電解制氫設(shè)備
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2026-01-04
電解制氫設(shè)備的實(shí)例教程
例如，工采網(wǎng)代理的瑞士Neroxis的MTCS2601熱導(dǎo)式氣體傳感器和荷蘭Xensor的XEN-5320高速響應(yīng)熱導(dǎo)式氣體傳感器都是電解水制氫出口氧中氫含量檢測(cè)中的優(yōu)選產(chǎn)品。MTCS2601傳感器具有體積小、低功耗、快速響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠檢測(cè)0~100%的氫氣濃度，適用于低真空環(huán)境下的熱導(dǎo)式測(cè)量。而XEN-5320傳感器則具有系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間短、響應(yīng)時(shí)間快、測(cè)量范圍寬等特點(diǎn)，能夠精確測(cè)量100ppm至100%范圍內(nèi)的氫氣濃度，適用于醫(yī)療、研發(fā)和工業(yè)環(huán)境中的氫氣監(jiān)控和泄露檢測(cè)。
根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19774的規(guī)定，電解水制氫設(shè)備配套的氧中氫分析儀的量程范圍應(yīng)為0-2%VOL，且分辨率應(yīng)小于0.01%VOL。這一標(biāo)準(zhǔn)確保了氫氣傳感器在檢測(cè)過(guò)程中的準(zhǔn)確性和可靠性。
氫氣傳感器在電解水制氫出口氧中氫含量檢測(cè)中發(fā)揮著重要作用。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氧氣中微量氫氣的濃度，可以確保氫氣的純度和安全性，為電解水制氫技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用提供有力保障。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的降低，電解水制氫有望成為未來(lái)綠氫生產(chǎn)的主流方法，為氫能產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展注入新的活力。
展開(kāi) 丹麥1.2MW項(xiàng)目采用就地制氫的方案，在風(fēng)電場(chǎng)附近建立制氫、儲(chǔ)氫、氫氣管道輸出一體化電解水制氫站，用于制取綠氫及配合可再生能源風(fēng)電消納，同樣采用的質(zhì)子交換膜電解水制氫技術(shù)。
因此，本文建議：我國(guó)應(yīng)重視質(zhì)子交換膜電解水制氫技術(shù)的發(fā)展，重點(diǎn)突破質(zhì)子交換膜電解槽的催化劑技術(shù)、雙極板材料、膜電極等關(guān)鍵技術(shù)和部件的研發(fā)和制造技術(shù)，通關(guān)提高催化劑效率降低質(zhì)子交換膜電解水制氫成本，通過(guò)研發(fā)制造更高性能的雙極板材料提高質(zhì)子交換膜電解槽的使用壽命。
目前，我國(guó)電解水裝置的安裝總量在 1500-2000套左右，電解水制氫年產(chǎn)量約9億m3，堿性電解水技術(shù)占絕對(duì)主導(dǎo)地位。
目前，國(guó)內(nèi)堿性電解水設(shè)備的單臺(tái)產(chǎn)能最大可達(dá)1000m3/h，電解水設(shè)備制造廠家主要有中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一八研究所、天津市大陸制氫設(shè)備有限公司及蘇州競(jìng)立制氫設(shè)備有限公司等。
可再生能源制氫技術(shù)分類(lèi)
傳統(tǒng)的電解水制氫在發(fā)電環(huán)節(jié)多采用火電，伴隨著大量碳排放，而可再生能源制氫采用的是風(fēng)電、光電等能源，是真正意義上的綠氫制取技術(shù)。
下面分別以2類(lèi)典型可再生能源制氫技術(shù)展開(kāi)，介紹其基本原理與系統(tǒng)架構(gòu)，并總結(jié)國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究現(xiàn)狀，對(duì)我國(guó)可再生能源制氫技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展提供借鑒和參考。
