在CHEC2025第五届世纪氢能与燃料电池大会上,国家能源集团氢能领域首席专家、国家能源集团北京低碳清洁能源研究院氢能(氨能)技术中心副主任何广利发表了关于碱性电解水制氢技术分析与实践主题演讲。
在演讲中,何广利指出,虽然目前氢能行业发展速度不及预期,但在研发和科技领域依然热门。十四五期间,氢能已成为国家重点研发计划之一,后续发展前景广阔。
碱性电解槽是当前国家能源集团北京低碳清洁能源研究院的主要研究方向之一。何广利表示,从成本来看,碱性电解槽目前主要面临的是降能耗问题。按现有国标来看,电密标准为0.2,过低的电密标准导致了过大的装备体积,要降低能耗,减小装备体积,开发高电密的碱性电解槽必不可少。
碱性电解槽技术分析
当前国内电解槽呈百花齐放的趋势,产氢量最大为5000Nm³/h,能耗波动范围大:3.7-4.3kWh/Nm³。
形状上,目前有圆形和方形两种形状的电解槽,圆形电解槽材料利用率较低,适合制作带压电解槽;方形电解槽材料利用率较高,适合制作常压电解槽。
催化剂方面,呈现多元化趋势,催化剂使用的不同对性能的影响也很大。
在装备大小方面,何广利表示:结合目前市场情况,在行业发展并不快速的的情况下,从节省成本的角度,先做小的电解槽未尝不可。
碱性电解槽技术应用实践
在碱槽技术应用实践方面,何广利分析了在1200Nm³/h中氧中氢、小室电压以及温度的情况。
他表示,在频繁启停时,应用保压工艺更加安全高效。在保压启动时,氧中氢先升高后很快降低,不影响后续运行。由1.8MPa降至1.55MPa保压,氧中氢由0.75%增至0.85%,过夜保压后压力无明显下降,氧中氢保持在0.85%无升高。
而停机泄压虽然可以有效控制氧中氢快速升高的情况,但用时较长,且在启停时1h无法产出合格氢气,导致装置利用小时数减少。
在小室电压方面,何广利表示,小室电压与温度差异过大意味着很多小室没有处于最优的工作区间。
大标方的电解槽无法保证各小室电压的一致性,会导致电费成本的增加。根据数据测算,电价0.2元/kWh,运行时间5000小时,在小室电压差异为180mV时,全年运行电费为40万。
在温度差异上,根据数据测算,假设电价位0.2元/kWh,从80度到100度年电费的差异在28万元。
碱性电解水制氢性能提升路径
何广利从催化剂、电极、复合隔膜以及体系四个方面讲解了碱槽性能提升路径。
从催化剂的角度,现有传统的雷尼镍催化剂能否支撑1.7V的电压是需要探讨的问题,如不能支撑则需要选择更优的材料。
从电极角度,随着电流密度的提高,局部温度梯度增大,最终会带来电极形式上的改变。
复合隔膜方面,目前复合隔膜在国内认知并不完善,国内厂家宁愿使用PPS隔膜也不使用薄的复合隔膜。此外,国外的技术封锁也是阻碍复合隔膜应用的一个痛点。
体系方面,整体设计上依然有许多探索空间。
最后,何广利总结,虽然目前氢能行业上存在困难,但从科技需求角度来看,依然有广阔的行业前景。
(根据嘉宾现场演讲整理,未经嘉宾本人审核)
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