電解制氫設備的案例
氫氣傳感器在電解水制氫出口氧中氫含量檢測中的應用
例如，工采網代理的瑞士Neroxis的MTCS2601熱導式氣體傳感器和荷蘭Xensor的XEN-5320高速響應熱導式氣體傳感器都是電解水制氫出口氧中氫含量檢測中的優選產品。MTCS2601傳感器具有體積小、低功耗、快速響應等優點，能夠檢測0~100%的氫氣濃度，適用于低真空環境下的熱導式測量。而XEN-5320傳感器則具有系統啟動時間短、響應時間快、測量范圍寬等特點，能夠精確測量100ppm至100%范圍內的氫氣濃度，適用于醫療、研發和工業環境中的氫氣監控和泄露檢測。
根據國家標準GB/T19774的規定，電解水制氫設備配套的氧中氫分析儀的量程范圍應為0-2%VOL，且分辨率應小于0.01%VOL。這一標準確保了氫氣傳感器在檢測過程中的準確性和可靠性。
氫氣傳感器在電解水制氫出口氧中氫含量檢測中發揮著重要作用。通過實時監測氧氣中微量氫氣的濃度，可以確保氫氣的純度和安全性，為電解水制氫技術的發展和應用提供有力保障。隨著技術的不斷進步和成本的降低，電解水制氫有望成為未來綠氫生產的主流方法，為氫能產業的可持續發展注入新的活力。
展開 可再生能源電解水制氫儲能應用前景廣闊
丹麥1.2MW項目采用就地制氫的方案，在風電場附近建立制氫、儲氫、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電消納，同樣采用的質子交換膜電解水制氫技術。
因此，本文建議：我國應重視質子交換膜電解水制氫技術的發展，重點突破質子交換膜電解槽的催化劑技術、雙極板材料、膜電極等關鍵技術和部件的研發和制造技術，通關提高催化劑效率降低質子交換膜電解水制氫成本，通過研發制造更高性能的雙極板材料提高質子交換膜電解槽的使用壽命。
目前，我國電解水裝置的安裝總量在 1500-2000套左右，電解水制氫年產量約9億m3，堿性電解水技術占絕對主導地位。
目前，國內堿性電解水設備的單臺產能最大可達1000m3/h，電解水設備制造廠家主要有中國船舶重工集團公司第七一八研究所、天津市大陸制氫設備有限公司及蘇州競立制氫設備有限公司等。
可再生能源制氫技術分類
傳統的電解水制氫在發電環節多采用火電，伴隨著大量碳排放，而可再生能源制氫采用的是風電、光電等能源，是真正意義上的綠氫制取技術。
下面分別以2類典型可再生能源制氫技術展開，介紹其基本原理與系統架構，并總結國內外學者研究現狀，對我國可再生能源制氫技術進一步發展提供借鑒和參考。
1）風電制氫技術
風力發電制氫系統根據與電網連接情況可以分為并網型風電制氫系統和離網型風電制氫系統，目前我國離網條件下風電耦合制氫技術尚處于起步階段，大多采用并網型風電耦合制氫系統，整體系統結構如圖1所示，包括風力發電機組、儲能變流器(PCS)能量轉換及控制系統、電解槽制氫模塊、氫氣壓縮機、高壓儲氫罐等部分。
展開 全球最大電解水制氫項目亮相 化工巨頭寶豐能源 “氫”舞飛揚
據悉，國家級太陽能電解水制氫綜合示范項目包括20萬千瓦光伏發電裝置和產能為每小時2萬標方的電解水制氫裝置，為已知全球單廠規模最大、單臺產能最大的電解水制氫項目。目前，制氫綜合成本控制在每標方1.34元。
下一步，企業將拿出全部的折舊資金和部分利潤資金，通過科技創新提高轉化率，降低生產成本，使發電成本可控制在0.068元/度，綠氫成本可控制在0.7元/標方，打造行業成本最優曲線，開辟了一條技術、經濟可行的科學實現碳中和路徑，示范引領行業低碳轉型，為國家“碳中和”做貢獻。
據悉，寶豐能源計劃用10年完成50%碳減排，20年實現企業 “碳中和”，力爭成為行業率先實現碳中和的企業， 著力打造世界一流的科技型綠色制造企業。
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展開 碳中和|電解海水制氫的機遇
