济宁工业电解水制氢技术

电解水制氢，即通过电能将水分解为氢气与氧气的过程，该技术可以采用可再生能源电力，不会产生CO2和其他有毒有害物质的排放，从而获得真正意义上的“绿氢”。电解水制氢原料为水、过程无污染、理论转化效率高、获得的氢气纯度高，但该制氢方式需要消耗大量的电能，其中电价占总氢气成本的60%~80%。实际来看，绿氢制备的技术路线有多种，包括：碱性水电解技术(ALK)、阳离子/质子交换膜水电解技术(PEM)、固体氧化物水电解技术(SOEC)、阴离子交换膜电解水技术(AEM)。国内利用可再生能源耦合PEM电解水制氢的项目也相对偏少。济宁工业电解水制氢技术

氢能因其清洁、可再生、热值高等优点被人们认为是能源。在众多的制氢方法中，电解水制氢是理想的生产技术之一。电解水制氢具有环境友好、产氢纯度高、可与可再生能源结合等优点，满足未来发展的要求。然而，目前还没有大规模的可再生制氢系统可以与传统的化石燃料制氢系统竞争。氢是一种可再生的清洁能源，在未来占有重要地位，其制备、储存、运输和应用都引起了广泛的关注。目前，制氢的主要技术手段包括化石能源重整制氢、工业副产品提取氢气、电解水制氢等。传统的化石燃料制氢技术比较成熟，但化石燃料资源有限。燃烧时，它会造成碳排放，严重污染环境。工业副产氢气是指从焦炉气、氯碱尾气等工业生产的副产品中提取氢气。由于工艺限制，该方法生产的氢气纯度较低，且生产过程中仍存在污染问题。郑州工业电解水制氢设备价格水电解制氢被认为是未来制氢的发展方向，特别是利用可再生能源电解水制氢。

以往的制氢装备均应用在多晶硅、电厂等场景，例如某多晶硅厂，氢气主要应用于多晶硅还原炉的还原气体，制氢站是按照 2 万吨多晶硅的产能设计，所以用气量很多情况多晶硅产能较为稳定，且用电来自电网，制氢装备多数情况处于 60%负荷运行，氢气储罐压力主要维持在 0.9－1.2MPa 之间。针对光伏制氢系统，由于光伏发电的间歇波动特性，制氢装备需要考虑供电的不稳定性，对制氢装备带来了全新的挑战。如何评价光伏制氢系统需要进行全新的定义，例如：初始响应时间、总响应时间、比较大斜坡速率、比较低工作点、冷启动时间、热启动时间、关机时间等等。

从近年来发布的氢能相关主要国家政策和相关战略可以看出：氢能 2020 年列入能源范畴，2022 年上升至国家能源战略高度，这与提出碳达峰碳中和目标和能源饭碗端在自己手中的指示，与中石化打造氢能公司目标是一致的。目前成熟的电解水技术为碱水电解和质子交换电解。从国际能源署预测，全球制氢技术仍以碱性电解水为主。从今年季度国内上马的制氢项目也可以看出全部为碱性电解制氢技术。2022 年中国碱性电解水制氢设备的出货量约 800MW，质子交换膜电解水制氢设备的出货量约 24MW，在 2021 年基础上实现翻番，2023 年上半年已公开招标项目装机规模超 400MW，绝大多数均采用碱性水电解制氢技术，预计 2023 年国内电解槽订单量将超 1GW 水平。PEM电解槽的产氢纯度通常在99.99%左右。

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。PEM电解槽的单位成本仍然远高于碱性电解槽。通辽国内电解水

PEM水电解制备的绿氢应用于合成氨、炼油、化工、钢铁等碳密集型行业。济宁工业电解水制氢技术

阳离子/质子交换膜水电解技术(PEM)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。济宁工业电解水制氢技术