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电解槽技术与氢能浪潮
双击自动滚屏 发布者:zq1229 发布时间:2023/3/18 11:39:50 阅读:243次 【字体:
 

电解槽技术与氢能浪潮

碱性水电解(ALK)、质子交换膜电解(PEM)
描述:氢能行业逐渐步入快车道,技成本推动电解槽需求增长,绿氢代替空间广阔,氢能市场扩张规模化集中式以ALK为主,PEM补充小型分布式,随着产业的进一步发展,未来应用将拓宽,大型化、低成本、低能耗是产业发展共识

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绿氢发展带动电解槽放量
电解水制氢制氢步骤原理简单,绿氢主要用无碳电提供电能电解水制得。
电解水制备氢气的过程主要分为制备、纯化、储存三大步骤。
成熟的电解制氢工艺分碱性水电解(ALK)和质子交换膜电解(PEM)
A、碱性水电解(ALK)制氢工艺:电解槽接通直流电源,电解电流上升到一定值时(大于1.7V),槽内的水就电解成氢气和氧气。氢气纯化:
从槽内电解小室阴极电解出来的氢气与循环碱液一起借助于碱液循环泵的扬程和气体的升力,通过极板阴极侧的出气孔流过氢气道环,从左右端极板流出,汇合后进入氢分离器。在氢分离器中,由于重力的作用,氢气和碱液分离。氢气储存:分离后的氢气通过氢气冷却器降温,氢气捕滴器、氢气气水分离器除去夹带的水分后,经差压调节阀进入氢气干燥器,干燥后的氢气进入氢气储存罐。便于运输和储存。
B、质子交换膜电解PEM制氢工艺
从槽内电解小室阴极电解出来的氢气与循环碱液一起借助于气体的升力,通过极板阴极侧的出气孔流过氢气道环,从左右端极板流出,汇合后进入氢分离器。在氢分离器中,由于重力的作用,氢气和水液分离。氢气储存:分离后的氢气通过氢气冷却器降温,氢气捕滴器、氢气气水分离器除去夹带的水分后,经差压调节阀进入氢气干燥器,干燥后的氢气进入氢气储存罐。便于运输和储存。