光合細菌產氫是通過光裂解有機酸完成的，而不是簡單地光解水。光合產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代謝耦連，利用吸收的光能與代謝產生的還原力產生氫氣的一種過程。
二、直接電解海水的機遇與挑戰
電解水制氫技術比較傳統化石能源制氫技術仍然不夠成熟，現在電解水制氫技術整套機制最大的劣勢在于成本。但電解水制氫具有工藝簡單、無污染、產出氫氣純度高等優勢，能夠很好地與可再生能源結合，達到大幅度降低制氫成本的效果[9]。目前，電解淡水制氫已經被廣泛使用，但是淡水儲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存在冰山、冰川中，其難以被人類利用，據調查，能被人類利用的淡水只占淡水總儲量的0.3%。
大力發展電解海水制氫工業，再結合我國沿海相對成熟的海上風電系統，可以實現相對完善的氫能大規模、無污染的制取工業。電解水制氫技術主要有堿性水電解制氫技術、質子交換膜水電解制氫技術和固體氧化物水電解制氫技術。目前美國、日韓和歐洲均將電解水制氫技術視為未來能源技術的主流發展方向，主要聚焦將堿性水電解制氫技術規模化和將質子交換膜水電解制氫技術產業化，重點圍繞該技術的“電解效率”“耐久性”和“設備成本”三個關鍵降本性能指標來推進整體技術研發。
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源，推動水分子在電極上發生電化學反應，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 
電解水制氫、氫氣發電的能量轉移邏輯
《中國氫能源及燃料電池產業白皮書（2019）》預測 2035 年氫能占國內終端能源總量 5.9%，加氫站數量 1 500 座，燃料電池車保有量 130 萬輛。更多內容請關注微信公眾號：氫能俱樂部。國內外油氣公司，如殼牌、中石化等，將氫能作為企業轉型的重要選擇，正積極投資布局氫能產業。
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，分別從電解槽陽極和陰極析出。根據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）、質子交換膜（PEM）水電解以及高溫固體氧化物水電解（SOEC）。國內目前有中科院大連化學物理研究所、中船重工集團718研究所等單位開展PEM水電解制氫技術研究，都尚處于研發階段。
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、陽極主要由金屬合金組成，如Ni-Mo合金等，分解水產生氫氣和氧氣。工業上堿性水電解槽的電解液通常采用KOH溶液，質量分數20%~30%，電解槽操作溫度70~80℃，工作電流密度約0.25 A/cm2，產生氣體壓力0.1~3.0 MPa，總體效率62%~82%。堿性水電解制氫技術成熟，投資、運行成本低，但存在堿液流失、腐蝕、能耗高等問題。水電解槽制氫設備開發是國內外堿性水電解制氫研究熱點。
展開 天津大學《AFM》：為海水電解大規模制氫提供新視角！
為了電解制氫，人們投入了大量的精力來開發電解槽，如液-電解堿電解、高溫固體氧化物電解、質子交換膜電解和陰離子交換膜電解。然而，淡水短缺可能成為淡水電解工業化應用的瓶頸。堿性條件下的海水電解為大規模可持續的高純度氫氣生產提供了一種替代傳統淡水電解的有吸引力的選擇。然而，缺乏活性強的電催化劑嚴重阻礙了該技術的工業化應用。
