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水电解制氢是看好的制备方式
双击自动滚屏 发布者:zq1229 发布时间:2019/10/4 11:38:39 阅读:26次 【字体:
 

水电解制氢最被看好的制备方式之一

技术顾问:13812683169

描述:煤化工制氢、水电解制氢和甲烷制氢。而这三种方式中的水电解制氢是一种较为方便的制取氢气的方法,即ALK(碱水电解池)、PEM(质子交换膜)以及SOE(固体氧化物电解池)。也是最被看好的制备方式之一。

关键词:即ALK(碱水电解池)、PEM(质子交换膜)以及SOE(固体氧化物电解池),导致水电解制氢成本过高原因,风电制氢技术及发展模式,太阳能制氢,水力发电电解水制氢

氢能产业的发展史,伴随着制氢技术的不断发展。目前工业上制备氢气的方法可分为:煤气转化;热化学法;生物制氢;电解水制氢;生物质热解技术等。其中,使用化石燃料作为主原料的煤气转化法,占世界氢气制备总量的96%。煤化工制氢、水电解制氢和甲烷制氢。而这三种方式中的水电解制氢是一种较为方便的制取氢气的方法,也是最被看好的制备方式之一。

一,从理论上来讲,水电解制氢的原理是在电解槽中通入直流电,水分子在电极上发生电化学反应,分解成氢气和氧气,是最常见的制氢方法。水电解制氢生产氢气的效率一般在75%-85%。
但是在电解过程中,诸多原因导致水电解制氢成本过高。
1,是催化剂会影响整体的转换效率,目前工业上使用的催化剂是贵金属催化剂,催化剂成本较高,减少催化剂贵金属使用量来降低PEM水电解设备成本是未来研发主要方向;
2,是电解过程中,通电也是必须的,所消耗的电能也是成本过高的原因之一
3,是在整个水电解制氢过程中,还需要考虑设备本身所消耗的电能及成本等问题。
二,电解水制氢究竟难在哪里?
尽管水电解制氢面临诸多挑战,依旧看好水电解制氢的前景。2050年,水电解制氢占主流制氢方式约40%的市场。
水电解制氢有不同的方式,即ALK(碱水电解池)、PEM(质子交换膜)以及SOE(固体氧化物电解池)。
从技术层面来看,

1,ALK的技术限制较少。ALK水电解技术最为成熟,成本最低,经济效益最高,但有碱液污染。

目前水电解的工艺、材料,设备均在不断地改进。
以往电解质一般采用强碱性电解液,近年来电解反应器电极材料也有所改进,开发出了采用固体高分子离子交换膜为电解质,且此种隔膜又起到电解池阴阳极的隔膜作用。
目前,国内有很多各式各样规模的水电解制氢装置,其目的大多不是为了能源使用,而是应用于电子,冶金等需要高纯氢的工业领域

2,PEM尚有较多的技术难题(例如,膜和催化剂涂层);全球只有少数供应商能够提供核心零部件,如膜或膜电极;PEM随着技术成熟度的提高成本下降在未来经济效益最高。但PEM核心零部件亟需国产化。

3,SOE水电解系统仍然以如此小的数量生产,尚不存在完整的技术成熟的供应链。目前SOE技术仍处于试验阶段,故目前的制氢暂不考虑。
对于电解反应中的电极过程、电极材料等随着氢能应用的逐步扩大,高效、廉价电解水制氢世界性难题有望得到有效的解决。
近些年,国际上已经先后研究开发了20多种热化学循环法,有的已进入中试阶段。

三,我国水力资源丰富,利用水力发电电解水制氢有一定的发展前景。也有不少企业在水电解制氢产业布局。

四,风电制氢技术

全球范围内常见的风电制氢系统主要构成包括风力发电机组、电解槽、氢气储藏系统、电网等。
风电制氢项目通常采用的有两种模式。
1,一种则是首先利用风力发电并网,按照总量在制氢的用电端通过电网供电实现制氢。这样一来,电网解决了风电本身的波动性问题,制氢设备能够实现稳定运行,但仍需依赖当地电网,相关费用也将折算入风电制氢的成本中。
2,另一种则是利用风电直接连接设备进行制氢,但风电的波动性将对设备寿命造成不利影响。
技术层面来说,直接利用风能进行电解水制氢,制氢设备仍需要克服风能波动性带来的问题。“就目前技术水平来看,直接利用风电进行电解水,针对风电的波动性,控制设备的响应时间是需要突破的技术难点。波动性和频繁启停对碱性电解水寿命有很大影响,风电波动对电解水设备造成的影响仍有待深入研究。”

同时,就目前情况来看,碱性电解水制氢这一技术已经走向成熟,但这一成熟技术仍需要在稳定工况下进行。“将不稳定发电的风电转变为持续供电,不论是并入电网或是加上区域储能系统,都将带来额外的经济投入。”

五,太阳能制氢
但太阳能制氢也有着40年的发展历史,并被看作是最具前景的制氢方法之一。到目前为止,对太阳能制氢的研究主要集中在:热化学法制氢、光电化学分解法制氢、光催化法制氢、人工光合作用制氢和生物制氢等。
将太阳能发电和电解水组合制氢组合成系统的技术,是主流发展方向。从世界范围来看,太阳能发电产业已经进入到了相对成熟的阶段。全球光伏发电装机总量从2013年的135GW,逐步增长到2017年的386GW,再飞跃到2018年的480GW。并且,光伏发电转化率记录不断被刷新,光伏技术取得了长足进步。

从量到质上,太阳能制氢已初步成熟。

绿色能源代替化石能源的大潮已全面开启,且风势渐趋扩大。尤其是光伏产业,虽然起步晚于风电产业,光伏的多种应用形式,也让整个产业保持着活力与发展想象。
当光伏遇见氢能,又一个全新的新能源应用蓝海诞生了。太阳能制氢,这个已被提出40余年的新能源应用,在光伏产业迈入“成年”,氢能茁壮成长之际,迎来了历史性发展时机,可以在西部光照好的地方制氢,离网的制氢,通过电力的转换装置直接制氢,没有任何二氧化碳排放,没有任何的污染。”

“10MW光伏每小时可制造10立方的氢气,25平方公里的光伏发电列阵,可以做一个小型的制氢城,一年可以产100万吨的氢气,100万吨的氢气完全够我们未来几年用。初步计算,在光照好的地方,制氢的光伏发电成本大概在1毛5分钱一度电,是大幅度低于现在制氢的电力成本。“阳光电源董事长曹仁贤给我们算了这样一笔账。
太阳能制氢,实现了清洁能源生产清洁能源,并可以有效地消纳光伏发电,可以实现两种重要新能源之间的有效结合应用。随着光伏发电和电解水制氢技术的不断发展,太阳能制氢是又一生力军。

虽然电解水制氢产业化困难重重,但其优点也是大家所认同的。电解水制氢过程无污染,是一种理想的制取氢气的方式,在不久的将来,电解水制氢摘到“理想”的帽子,成为未来主流制氢方式之一,氢能产业的发展应当遵循市场规律。

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