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許衛:產量低、效率卻高?大規模制氫系統有何優勢

   2024-08-12 李航氫能觀察59270
核心提示:大規模電解水制氫面臨成本、標準以及法規三方面挑戰

在當前主流四種制氫技術中,堿性電解槽和PEM已逐步實現商業化,但考慮到成本和可靠性因素,大規模制氫仍會在一段時間內以堿性電解槽為主。

在2024第四屆綠氫論壇中,針對大規模電解水制氫的發展機遇,許衛提出:更大的電解設備會降低投資和運行成本,更有利于水電解設備的大規模應用。

許衛對制氫系統進行了詳細介紹。典型的水電解制氫系統由5部分組成:

·水電解槽:是整個系統的核心

·附屬設備:包括氣液處理系統和補水系統,主要負責產品氣和電解液的分離和電解液的循環,以及補充電解所需的原料水

·控制系統:控制整個電解過程的溫度、壓力流量等

·整流系統

·氣體純化系統:可以使氫氣純化也可以使氧氣純化

在制氫系統的基礎上,許衛介紹,大規模制氫系統有兩個主要發展方向,一是大規模、二是高波動。

發展大規模的關鍵技術包括高電流密度、低能耗、大產氣量單體電解槽技術;大規模氣液分離系統設計;大規模氫氣和氧氣純化技術。

對于高波動的需求,要開發匹配新能源波動性電網的大容量直流電源系統設計;適應波動電源工況的能源管理系統及自動化控制策略。

水和電是影響大規模電解水制氫最終成本的兩個因素。

綠氫是所有清潔氫類型中最節水的。從用水成本方面來看,制氫用水量一般為9立方水產1噸氫或9升水產1公斤氫。用各地方行業用水定額舉例,內蒙古電解水制氫用水定額為10立方水/噸氫和12立方水/噸氫,可以實現電解水制氫。河北制氫用水定額則是1.2立方水/噸氫和1.5立方水/噸氫,遠低于制氫所需用水量。

當用水量超過用水定額時,可能出現罰款或階梯水價的情況,最終導致成本的提升。根據計算來看,制氫用水成本與地方行業用水定額政策有關。

電力降本方面,許衛表示:一方面要開發新的析氫、析氧電極,另一方面要降低電解小室的總電阻。

效率方面,制氫系統和我們通常使用的電器有很大的區別,從圖中可以看出,隨著氫氣產量由20%增加到100% 直流效率可以從95%下降到80%以下,電解裝置在較低產氣量下具有更高的運行效率。

這也體現了大規模制氫系統的成本優勢。舉例來說,當加氫站內制氫使用網電制氫時,可以選擇低電壓(高效率)操作點,以降低用電成本;而當光伏制氫可能選擇高電密操作點,這樣可以降低投資成本。

大規模電解水制氫面臨成本、標準以及法規三方面挑戰。

成本方面,設備成本依然高。

作為設備供應商,許衛表示,首先要降低制造成本,持續研發投入以研制高效、低成本的制氫設備;其次是大規模生產對降低設備制造成本可起到更大的作用。

對此,大陸制氫在今年融資1個億,建設新的8000m2生產車間,計劃在年底前完成。

標準方面,國際上有更高的標準要求。

目前我國現行的水電解設備現行標準有6項,其中2項關于氫氧發生器,4項關于水電解制氫。這些國家標準的發布和實施,統一和規范了我國水電解產品,保證了行業健康有序的發展。

但我國的水電解設備標準僅涉及ALK和PEM,ISO/TC197 在2019年 發布了新版22734,包括了AEM技術,在標準設定上具有更高的要求。如果我國也采用此ISO標準作為國家標準 將使我國水電解制氫設備滿足國際通用技術和安全要求,為我國設備開拓更大的國際市場創造有利條件。

法規方面,國家層面仍將氫氣作為危險化學品,禁止在化工園區外生產。

雖然近三年內地方層面如山東、河北、廣東、四川等地表示綠氫生產可以不在化工園區,但這些法規僅僅是地方性政策。

隨著國內外碳減排壓力日益增大,在國家相關政策的支持下,可再生能源電力的價格將繼續下降,大規模電解水制氫系統的更合理配置也會進一步降低綠氫生產成本,綠氫的經濟性將逐步顯現,基于可再生能源電力消納的電解水制氫系統規模有望持續擴大。

文章內容根據嘉賓演講整理,未經嘉賓審核。

來源:氫能觀察  記者:李航

 
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