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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。

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。

2014年歐盟提出PEM水電解制氫技術發展目標：第一步開發分布式PEM水電解系統用于大型加氫站，滿足交通用氫需求；第二步生產10、100、250 MW的PEM電解槽，滿足工業用氫需求；第三步開發滿足大規模氫儲能需求的PEM水電解制氫系統。

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。

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。

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。

堿性水電解與PEM的產業化程度相對較高，前者技術成熟、成本低，但快速啟動與變載能力相對較差；后者效率高，運行靈活，與風電、光伏的適配性更佳，但當前成本仍較高。△水電解制氫儲能原理圖源：葉明哲工作室電解水制氫系統由電解槽、輔助系統組成。電解槽是電解反應發生的主要場所，輔助系統則包括電力轉換、水循環、氣體分離、氣體提純等模塊。

電解水制氫的基本原理是在直流電的作用下將水分子解離為氫氣和氧氣。根據電解槽隔膜材料的不同，電解水制氫技術可分為堿性電解（AWE）、質子交換膜（PEM）電解和固體氧化物（SOEC）電解三種。每種技術都有其獨特的優勢和局限性。

電解水制氫共有堿性（AWE）、質子交換膜（PEM）、固體氧化物（SOEC）和陰離子交換膜（AEM）電解等四種技術路線，其中堿性 AWE 是較早工業化的水電解技術，具有數十年的應用，技術較為成熟。近年來，PEM 電解水技術在產業化方面發展迅速；SOEC 電解水技術處于初步示范階段；AEM 電解水的研究剛剛起步。

經過測算，當可再生能源電價降至 0.16 元/kWh，堿性電解和 PEM 系統電解設備價格分別降至 1000 元/kW 和 2750 元/kW 時，堿性電解水制氫和 PEM 電解水制氫成本分別是 11.64 元/kg 和 14.34 元/kg，與化石能源制氫（+CCUS技術）的成本相當；當可再生能源電價降至 0.13 元/kWh，堿性電解和 PEM 系統電解設備價格分別降至 800 元/kW 和 1400

中國華能：大型電解制氫設備2021年11月26日，中國華能主導研制的世界單槽產能最大堿性制氫水電解槽在蘇州下線，每小時可制氫1300標準立方米，這也是世界上首套實現這一規模及每平方米6000安培電流密度性能的商業化堿性制氫水電解槽。

由可再生能源電解水制氫，能有效解決可再生能源消納問題，而如何提升電解水制氫的效率，降低技術成本，是突破該項技術發展的關鍵。目前電解水制氫主要分為堿性電解水制氫、質子交換膜（PEM）電解水制氫、固態氧化物電解水制氫和陰離子交換膜（AEM）電解水制氫四種技術路線，其情況對比如表1所示。其中堿性電解水制氫技術成熟度最高，成本最低，但存在腐蝕問題，且啟停響應時間較長，不適合波動性電源。

典型應用場景 PEM電解槽：需要連續監測氧側氫氣，以確保膜的完整性。 堿性電解槽：防止隔膜孔隙堵塞導致氫氧交叉污染。 可再生能源制氫：針對波動電源（如風電、光伏）引起的電解槽不穩定情況，加強氣體監測尤為重要。標準與合規性氧中氫分析儀的設計和安裝需遵循國際標準（如ISO 22734、IEC 60079），確保在爆炸性環境中使用的安全性。

圖源：CSIRO　　澳大利亞聯邦科學與工業研究組織(CSIRO)和 RFC Ambrian 共同創立了 Hadean Energy，致力于將尖端技術商業化，公司的特點是采用電解技術，對風能和太陽能的需求減少30%，這在使綠色制氫盡可能高效和具有成本效益的競爭中取得了重大進展，并有助于重工業脫碳。　　

目前，全球有四種主流的電解水技術，包括堿性（Alkaline）電解水技術、質子交換膜（Proton Exchange Membrane, PEM）電解水技術、陰離子交換膜（Anion Exchange Membrane，AEM）電解水技術和固體氧化物（Solid Oxide）電解水技術，如圖 2 所示，其中堿性和 PEM 的商業化成熟度較高，盡管 AEM 和固體氧化物擁有巨大的發展前景，但是其仍處于實驗室階段

</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

4、水電解制氫水電解制氫系統的工作原理是由浸沒在電解液中的一對電極中間隔以防止氣體滲透的隔膜而構成的水電解池，當通以一定的直流電時，水就發生分解，在陰極析出氫氣， 陽極析出氧氣。然后再通過氣液分離器、冷卻洗滌器、脫氧系統、干燥系統、壓縮儲存后得到高純度氫氣。

在制氫站中，氫氣既是重要的生產要素，又潛藏著嚴重的安全風險。作為一種易燃易爆的氣體，氫氣的泄漏可能會引發嚴重的火災和爆炸事故。因此，識別可能的氫氣泄漏點在保障制氫站的安全運行至關重要。這些可能的泄漏點主要包括電解槽、氣體冷卻器、壓縮機、儲罐區、充裝口/卸料口、管道系統、安全閥/泄壓閥等。

已有研究表明，煤制氫技術的碳足跡遠高于天然氣制氫、生物質制氫、光伏/風力發電制氫（電解水）及核能/熱化學制氫等主要制氫技術。為兼顧氫能供應和碳中和目標的實現，中國需發展低碳煤制氫技術，目前碳捕集利用與封存（CCUS）技術是實現低碳煤制氫的重要 手段。

、氫儲運、氫利用環節的仿真解決方案，覆蓋電化學、催化、燃燒反應微觀尺度，PEM膜、氣體擴散層介觀尺度到電解工廠系統、輸氫管道布局的宏觀尺度等應用案例。