化石燃料制氢、工业副产氢和电解水制氢三类。其中电解水制氢是利用水的电解反应制备氢气的技术,可再生电力制氢称为“绿氢”,是零碳排、可持续的“路线”,但目前成本仍是制约其普及的瓶颈因素,其规模化应用需要产业链各环节推动降本。影响单位制氢成本的主要因素包括电价、单位电耗、设备单价、运行寿命等因素。随着后续风光发电LCOE下降、电解槽量产降本、效率提升和寿命增加,电解水制氢成本有望逐步接近工业副产氢甚至煤制氢,实现经济性。绿氢将替代煤成为主要的原料来源。
水电解制氢的效率取决于所需的电压和实际消耗的电能。理想情况下,水电解制氢只需要1.23 V的电压,这是水分解为氢气和氧气所需的小热力学势差。但实际上,由于电极材料、电解质、温度、压力、反应动力学等因素的影响,水电解制氢需要更高的电压才能进行,一般在1.8~2.4 V之间。因此,水电解制氢的效率一般在50~80%之间。水电解制氢是一种可利用可再生能源(如太阳能、风能等)产生清洁氢气的方法,具有环境友好和碳中和的潜力。但也面临着技术挑战和经济竞争力等问题,需要进一步的研究和发展。可广泛应用于氢能工程项目、制氢加氢站、发电厂、金属冶炼、多晶硅与半导体制造等领域。山东电解水制氢设备企业
PEM电解水制氢系统由PEM电解槽和辅助系统(BOP)组成。电解水制氢设备构造图张家口
虽然碱性水电解工业化比较成熟,但其缺点也很明显,首先,效率低,即使有隔膜的存在,阳极生成的氧气也会扩散到阴极,扩散到阴极的氧气又被还原成水,使得电解效率变低,而且穿越到阴极的氧气会带来很严重的安全隐患。其次,电解器能承受的电流密度有限,因为液体电解质和隔膜存在,使得电解器难以在高电流密度的条件下运行。再次,由于采用液体电解质,高压条件下运行也难以实现,不利于运行管理。虽然碱性电解水技术有明显的不足,但是其应用成本低,仍是工业应用中的重点。目前越来越多的精力去研究开发碱性条件下的固体电解质聚合物薄膜代替溶液电解质和隔膜,实现碱性离子隔膜水电解(AEMWE,anion exchange membrane water electrocatalysis),能有效弥补传统碱性水电解的不足。电解水制氢设备构造图张家口