來自天津大學的學者報道了電化學脫合金法制備的碳摻雜納米孔磷化鈷(C-Co2P)作為析氫反應(HER)的電催化劑。在電流密度為10 mA cm?2(1M KOH)時，C-Co2P的過電位為30 mV，在含有氯化鈉、氯化鎂和氯化鈣混合氯化物的人工堿性海水電解液中具有令人印象深刻的催化活性和大電流密度下的穩定性。實驗分析和密度泛函理論計算表明，具有較強電負性和較小原子半徑的C原子可以調整Co2P的電子結構，導致Co-H鍵減弱，從而促進其動力學。此外，C摻雜通過形成C-Had中間體引入了兩步氫傳遞途徑，從而降低了水的離解能壘。本文的研究為海水電解大規模制氫的發展提供了一個新的視角。
展開 氫能全產業鏈解析之制氫篇：PEM電解水
綠氫是通過可再生能源發電，再通過電解水獲取氫氣。電解水制氫是在直流電的作用下，通過電化學過程將水分子分解為氫氣和氧氣，分別在陰、陽極析出。而電解水制氫目前主要有三種技術路線，即堿性電解（AWE），質子交換膜（PEM）電解以及固體氧化物（SOEC）三種技術路線。電解水制氫三種技術路線對比在以上三種技術路線中，PEM電解水制氫的效率較高，并且適用于可再能能源發電時的波動性，是當下主流也是比較有前景的電解水制氫技術，下面我們就來看一下PEM電解水制氫的技術原理。PEM電解水制氫原理與堿性電解池相比，PEM電解池用質子交換膜代替了石棉膜，傳導質子，并隔絕電極兩側的氣體，避免了堿性電解液所帶來的缺點。同時，PEM電解池的體積更為緊湊，結構方面零間隙，極大降低了電解池的歐姆內阻，提升了整體性能。PEM電解池的結構典型的PEM電解池主要由陽極端板、陰極端板、陰陽極擴散層、陰陽極催化層以及質子交換膜組成。其中，端板的作用是固定電解池組件，并引導電流傳遞，分配水、氣，擴散層起集流，促進氣液傳遞等作用，催化層的核心是由催化劑、電子傳導介質、質子傳導介質組成的三相界面，是電化學反應的核心場所。質子交換膜一般使用全氟磺酸膜，傳遞質子，隔絕開陰陽極生成的氣體，并阻止電子的傳遞。PEM電解水技術的優點與堿性電解水相比，PEM電解水的優勢主要在于：1.由于采用的是質子交換膜固體電解質，產生的氣體無需進行脫堿處理；2.效率高于堿性電解池；3.啟停快，響應性好4.能適應可再能能源發電時的波動性。PEM電解水技術的缺點目前PEM電解水技術的缺點在于成本較高，主要是由于催化劑用到貴金屬鉑，成本一時難以降低，這一點與燃料電池面臨的問題是一樣的，如何降低催化劑的鉑載量或尋找新的低成本的替代材料，也是當前要研究并攻克的關鍵技術問題。
展開 耦合可再生能源高溫電解制氫動態特性研究
基于可逆電化學反應的電解技術提供了一種“波動電-燃料”的新路徑，這一路徑可以電解H2O產出H2等符合新型能源結構的綠色燃料，通過與可逆固體氧化物電池技術的結合，電網的儲能產業與電解的制氫產業極有可能互助互利，即采用可再生能源波動性電能進行電解水，使得儲能成本能夠進一步降低，同時也將間接性問題產生的大量棄電轉化為氫能，實現高效的可再生能源消納。整個過程沒有碳排放，對環境友好，實現真正的綠氫生產，具有廣闊的市場和前景。
2.Comsol設置
啟動Comsol軟件選擇二維軸對稱
選擇自由和多孔介質流動、濃物質傳遞、二次電流分布和多孔介質傳熱模塊
選擇穩態求解器
2.1幾何與網格設置
進入幾何面板，更改單位為um。
右鍵幾何，選擇矩形，設置幾何圖形的長度與寬度。
模型陰極支撐層、陰極活性層、電解液和陽極的厚度分別為760 mm、10 mm、10 mm和15 mm。本案例的計算模型如圖所示。
進入網格設置界面，選擇用戶控制網格
右鍵網格，選擇映射，在映射面板選擇區域
右鍵映射，選擇分布，在分布面板選擇邊界，并設置邊界上的節點數目。
電極上發生電化學反應，計算量大，需要采用更加密集的網格。最終網格如圖所示。
2.2自由和多孔介質流動
點擊自由和多空介質流動(fp1)，選擇燃料極所包括區域
點擊流體屬性，填寫對應的密度與粘度。（這里設置的是流道的流動）
右鍵自由和多空介質流動(fp1)，添加流體與基體屬性，選擇對應的區域，設置相應的密度，粘度，孔隙率，滲透率。
展開 Angew：青科大劉希恩團隊在電解水制氫領域取得新進展
