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许卫:产量低、效率却高?大规模制氢系统有何优势

氢能观察 2024-08-12 09:47 · 头闻号氢能会议

在当前主流四种制氢技术中,碱性电解槽和PEM已逐步实现商业化,但考虑到成本和可靠性因素,大规模制氢仍会在一段时间内以碱性电解槽为主。

在2024第四届绿氢论坛中,针对大规模电解水制氢的发展机遇,许卫提出:更大的电解设备会降低投资和运行成本,更有利于水电解设备的大规模应用。

许卫对制氢系统进行了详细介绍。典型的水电解制氢系统由5部分组成:

·水电解槽:是整个系统的核心

·附属设备:包括气液处理系统和补水系统,主要负责产品气和电解液的分离和电解液的循环,以及补充电解所需的原料水

·控制系统:控制整个电解过程的温度、压力流量等

·整流系统

·气体纯化系统:可以使氢气纯化也可以使氧气纯化

在制氢系统的基础上,许卫介绍,大规模制氢系统有两个主要发展方向,一是大规模、二是高波动。

发展大规模的关键技术包括高电流密度、低能耗、大产气量单体电解槽技术;大规模气液分离系统设计;大规模氢气和氧气纯化技术。

对于高波动的需求,要开发匹配新能源波动性电网的大容量直流电源系统设计;适应波动电源工况的能源管理系统及自动化控制策略。

水和电是影响大规模电解水制氢最终成本的两个因素。

绿氢是所有清洁氢类型中最节水的。从用水成本方面来看,制氢用水量一般为9立方水产1吨氢或9升水产1公斤氢。用各地方行业用水定额举例,内蒙古电解水制氢用水定额为10立方水/吨氢和12立方水/吨氢,可以实现电解水制氢。河北制氢用水定额则是1.2立方水/吨氢和1.5立方水/吨氢,远低于制氢所需用水量。

当用水量超过用水定额时,可能出现罚款或阶梯水价的情况,最终导致成本的提升。根据计算来看,制氢用水成本与地方行业用水定额政策有关。

电力降本方面,许卫表示:一方面要开发新的析氢、析氧电极,另一方面要降低电解小室的总电阻。

效率方面,制氢系统和我们通常使用的电器有很大的区别,从图中可以看出,随着氢气产量由20%增加到100% 直流效率可以从95%下降到80%以下,电解装置在较低产气量下具有更高的运行效率。

这也体现了大规模制氢系统的成本优势。举例来说,当加氢站内制氢使用网电制氢时,可以选择低电压(高效率)操作点,以降低用电成本;而当光伏制氢可能选择高电密操作点,这样可以降低投资成本。

大规模电解水制氢面临成本、标准以及法规三方面挑战。

成本方面,设备成本依然高。

作为设备供应商,许卫表示,首先要降低制造成本,持续研发投入以研制高效、低成本的制氢设备;其次是大规模生产对降低设备制造成本可起到更大的作用。

对此,大陆制氢在今年融资1个亿,建设新的8000m2生产车间,计划在年底前完成。

标准方面,国际上有更高的标准要求。

目前我国现行的水电解设备现行标准有6项,其中2项关于氢氧发生器,4项关于水电解制氢。这些国家标准的发布和实施,统一和规范了我国水电解产品,保证了行业健康有序的发展。

但我国的水电解设备标准仅涉及ALK和PEM,ISO/TC197 在2019年 发布了新版22734,包括了AEM技术,在标准设定上具有更高的要求。如果我国也采用此ISO标准作为国家标准 将使我国水电解制氢设备满足国际通用技术和安全要求,为我国设备开拓更大的国际市场创造有利条件。

法规方面,国家层面仍将氢气作为危险化学品,禁止在化工园区外生产。

虽然近三年内地方层面如山东、河北、广东、四川等地表示绿氢生产可以不在化工园区,但这些法规仅仅是地方性政策。

随着国内外碳减排压力日益增大,在国家相关政策的支持下,可再生能源电力的价格将继续下降,大规模电解水制氢系统的更合理配置也会进一步降低绿氢生产成本,绿氢的经济性将逐步显现,基于可再生能源电力消纳的电解水制氢系统规模有望持续扩大。

文章内容根据嘉宾演讲整理,未经嘉宾审核。

来源:氢能观察  记者:李航

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