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电解水制氢能否成为能源互联网杀手级应用?

作者:admin 发布日期: 2020-07-14 二维码分享

电解水制氢技术可以用来调节电网峰谷变化,维持电网系统稳定。适合小规模分布式发电制氢场景,可以与太阳能、风能等潮汐式发电结合并广泛应用。未来若能降低成本,电解水制氢技术将成为能源互联网的杀手级应用。


近日,加拿大氢能企业Hydrogenics宣布将为德国一加氢站提供大规模电解水制氢设备。Hydrogenics的客户正在德国伍珀塔尔建造一座兆瓦级的加氢站,当地的一家垃圾处理厂为这套电解水制氢设备提供电力,实现废弃物向清洁能源的转换。这套制氢系统将在2019年交付,预计日产氢能力超过400千克。

现有电解水制氢技术主要有碱性水电解、固体氧化物水电解和质子交换膜水电解三种:(1)碱性水电解制氢应用广泛,但污染环境、效率较低;(2)固体氧化物电解水制氢工作温度过高,导致电解材料的选择、密封、运行受限,难以推广和大范围应用;(3)质子交换膜水电解制氢设备体积小、效率高,生产的氢气纯度高达99.999%,是.有前景的电解水制氢技术。该技术可以在高压和高电流密度下工作,在空间受限、电量不稳定的情况下都可以正常运行。但电解水制氢的高成本一直是制约其应用的瓶颈。

从全球范围看,目前制氢技术应用排名的前三分别是天然气制氢(占48%)、醇类裂解制氢(占30%)和焦炉煤气制氢(占8%)。由于资源匮乏、环保要求高,日本主推电解水制氢技术。我国煤炭资源丰富,煤气化制氢和焦炉气制氢应用较多,似乎没有发展电解水制氢技术没有必要,这样来看,Hydrogenics的先进PEM制氢技术对国内企业有何意义?

从实际应用场景角度,作者认为PEM制氢技术在产业链中位置独特,不可或缺,值得业内关注技术背后的应用价值:

1、设备简单、占地面积小,应用条件灵活。电解水技术成熟,制得氢气纯度高以外,应用条件灵活是一大亮点。随着氢燃料电池汽车的普及,人们对加氢站的需求必将越来越大。常规加氢站和加油站类似,占地面积大,建设成本高;而采用电解水制氢的小微型制氢加氢站体积小,装运方便(有条件的可以设计成可移动款式),非常适合在土地有限的大城市、临时场景、独立的产业园区中使用。如图2,本田与2016年推出利用太阳能电解水制氢的小型加氢站,可以为公司内部的氢燃料电池汽车加注氢气。

2、在储能场景中应用前景广泛。如图3所示,PEM制氢技术在用电负荷低谷时利用电解水将富余电能转化为氢气储存,在用电高峰时将氢气用来发电,这一特征能够保证发电机组功率持续恒定,可以用来调节电网峰谷变化,维持电网系统稳定。

(1)居民小区对于发电机组和储能装置有小型化,储能高适应性,发电稳定性的要求, PEM制氢技术能够适应风电、光伏发电不连续,不稳定供电缺陷,促进分布式能源经济发展。

(2)我国水电、风电等可再生资源丰富,部分地区存在弃水电、弃风电的现象,如果将这些弃电用于电解水制氢,可以产生客观的经济效应。对比锂蓄电池系统,氢能源系统有储能稳定,运输方便,不衰减的优点,有更好的环境适应性。

(3)国外产业示范案例。日本、德国已积极布局风电、光伏发电制氢项目;国内也开始利用丰富的水电、风电资源开展制氢项目,见表1。