導讀
近日，青島科技大學化工學院劉希恩教授團隊在電解水制氫領域取得新進展。相關研究成果以“Boosting Hydrogen Evolution Reaction byPhase Engineering andPhosphorus Doping on Ru/P-TiO2”為題，發表在Angew. Chem. Int. Ed.上。
可再生能源電力電解水制氫是最具發展前景的綠色可持續制氫技術。目前，堿性介質電解水制氫相較于酸性介質電解水制氫而言，技術相對成熟，應用更為廣泛。然而，在堿性介質中，首先需要發生水的解離產生質子，這使得HER在堿性介質中的動力學比酸性介質中低2~3個數量級。同時，根據Sabatier規則，高性能HER電催化劑應具有合適的氫吸附自由能。因此，協同優化堿性HER的水解離和氫脫附基元步驟至關重要但極具挑戰性。
本文設計制備了一種痕量磷摻雜的富氧缺陷二氧化鈦負載Ru團簇復合材料—Ru/P-TiO2。該材料在堿性介質中展現出類似于商業Pt/C的幾何活性，且質量活度比Pt/C提升了34.3倍。實驗結合理論計算研究表明，金紅石相TiO2基底相較于銳鈦礦相TiO2基底更有利于增強HER活性。金紅石TiO2表面豐富的氧空位有利于促進水的吸附和解離，而摻雜的P以P5+形式存在，取代部分Ti4+，有利于促使吸附氫從表面Ru位點溢流到表面P位點從而促進H2的形成。由此可見，相工程和磷摻雜協同提升了堿性HER活性。
該工作得到了山東省泰山學者人才工程、國家自然科學基金、山東省優秀青年基金等的資助。博士生周士正、Haeseong Jang、秦清教授為論文共同第一作者；劉希恩教授、秦清教授、劉尚果副教授、Prof. Cho為論文的共同通訊作者。青島科技大學為第一通訊單位。
展開 學術干貨 | 解讀電解水制氫中的非貴金屬催化劑
例如，研究人員在鎳銅合金納米顆粒表面包覆厚度可控的純石墨碳層，形成NiCu@C核殼結構納米顆粒，并將其作為全pH范圍的析氫電催化劑。研究表明，碳殼層厚度對NiCu@C核殼結構體系的電催化析氫性能有很大的影響。由單層石墨碳包覆的NiCu納米顆粒在電催化HER中達到了最高的活性和穩定性，在pH為0，7，14的電解質溶液中達到10 mA cm-2的電流密度需要的過電位分別為48，164，74 mV。
圖7 鎳銅合金@石墨碳核殼結構用作全pH范圍的析氫電催化劑
Ansys CFD電解制氫及燃料電池解決方案【8月21日直播】
在面對能源供應和低碳排放目標的雙重壓力下，氫能作為綠色新能源產業愈發受到重視，采用可再生能源電解水制氫并作為燃料供給燃料電池，成為氫能綠色應用的典型方式。</p><p>Ansys CFD產品提供專門的電解制氫和燃料電池仿真模塊，可對質子交換膜電解水、堿性電解水、質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及利用過程進行仿真模擬，可根據用戶指定的設計輸入參數快速獲取高精度的三維多物理場結果，指導用戶分析產品的電化學性能、組份分布狀況并進行產品的熱管理、水管理等；同時結合Ansys ROM降階技術還可實現三維仿真結果降階為高精度數學模型，供系統級仿真模型使用。</p><p><strong>8月21日</strong>，Ansys 將推出<strong>「Ansys CFD電解制氫及燃料電池解決方案」</strong>主題網絡研討會。歡迎氫能、電解制氫、燃料電池工程師，和其他對氫能領域感興趣的仿真工程師積極報名參會。 </p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/sJ5jnYn8Sice8bWRVajNb0MQXWvHxvRPRZ1CCpp6siaw456HckfuUbv0fibSQmm5Ub6MRCM81yroQLMrZIbrukXKA/640?
