电解水制氢装备的关键绩效指标预期
根据国际能源机构的2050年净零排放报告,到2050年实现全球净零排放需要每年从可再生能源中生产约3.06亿吨绿色氢。这也需要全球约GW级别电解槽产能。为了实现这些宏伟的的生产目标,已实施了严格的技术目标和关键性能指标(kpi)。
一、燃料电池和氢联合事业部——2014 ~ 2020年工作计划
下表总结了FCH JU(燃料电池和氢能联合事业部)在MAWP(多年度工作计划)中制定的用于储能和电网平衡的可再生电力制氢的最新(2012年)和未来目标:
电解水制氢装备的关键绩效指标预期

关键绩效指标的说明:

  1. 电解槽的电能消耗(基于每天产生多少吨的单体设备)
  2. 电解槽设备的资本支出(基于每天产生多少吨氢气的单体设备,包含辅助设备等)
  3. 电解槽每年的效率衰减(基于每年运行8000小时)
  4. 基于小于2%衰减率下的负载灵活性(波动性)
  5. 从最小功率到最大功率的热启动时间。
  6. 电解槽冷启动时间。
Haeolus项目的目标基于FCH JU MAWP。2023年的关键绩效指标是所有水电解技术要实现的一般技术目标。某些技术可能很难达到这些指标,尤其是那些目前还不太成熟的技术。在这个意义上,清洁氢联合事业部根据水电解技术定义了关键绩效指标。常见关键绩效指标仅与弹性的电解槽操作相关,如下文所述:
对于通过水电解法生产可再生氢,实现2030年愿景的主要目标是:
1.降低电解槽的资本支出和运营成本。
2. 提高动态运行和效率,具有较高的耐久性和可靠性,特别是在动态运行时。
3.增加电流密度,减少占地面积。
4. 通过电解槽的灵活性和对可再生能源的更好的适应性,展示电解槽对电力系统的价值。
5. 通过材料和生产过程的设计确保循环,最大限度地减少电解槽的生命周期内的环境足迹。
6. 加大部署规模。
7. 改进了水和水蒸汽电解的制造工艺。

二、清洁氢联合事业部(CH JU)——2021~2027年战略研究与创新议程:

1.碱性水电解(AWE)的关键绩效指标

电解水制氢装备的关键绩效指标预期

AWE指标说明:

1)额定产能下电耗(kwh/kg)

2)资本支出(每千瓦多少欧元&每天产氢1千克基准下对应的资本支出(和每公斤电耗转换成功率数一致)

3)运营成本(基于每天生产生产1公斤氢气设备对应的年运维费用)

4)热响应时间(秒)

5)冷启动时间(秒)

6)衰减率(每1000小时衰减?%)

7)电流密度(安培/平方米)

8)稀有金属催化剂载量(mg/W)

2.阴离子交换膜电解水(AEMWE)的关键指标

电解水制氢装备的关键绩效指标预期
指标说明:同上

3.质子交换膜水电解(PEMWE)的关键绩效指标

电解水制氢装备的关键绩效指标预期

指标说明:同上

4.固体氧化物电解(SOEL)的关键绩效指标

电解水制氢装备的关键绩效指标预期

指标说明:

1)前7项同上一致

2)往返电效率(电—氢—电转换

3)可逆容量(为SOEC特有指标,与SOFC可逆

5.弹性灵活操作的电解槽关键绩效指标

电解水制氢装备的关键绩效指标预期

指标说明:(这些指标的重要性后面有机会单独阐述)

1)动态响应时间(斜坡存在的时间)
2)稳定性
3)响应精度(是否同步?)
4)可靠性
通过将VRES耦合到电解槽生产可再生氢,对电解槽的性能提出了苛刻的要求(再生能源离网制氢)。
结语:(以下也需要各位看官转变认知,因为很多小文章会误导大家)
  1. 从以上指标来看AWE和PEM在电耗上并未有实质差异。这一点大家需要理性认识。(SOEC因为有部分能量来源于热能,所以电耗较低)

  2. PEM的预期成本还是要高于碱性(含AWE和AEM)。

  3. PEM的冷启动和动态响应还是要比碱性优一些,但看官要客观考虑在实际应用场景下这些区别到底有多大以及带来的效应。这些需要结合弹性灵活操作的电解槽关键绩效指标去理解。

  4. 理论上碱性AWE的衰减率是最优的。

5. SOEC因为其高温工作特性,导致其应用场景会相对受限

 

原文始发于微信公众号(氢眼所见):电解水制氢装备的关键绩效指标预期

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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