1）風(fēng)電制氫技術(shù)
風(fēng)力發(fā)電制氫系統(tǒng)根據(jù)與電網(wǎng)連接情況可以分為并網(wǎng)型風(fēng)電制氫系統(tǒng)和離網(wǎng)型風(fēng)電制氫系統(tǒng)，目前我國(guó)離網(wǎng)條件下風(fēng)電耦合制氫技術(shù)尚處于起步階段，大多采用并網(wǎng)型風(fēng)電耦合制氫系統(tǒng)，整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、儲(chǔ)能變流器(PCS)能量轉(zhuǎn)換及控制系統(tǒng)、電解槽制氫模塊、氫氣壓縮機(jī)、高壓儲(chǔ)氫罐等部分。
展開(kāi) 據(jù)悉，國(guó)家級(jí)太陽(yáng)能電解水制氫綜合示范項(xiàng)目包括20萬(wàn)千瓦光伏發(fā)電裝置和產(chǎn)能為每小時(shí)2萬(wàn)標(biāo)方的電解水制氫裝置，為已知全球單廠規(guī)模最大、單臺(tái)產(chǎn)能最大的電解水制氫項(xiàng)目。目前，制氫綜合成本控制在每標(biāo)方1.34元。
下一步，企業(yè)將拿出全部的折舊資金和部分利潤(rùn)資金，通過(guò)科技創(chuàng)新提高轉(zhuǎn)化率，降低生產(chǎn)成本，使發(fā)電成本可控制在0.068元/度，綠氫成本可控制在0.7元/標(biāo)方，打造行業(yè)成本最優(yōu)曲線，開(kāi)辟了一條技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行的科學(xué)實(shí)現(xiàn)碳中和路徑，示范引領(lǐng)行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型，為國(guó)家“碳中和”做貢獻(xiàn)。
據(jù)悉，寶豐能源計(jì)劃用10年完成50%碳減排，20年實(shí)現(xiàn)企業(yè) “碳中和”，力爭(zhēng)成為行業(yè)率先實(shí)現(xiàn)碳中和的企業(yè)， 著力打造世界一流的科技型綠色制造企業(yè)。
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展開(kāi) 光合細(xì)菌產(chǎn)氫是通過(guò)光裂解有機(jī)酸完成的，而不是簡(jiǎn)單地光解水。光合產(chǎn)氫途徑是在固氮酶或氫酶催化下，將光合磷酸化與還原性物質(zhì)代謝耦連，利用吸收的光能與代謝產(chǎn)生的還原力產(chǎn)生氫氣的一種過(guò)程。
二、直接電解海水的機(jī)遇與挑戰(zhàn)
電解水制氫技術(shù)比較傳統(tǒng)化石能源制氫技術(shù)仍然不夠成熟，現(xiàn)在電解水制氫技術(shù)整套機(jī)制最大的劣勢(shì)在于成本。但電解水制氫具有工藝簡(jiǎn)單、無(wú)污染、產(chǎn)出氫氣純度高等優(yōu)勢(shì)，能夠很好地與可再生能源結(jié)合，達(dá)到大幅度降低制氫成本的效果[9]。目前，電解淡水制氫已經(jīng)被廣泛使用，但是淡水儲(chǔ)量在地球上所有水資源中只占2.53%，且淡水中有極大一部分儲(chǔ)存在冰山、冰川中，其難以被人類(lèi)利用，據(jù)調(diào)查，能被人類(lèi)利用的淡水只占淡水總儲(chǔ)量的0.3%。
大力發(fā)展電解海水制氫工業(yè)，再結(jié)合我國(guó)沿海相對(duì)成熟的海上風(fēng)電系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)相對(duì)完善的氫能大規(guī)模、無(wú)污染的制取工業(yè)。電解水制氫技術(shù)主要有堿性水電解制氫技術(shù)、質(zhì)子交換膜水電解制氫技術(shù)和固體氧化物水電解制氫技術(shù)。目前美國(guó)、日韓和歐洲均將電解水制氫技術(shù)視為未來(lái)能源技術(shù)的主流發(fā)展方向，主要聚焦將堿性水電解制氫技術(shù)規(guī)?；蛯①|(zhì)子交換膜水電解制氫技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，重點(diǎn)圍繞該技術(shù)的“電解效率”“耐久性”和“設(shè)備成本”三個(gè)關(guān)鍵降本性能指標(biāo)來(lái)推進(jìn)整體技術(shù)研發(fā)。
① 電解水制氫原理
