电解水制氢基础知识

产量:
1000Nm³/h电解水设备能耗为5MW(计算方式为:1Nm³H2需要5KWh电力,生产1000Nm³氢气需要5000KWh电力,即5MW,Nm³的意思为标立方,也就是在1个大气压下,0摄氏度的温度下的氢气体积,相比于1个大气压下20摄氏度的氢气体积小)。
公斤换算:
1KgH2=11.2Nm³H2,即一台1000Nm³/h产量的电解槽换算成公斤为1000/11.2=89Kg/h。
设备调节范围:
国内碱性设备一般为30-100%,国外为20-100%,因为碱性设备为氢氧均压结构,氢氧侧是互相连通的,所以设备有最低的调节范围,如果调节范围过于小,则容易导致氢氧两侧压力不均,出现安全问题。
PEM设备调节范围为0-100%,目前大部分PEM设备为差压结构,所以可以不受氢氧两侧调节的限制,但目前说的最低0也是概念级别,因为即便是5%左右的氢气产量也没法保证一整个系统能一直维持反应温度,也就意味着生产出来的氢气不一定合格。
这个就牵涉到设备与前端可再生能源电力的配合,无法做到目前理论想象的那么好,也就意味着在未来很长的一段时间内,碱性设备和稳定的电力供给的结合方式还是会占据主流。
设备压力
目前国内碱性电解水制氢设备的压力普遍在1.6MPa(30-1000Nm³/h)和3.2MPa(1-10Nm³/h),国外的设备可以做到3MPa或者常压,且都是比较大的设备。
压力越大意味着对设备的密封性和基础材料的性能要求更高,设备产出高压力也意味着后端应用端有更多的选择,在一定程度上来说可以减少后端压缩机方面的投资。
产氢纯度
碱性电解槽产出来的氢气经过氢氧分离后可以获得99%纯度的氢气和98%纯度的氧气,氢气再经过后端的纯化和干燥设备后可以达到99.999%(这个可以按照后端的氢气纯度需求进行定制)。
PEM电解槽产出来的氢气经过分离设备可以获得99.6%左右纯度的氢气和99.2%左右纯度的氧气,氢气再过后端的纯化和干燥设备后可以达到99.999%(这个可以按照后端的氢气纯度需求进行定制)。
产氢温度
碱水制氢设备的温度有的厂家为85±5℃,有的为90±5℃,更有甚者会做到95±5℃,一味地提升温度是因为温度越高,设备的电流密度性能越好,但不意味着越高越好,平常设备温度的测量点离着电解槽是有一段距离的,也就意味着电解槽内部的温度一定是高于本温度的,温度过高水会气化,不利于设备长时间运行。
PEM工作温度在65±5℃,也就意味着温度能较快达到额定温度。
设备功率
如上图SUNFIRE的碱水电解槽直流DC功率为10000KWh,产氢量为2230Nm³/h,也就意味着设备直流DC电耗为10000/2230=4.48KWh/Nm³H2,综合能耗为4.7KWh/Nm³H2,即辅助系统的电耗为0.28KWh/Nm³H2。
1000Nm³/h电解水设备能耗约为5MW(计算方式为:1Nm³H2需要5KWh电力,生产1000Nm³氢气需要5000KWh电力,即5MW,Nm³的意思为标立方,也就是在1个大气压下,0摄氏度的温度下的氢气体积,相比于1个大气压下20摄氏度的氢气体积小)。
电效率
水电解制氢设备效率与设备的综合能耗有关,计算公式为:氢热能1.287*10^7/电热能H7*0.36*10^7,其中H7代表设备的综合能耗,例如一个水电解制氢设备的综合能耗为4.7KWh/Nm³H2.则其电效率为:1.287*10^7/4.7*0.36*10^7=76%。

除盐水需求

碱性电解槽水质要求:电导率(25℃):≤1ms/m,电阻率≥1.0×10^5Ω·cm

PEM电解槽水质要求电导率(25℃≤0.1ms/m

耗水量:

就氢生产而言,电解水的最小消耗大约是每千克氢消耗9千克水,即1Nm³H2需要0.8L除盐水。

电导率电阻率

电解水制氢基础知识

水质需满足电导率≤1mS/m,即电阻率≥0.1MΩ

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制氢工厂
一个工厂产能为500MW意味着一年的产能为100台1000立方的设备
水电解制氢设备工作环境温度需要在5-45℃之间,温度太低,水溶液会结晶,刺穿隔膜,导致氢氧互串,引发安全问题,如果太高,设备框架上使用的分析仪表就不能适用。
水电解制氢设备安装的厂房需要为甲类车间

原文始发于微信公众号(水电解):电解水制氢基础知识

根据《中国氢能源及燃料电池产业白皮书(2020)》预测,2030年中国氢气需求量达3715万吨,2050年达9690万吨。有分析认为,电解水制氢将逐步作为中国氢能供应的主体,在氢能供给结构的占比将在2040、2050年分别达到45%、70%。 因此,在“双碳”背景下,电解水制氢项目成为了市场关注的热点话题。为促进行业信息流通,艾邦建有制氢产业交流群,聚焦氢气生产、碱水/PEM电解槽(隔膜、极板、催化剂、极框、密封垫片等)、PPS、质子交换膜、钛金属、镍网等产业链上下游,设备,材料,配件等配套资源,欢迎大家加入

作者 808, ab