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中石油千方級堿性電解水制氫智能系統投運！
DT新能源
獲悉，8月25日，中國石油自主知識產權的千方級堿性電解水制氫智能系統在獨山子石化公司成功投入運行。
據悉，該電解水制氫示范項目，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，有助于實現碳達峰、碳中和要求。項目建設單位為中國石油天然氣股份有限公司獨山子石化分公司，制氫系統由中國石油深圳新能源研究院、獨山子石化公司、中國寰球工程公司、昆侖數智科技有限責任公司聯合研發。
根據獨山子石化公示的信息，中國石油天然氣股份有限公司獨山子石化分公司堿性電解水制氫系統工業試驗，項目總投資2646萬元，環保投資5.46萬元。
該項目建設地點在獨山子石化分公司煉油老區35KV北區變北側預留用地內，新建一套產氫規模為1000Nm3/h的采用堿性電解水工藝制氫試驗裝置（簡稱電解水制氫裝置），整體呈東西向布置，總占地面積 2400 m2，東側為 80 萬噸／年催化汽油加氫裝置、100萬噸/年蠟油加氫裝置，西側為預留用地，北側為預留用地，南側為 35KV 北區變。
裝置區分為兩期建設，裝置區一期占地面積為 1365 m2，裝置區二期預留用地占地面積為 1035 m2，本項目用地為一期占地。一期裝置區內各撬塊呈一字型布置，由西向東依次為：變壓器、電氣小屋、電解槽、制氫框架、純化框架、輔助設施撬塊、純水機撬塊，裝置管廊與東側系統管廊連接。
該項目將具有中石油自主知識產權的電解水制氫技術實現工業化，以利后續推廣應用。本項目的公用工程、輔助工程等依托獨山子石化現有設施。
本項目主要設備見下表。
來源：北極星氫能網
展開 基于Fluent軟件的PEM電解水制氫仿真分析專題培訓
課程名稱：基于Fluent軟件的PEM電解水制氫仿真分析專題培訓
預排開課日期：4/18
課程難度：進階級
培訓費：2500
備注：實際開課日期或因學員報名情況進行調整，最終日期請以笛佼科技官方確認為準。
掃碼報名
學員能力提升目標
· 了解電解水制氫的基本原理；
· 掌握Fluent PEM電解水制氫仿真分析的流程（幾何、網格及求解設置）
授課內容提綱
一、ANSYS Fluent電解水制氫模型介紹
二、基于PEM電解水制氫幾何模型準備介紹
三、基于PEM電解水制氫網格劃分技術介紹
四、基于PEM電解水制氫Fluent模型設置詳細介紹
五、基于PEM電解水制氫Fluent后處理介紹
六、Q&A
師資力量
CAE行業資深工程師團隊，學歷碩博為主，均擁有多年客戶仿真項目實操經驗，理論素養與實戰經驗雙保險。
培訓優勢
采用線下小班精講形式，理論知識+案例講解+上機輔導，附贈培訓相關資料，可獲取講師微信課后交流。
上課地址
上海市楊浦區國安路432號保輝國際大廈D座802室
其他說明
1. 培訓計算機及相關軟件操作權限由笛佼科技現場提供；
2. 培訓結束后將獲取笛佼科技官方培訓證書；
3. 培訓午餐由笛佼科技提供，交通及住宿需學員自理。
展開 碳中和下的氫能發展報告
（4）水電解制造氫氣
水電解制得的氫氣純度高，操作簡便，但需耗電。水電解制氫的效率一般在75%-85%，一般生產1m3氫氣和0.5m3氧氣的電耗為4-5kWh。根據熱力學原理，電解水制得1m3氫氣和0.5m3氧氣的最低電耗要2.95度電。
