堿性水電解制氫(ALK)設備技術成熟、投資成本低,是現階段商業運行的主要設備,技術發展向擴大設備規模、提高寬負荷調節能力、保障運行穩定等方向發展。質子交換膜水電解制氫(PEM)設備成本較高,但具有能耗低和運行靈活等優勢,目前技術發展向加大設備功率、提高電流密度和降低成本等方向發展。陰離子交換膜水電解制氫(AEM)兼具PEM的風光耦合以及堿性槽無貴金屬、價格低的特點,但是目前AEM膜壽命仍存不確定性,暫時較難適配工程化需求。固體氧化物水電解制氫(SOEC)具有高效、可逆、材料成本低廉等優點,但在電解堆集成、電解槽堆設計結構優化、電極和封接等材料及技術仍需重點突破。因此,SOEC、AEM等技術目前還有待進一步研發以實現商業化。電解水制氫的基本原理是在直流電的作用下,水分子在電解槽中被分解成氫離子和氫氧根離子。電解水制氫設備產量
電解質一般為30%質量濃度的KOH溶液或者26%質量濃度的NaOH溶液。堿性電解水制氫系統主要包括堿性電解槽主體和輔助系統(BOP)。堿性電解槽主體由端壓板、密封墊、極板、電板、隔膜等零部件組裝而成,電解槽包括數十甚至上百個電解小室,由螺桿和端板把這些電解小室壓在一起形成圓柱狀或正方形,每個電解小室以相鄰的2個極板為分界,包括正負雙極板、陽極電極、隔膜、密封墊圈、陰極電極6個部分。堿性電解槽主要成本構成為:電解電堆組件45%和系統輔機55%;電解槽成本中55%是膜片及膜組件。河北電解水制氫方法壓縮制氫設備是一種通過物理過程令氫氣密度增加,從而實現純化的方法。
電解水制氫:電解水制氫中,電耗和折舊構成其主要成本。估算基準情形下堿性和PEM電解水制氫單位成本分別為21.85和25.29元/kg,電耗成本分別占總成本的86%和70%。從產能布局來看,中國和歐洲企業產能規模,主要參與者積極擴產。從出貨規模來看,考克利爾競立、派瑞氫能和隆基氫能居國內企業梯隊。GGII統計,2022年我國電解水制氫設備出貨量722MW(含出口同比增長106%。考克利爾競立出貨230MW,排名維持。目前全球氫氣生產以化石燃料制氫為主,清潔制氫存在替代空間。未來清潔制氫方案將成為主要增量,電解水制氫產量將從2021年的不到4萬噸大幅增長至6170萬噸;耦合CCUS的化石燃料制氫產量將從2021年的60萬噸增長至3300萬噸,清潔制氫方案將成為主流。
電解液的電阻受多種因素的影響。首先是電解液的種類和濃度。例如,在堿性電解液中,氫氧化鉀(KOH)濃度的變化會改變電解液的導電性。一般而言,濃度越高,離子數量越多,導電性越好,電阻越小,電壓損耗也會相應降低。但是過高的濃度可能會導致其他問題,如腐蝕電極等。其次是溫度。溫度升高,電解液中離子的運動速度加快,離子遷移率增加,使得電解液的電阻減小。例如,當溫度從20℃升高到80℃時,氫氧化鉀電解液的電阻會降低,從而減少電壓損耗。另外,電解池的幾何結構也會影響電壓損耗。電極間距越大,離子傳輸的距離越長,電解液的電阻就越大,電壓損耗也就越大。同時,電解池的形狀、電極的大小和排列方式等也會對電解液的電阻產生一定的影響。傳統的堿性電解槽制氫,主要是以氫氧化鉀為電解質。
制氫項目的成本問題始終是個繞不過的話題,電費成本占氫氣成本的70-80%,電費成本高限制了各類制氫項目的進展,即便搭配可再生能源電力,也會因為其間歇性的特點配套相關的儲能,增加成本。不管是氫制氨/甲醇/其他,還是可再生能源制氫用于各類應用場景,項目目前還沒有特別好的投資回報率,目前大多數的項目都是綁定著風光資源在進行項目的運作,而電網的接入及電網的承載能力又是一大挑戰。但在這個過程中,由于競爭無比激烈、投入產出比太差的陰影始終籠罩在制氫設備廠家的頭頂,部分企業不再投入資金,部分企業直接退出生產制造,部分企業直接放棄了氫能的征程。但是由于膜材料成本相對較高,加上運行過程中難以處理一些不純凈的物質,導致其在應用范圍上有些受限。河北本地電解水制氫設備企業
PEM電解水制氫技術目前設備成本較高。電解水制氫設備產量
水電解制氫是利用電能將水分解為氫氣和氧氣的過程,可以用下面的化學方程式表示:2H 2O ----->2H2 + O2水電解制氫需要一個電解槽,其中有兩個電極(陽極和陰極),分別連接到電源的正負極。水在電解槽中充當電解質,可以傳導電流。當通電時,水在陽極發生氧化反應,生成氧氣和正電荷的氫離子(H +)。而在陰極發生還原反應,氫離子與負電荷的電子(e -)結合生成氫氣。具體的反應如下:陽極反應:2H 2 O -----> O 2 + 4H + + 4e -陰極反應:4H + + 4e - 2H 2水電解制氫的效率取決于所需的電壓和實際消耗的電能。理想情況下,水電解制氫只需要1.23 V的電壓,這是水分解為氫氣和氧氣所需的**小熱力學勢差。但實際上,由于電極材料、電解質、溫度、壓力、反應動力學等因素的影響,水電解制氫需要更高的電壓才能進行,一般在1.8~2.4 V之間。因此,水電解制氫的效率一般在50~80%之間。電解水制氫設備產量