。電解水的基本原理是以電能作為能量來(lái)源，推動(dòng)水分子在電極上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，生成氫氣和氧氣。圖1形象地解釋了電解水制氫的原理。
展開(kāi) 《中國(guó)氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書(shū)（2019）》預(yù)測(cè) 2035 年氫能占國(guó)內(nèi)終端能源總量 5.9%，加氫站數(shù)量 1 500 座，燃料電池車(chē)保有量 130 萬(wàn)輛。更多內(nèi)容請(qǐng)關(guān)注微信公眾號(hào)：氫能俱樂(lè)部。國(guó)內(nèi)外油氣公司，如殼牌、中石化等，將氫能作為企業(yè)轉(zhuǎn)型的重要選擇，正積極投資布局氫能產(chǎn)業(yè)。
1、水電解制氫
水電解制氫是指水分子在直流電作用下被解離生成氧氣和氫氣，分別從電解槽陽(yáng)極和陰極析出。根據(jù)電解槽隔膜材料的不同，通常將水電解制氫分為堿性水電解（AE）、質(zhì)子交換膜（PEM）水電解以及高溫固體氧化物水電解（SOEC）。國(guó)內(nèi)目前有中科院大連化學(xué)物理研究所、中船重工集團(tuán)718研究所等單位開(kāi)展PEM水電解制氫技術(shù)研究，都尚處于研發(fā)階段。
1.1、堿性水電解制氫
堿性水電解制氫電解槽隔膜主要由石棉組成，起分離氣體的作用。陰極、陽(yáng)極主要由金屬合金組成，如Ni-Mo合金等，分解水產(chǎn)生氫氣和氧氣。工業(yè)上堿性水電解槽的電解液通常采用KOH溶液，質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%~30%，電解槽操作溫度70~80℃，工作電流密度約0.25 A/cm2，產(chǎn)生氣體壓力0.1~3.0 MPa，總體效率62%~82%。堿性水電解制氫技術(shù)成熟，投資、運(yùn)行成本低，但存在堿液流失、腐蝕、能耗高等問(wèn)題。水電解槽制氫設(shè)備開(kāi)發(fā)是國(guó)內(nèi)外堿性水電解制氫研究熱點(diǎn)。
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根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19774的規(guī)定，電解水制氫設(shè)備配套的氧中氫分析儀的量程范圍應(yīng)為0-2%VOL，且分辨率應(yīng)小于0.01%VOL。這一標(biāo)準(zhǔn)確保了氫氣傳感器在檢測(cè)過(guò)程中的準(zhǔn)確性和可靠性。
氫氣傳感器在電解水制氫出口氧中氫含量檢測(cè)中發(fā)揮著重要作用。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氧氣中微量氫氣的濃度，可以確保氫氣的純度和安全性，為電解水制氫技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用提供有力保障。
<p>氫能有望減少溫室氣體排放，并幫助在 2050 年實(shí)現(xiàn)凈零碳排放目標(biāo)。在面對(duì)能源供應(yīng)和低碳排放目標(biāo)的雙重壓力下，氫能作為綠色新能源產(chǎn)業(yè)愈發(fā)受到重視，采用可再生能源電解水制氫并作為燃料供給燃料電池，成為氫能綠色應(yīng)用的典型方式。</p><p>Ansys CFD產(chǎn)品提供專(zhuān)門(mén)的電解制氫和燃料電池仿真模塊，可對(duì)質(zhì)子交換膜電解水、堿性電解水、質(zhì)子交換膜燃料電池和固體氧化物燃料電池等多種氫能生產(chǎn)及利用過(guò)程進(jìn)行仿真模擬
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學(xué)員能力提升目標(biāo)
· 了解電解水制氫的基本原理
DT新能源
獲悉，8月25日，中國(guó)石油自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的千方級(jí)堿性電解水制氫智能系統(tǒng)在獨(dú)山子石化公司成功投入運(yùn)行。