电解槽是电解水制氢系统的核心部分
目前主流电解水制氢技术包括碱性水电解(ALK)、质子交换膜电解(PEM)、高温固体氧化物电解(SOEC)、固体聚合物阴离子交换膜电解(AEM)四种。
电解槽的性能与整个制氢系统的制氢效率有着直接的关系,在能耗,安全性方面也有十分重要的影响,所以电解槽是电解水流程的核心 。在电解水制氢的成本中,设备成本占了14-18%。电解水制氢 系统由电解槽及辅助系统组成,其中电解槽是电解反应发 生的主要场所,辅助系统则包括电力转换、水循环、气体分离、气体提纯等模块。从成本构成来看,电解槽在制氢系统总成本中的占比约为40-55%,而且设备在单位时间内的产氢量越大,电解槽所占整个设备制造成本的比例就越高, 所以电解槽的成本会直接影响制氢系统的产品价格。电解槽的成本是电解水制氢系统生产成本的核心。
技成本推动电解槽需求增长市场现状:
氢能行业逐渐步入快车道,绿氢代替空间广阔全球氢能市场快速扩张,中国成为第一大制氢国。随着欧洲、美国、中国以及众多国家与地区氢能中长期发展战略规划的不断推进,全球氢能市场规模迅速扩大。根据数据,2021年全球氢气总产量达到9423万吨,同比增加5.5%,全球氢能市场规模达到1250亿美元,2030年产量有望达到17998万吨,CAGR达到7.5%。中国作为全球最大的制氢国,氢能产量占比超过全球产量的1/3,自2020年“双碳”目标提出后,氢气产量迅速提升,发展进入快车道,根据煤炭工业协会数据,2021年中国氢能产量达到3300万吨,同比增加32%,增速远超于全球增速。目前灰氢占比主要市场份额,绿氢未来提升空间巨大。从产量结构来看,目前化石能源制备的灰氢占比较高,2021年全球灰氢占比达到99%,蓝氢及绿氢占比均未达到1%,绿氢全球占比仅为0.04%。我国制氢结构与全球类似,绿氢占比仅为1%。未来随着碳排放进一步趋严以及电价逐步下降,绿氢成本有望与灰氢成本持平,从而带动绿氢需求进一步提升。根据IEA预测,2030年绿氢占比有望达到38%,绿氢需求量预计超过4000万吨,2050年绿氢占比将达到61%,需求量预计超过3亿吨。随着全国氢能产业的进一步发展,氢能成为更多省份的重点产业。
现状:
下游企业布局绿氢内驱力充足
市场认为很多企业布局绿氢项目内驱力不足,很难具有盈利能力,不同企业根据企业情况及政策要求内驱力充足。能源及化工企业布局绿氢的内驱力主要来源于:
1)碳排放趋严驱动,提前战略性布局发挥卡位优势。未来随着双碳政策趋严使得碳排价格逐渐升高,没有优势的企业将通过购买碳权指标维持生产并且政策严格限制新建产能,目前绿氢下游应用领域都是碳排放较高的大型企业,未来绿氢可通过替代灰氢贡献收入;
2)绿氢盈利能力初见改善:目前绿氢在煤炭行业的盈利能力已逐步修复,宝丰能源公告资料显示,公司“国家级太阳能电解水制氢综合示范项目”综合制氢成本可以控制在1.54 元/m3(17 元/kg),低于2021年9月辽宁、上海、江西、川渝等地天然气氢价2-2.5 元/m3(22-28元/kg) 。同时对于终端产品来讲,煤制甲醇项目使用绿氢代替灰氢后,甲醇产量提高到原来的约1.9倍,进一步降低终端产品成本。
规模:2025年电解槽市场规模将达到5280亿元随着政策及市场的双轮驱动,氢能需求快速提升,根据我们的假设,2030年全球氢气需求量将达到1.2亿吨,占终端能源比重达到3.3%,根据中国氢能联盟预测,我国2030年氢气需求量将达到3715万吨,占终端能源比重达到5%。目前全球绿氢在氢能中的占比较小不足1%,未来具有较大得提升空间,
电解槽:
水电解制氢的主要设备水电解制氢设备的主机是电解槽。能耗低;结构简单;制造维修方便且使用寿命长;材料的利用率高。电解槽主要部件和材料包括电极、隔膜、绝缘材料和电解液。
电解水制氢技术:
碱性水电解技术(ALK)碱性电解水制氢是指在碱性电解质环境下进行电解水制氢的过程,电解质一般为30%质量浓度的KOH溶液或者26%质量浓度的NaOH溶液。碱性电解水制氢系统主要包括碱性电解槽主体和辅助系统。电解槽主体由端压板、密封垫、极板、电板、隔膜等零部件组装而成。碱性电解技术最大的优势成本相对较低。核心的特点是要求电力稳定可靠,商业成熟度高,运行经验丰富,国内一些关键设备主要性能指标均接近于国际先进水平,单槽电解制氢量大,易适用于电网电解制氢。
碱性水电解技术(ALK) :
碱性电解槽极板和极框起支撑作用碱性电解槽极板是碱性电解槽的支撑组件,其作用是支撑电极和隔膜以及导电。国内极板材质一般采用金属板或不锈钢板,加工方式:经机加工冲压成乳突结构和极框焊接后电镀。碱性电解槽极框上分布有气道孔和液道孔,极框最外侧为密封线,其余为隔膜和密封垫的重合区。极框整个宽度为密封线宽度、流道区域宽度、隔膜和密封线重合区域宽度。
电解水制氢技术:质子交换膜电解(PEM)质子交换膜水电解制氢是指使用质子交换膜作为固体电解质,并使用纯水作为电解水制氢的原料的制氢过程。PEM电解水制氢系统由PEM电解槽和辅助系统组成。和碱性电解水制氢技术相比,PEM电解水制氢技术具有电流密度大、氢气纯度高、响应速度快等优点,PEM电解水制氢技术工作效率更高。但是由于PEM电解槽需要在强酸性和高氧化性的工作环境下运行,因此设备对于价格昂贵的金属材料如铱、铂、钛等更为依赖,导致成本过高。
电解水制氢技术:规模化集中式以ALK为主,PEM补充小型分布式随着产业的进一步发展,未来应用将拓宽,大型化、低成本、低能耗是产业发展共识。需要大规模制氢产能的化工冶金领域将持续采用碱性电解槽制氢,在分布式能源场景中,如现场制氢加氢站这种氢能产量较小的场景,PEM电解槽将具有独特优势。相比于碱性电解槽,PEM电解槽由于设备成本过高,制氢成本相对较高,随着氢能行业的发展,氢气需求的增加,以及技术的进步,会带来 PEM 电解槽成本的下降,叠加可再生能源电力成本的下降和产氢数量的增加因素,以及如果考虑用地面积,即土地成本,PEM 电解槽更加紧凑,在土地昂贵的地区PEM 电解槽优势更加明显,结合其效率高、能耗少、响应快、负载高等优势,预计PEM未来发展空间大。
 
提供电解槽,制氢系统ALK碱性0.5-1500立方/小时,PEM纯水0.5-100立方/小时,   服务专线13812683169

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