根據石油和化學工業規劃院統計，我國電解水制氫裝置約1500-2000套，產量約10-20萬噸。與大規模光伏發電或風力發電配套的電解水制氫裝置正在進行小規模示范。
項目1：河北建投張家口沽源風電制氫綜合利用示范項目
投資方：河北建投新能源有限公司
建設規模：200MW風電場、10MW電解水制氫和氫氣綜合利用系統
制氫能力：1752萬標準立方米
制氫規模：一期4MW電解水制氫+2×400Nm3/h中壓水電解制氫設備
總投資：20.3億元
年銷售收入：2.6億元
項目2：吉林省長嶺龍鳳湖20萬千瓦風電制氫示范項目
投資方：北京天潤新能有限公司
建設規模：200MW風電場、700萬立方米制氫、CNG混氫項目（H2：CNG＝2：8混合進CNG汽車）
制氫規模：一期4MW電解水制氫+2×400Nm3/h中壓水電解制氫設備
總投資：25.5億元
（5）生物質制造氫氣
家庭、農業、林業等產生的生物質可用于生產氫氣。原料包括楊樹、柳樹和柳枝，以及來自厭氧消化或垃圾填埋所產生的沼氣等。生物質可以使用成熟的技術進行氣化，甚至在氣化過程中與煤或廢塑料共同反應，如果與碳捕獲技術結合，就有可能生產出負碳氫。
展開 H2傳感器CGM6812用于新能源氫燃料電池汽車，H2泄漏檢測
隨著太陽電池轉換能量效率的提高，成本的降低及變壓吸附 完美替代進口，支持實測比較使用壽命的延長，其用于制氫的前景不可估量。同時，太陽能、風能及海洋能等也可通過電制得氫氣并用氫作為中間載能體來調節，貯存轉化能量，使得對用戶的能量供應更為靈活方便。供電系統在低谷時富余電能也可用于電解水制氫，達到儲能的目的。我國各種規模的水電解制氫裝置數以百計，但均為小型電解制氫設備，其目的均為制提氫氣作料而非作為能源。隨著氫能應用的逐步擴大，水電解制氫方法必將得到發展。
二、水煤氣法制氫
用無煙煤或焦炭為原料與水蒸氣在高溫時反應而得水煤氣（C+H2O→CO+H2—熱）。凈化后再使它與水蒸氣一起通過觸媒令其中的CO轉化成CO2（CO+H2O→CO2+H2）可得含氫量在80%以上的氣體，再壓入水中以溶去CO2，再通過含氨蟻酸亞銅（或含氨乙酸亞銅）溶液中除去殘存的CO而得較純氫氣，這種方法制氫成本較低產量很大，設備較多，在合成氨廠多用此法。有的還把CO與H2合成甲醇，還有少數地方用80%氫的不太純的氣體供人造液體燃料用。像北京化工實驗廠和許多地方的小氮肥廠多用此法。
三、由石油熱裂的合成氣和天然氣制氫
石油熱裂副產的氫氣產量很大，常用于汽油加氫，石油化工和化肥廠所需的氫氣，這種制氫方法在世界上很多國家都采用，在我國的石油化工基地如在慶化肥廠，渤海油田的石油化工基地等都用這方法制氫氣也在有些地方采用（如美國的Bay、way和Batan?Rougo加氫工廠等）。
四、焦爐煤氣冷凍制氫
把經初步提凈的焦爐氣冷凍加壓，使其他氣體液化而剩下氫氣。此法在少數地方采用（如前蘇聯的Ke?Mepobo工廠）。
五、電解食鹽水的副產氫
在氯堿工業中副產多量較純氫氣，除供合成鹽酸外還有剩余，也可經提純生產普氫或純氫。像化工二廠用的氫氣就是電解鹽水的副產。
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