據(jù)悉，該電解水制氫示范項(xiàng)目，用于煉油加氫，可減少化石能源的消耗，減少二氧化碳等溫室氣體的排放，有助于實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和要求。項(xiàng)目建設(shè)單位為中國(guó)石油天然氣股份有限公司獨(dú)山子石化分公司，制氫系統(tǒng)由中國(guó)石油深圳新能源研究院、獨(dú)山子石化公司、中國(guó)寰球工程公司、昆侖數(shù)智科技有限責(zé)任公司聯(lián)合研發(fā)
本案例利用comsol計(jì)算SOEC在波動(dòng)電能輸入情況下的動(dòng)態(tài)特性研究。
1.背景描述
為實(shí)現(xiàn)我國(guó)環(huán)境質(zhì)量將實(shí)現(xiàn)根本性好轉(zhuǎn)，在能源方面將全面推進(jìn)能源清潔化和高效化改革，進(jìn)一步降低化石能源消費(fèi)增長(zhǎng)速度，全面推動(dòng)化石能源減量化消費(fèi)，“十四五”期間非化石能源占能源消費(fèi)比例達(dá)到18%左右。風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源由于其環(huán)保特性，在電力生產(chǎn)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。但是，可再生能源具有高度的間歇性、
氫能分為灰氫、藍(lán)氫和綠氫三大類(lèi)，灰氫是通過(guò)化石燃料燃燒所產(chǎn)生的氫氣，該種氫氣的生產(chǎn)技術(shù)較為簡(jiǎn)單，但過(guò)程中會(huì)有較多的CO2排放，不符合雙碳目標(biāo)；藍(lán)氫是將天然氣通過(guò)一系列反應(yīng)制成的氫氣。雖然在生產(chǎn)藍(lán)氫時(shí)也會(huì)產(chǎn)生溫室氣體，但由于在生產(chǎn)過(guò)程中使用了諸多先進(jìn)技術(shù)，所產(chǎn)生的溫室氣體被捕獲，
成本方面，電解水制氫一般包括設(shè)備成本、能源成本（電力）、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用及原料費(fèi)用，其中能源成本占比最大，一般占 40%-60%（AWE/PEM），甚至可達(dá) 80%，由電解制氫效率因素驅(qū)動(dòng)，設(shè)備成本占比次之。
在經(jīng)濟(jì)性逐步得到體現(xiàn)后，可再生能源制氫未來(lái)將成為我國(guó)制氫端的主力軍，電解水制氫設(shè)備等相關(guān)領(lǐng)域有望迎來(lái)廣闊的發(fā)展機(jī)遇。
2. 加氫端：加氫站穩(wěn)步投建，帶動(dòng)加氫設(shè)備領(lǐng)域
加氫站主要由儲(chǔ)氫系統(tǒng)、壓縮系統(tǒng)和加注系統(tǒng)組成，是鏈接氫能上下游的關(guān)鍵設(shè)施，實(shí)現(xiàn)氫能有效利用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在政策的推動(dòng)下，我國(guó)加氫站的建設(shè)在 2018 年進(jìn)入到快速發(fā)展的階段。
我國(guó)將氫能作為戰(zhàn)略能源技術(shù)，給予持續(xù)的政策支持，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。在政策、資金等多因素疊加催化下，近幾年國(guó)內(nèi)加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施、產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵技術(shù)與裝備得到發(fā)展，形成長(zhǎng)三角、珠三角、京津冀等氫能產(chǎn)業(yè)熱點(diǎn)區(qū)域。
數(shù)據(jù)顯示，2016-2020年間，我國(guó)燃料電池汽車(chē)的銷(xiāo)量分別為629輛、1275輛、1527輛、2737輛、0.1萬(wàn)輛，累計(jì)超7100輛，加氫站數(shù)量已位居全球第二
導(dǎo)讀
近日，青島科技大學(xué)化工學(xué)院劉希恩教授團(tuán)隊(duì)在電解水制氫領(lǐng)域取得新進(jìn)展。相關(guān)研究成果以“Boosting Hydrogen Evolution Reaction byPhase Engineering andPhosphorus Doping on Ru/P-TiO2”為題，發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed.上
