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電解水制氫能否成為能源互聯網殺手級應用?

2018-10-18 09:23:09 玖牛投資  點擊量: 評論 (0)
電解水制氫技術可以用來調節電網峰谷變化削峰填谷,維持電網系統穩定。適合小規模分布式發電制氫場景,可以與太陽能、風能等潮汐式發電結合并廣泛應用。未來若能降低成本,電解水制氫技術將成為能源互聯網的殺手級應用。

電解水制氫技術可以用來調節電網峰谷變化削峰填谷,維持電網系統穩定。適合小規模分布式發電制氫場景,可以與太陽能、風能等潮汐式發電結合并廣泛應用。未來若能降低成本,電解水制氫技術將成為能源互聯網的殺手級應用。

近日,加拿大氫能企業Hydrogenics宣布將為德國一加氫站提供大規模電解水制氫設備。Hydrogenics的客戶正在德國伍珀塔爾建造一座兆瓦級的加氫站,當地的一家垃圾處理廠為這套電解水制氫設備提供電力,實現廢棄物向清潔能源的轉換。這套制氫系統將在2019年交付,預計日產氫能力超過400千克。

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圖 1 Hydrogenics質子交換膜電解水制氫機

來源:公開資料

現有電解水制氫技術主要有堿性水電解、固體氧化物水電解和質子交換膜水電解三種:(1)堿性水電解制氫應用廣泛,但污染環境、效率較低;(2)固體氧化物電解水制氫工作溫度過高,導致電解材料的選擇、密封、運行受限,難以推廣和大范圍應用;(3)質子交換膜水電解制氫設備體積小、效率高,生產的氫氣純度高達99.999%,是最有前景的電解水制氫技術。該技術可以在高壓和高電流密度下工作,在空間受限、電量不穩定的情況下都可以正常運行。但電解水制氫的高成本一直是制約其應用的瓶頸。

從全球范圍看,目前制氫技術應用排名的前三分別是天然氣制氫(占48%)、醇類裂解制氫(占30%)和焦爐煤氣制氫(占8%)。由于資源匱乏、環保要求高,日本主推電解水制氫技術。我國煤炭資源豐富,煤氣化制氫和焦爐氣制氫應用較多,似乎沒有發展電解水制氫技術沒有必要,這樣來看,Hydrogenics的先進PEM制氫技術對國內企業有何意義?

從實際應用場景角度,作者認為PEM制氫技術在產業鏈中位置獨特,不可或缺,值得業內關注技術背后的應用價值:

1、設備簡單、占地面積小,應用條件靈活。電解水技術成熟,制得氫氣純度高以外,應用條件靈活是一大亮點。隨著氫燃料電池汽車的普及,人們對加氫站的需求必將越來越大。常規加氫站和加油站類似,占地面積大,建設成本高;而采用電解水制氫的小微型制氫加氫站體積小,裝運方便(有條件的可以設計成可移動款式),非常適合在土地有限的大城市、臨時場景、獨立的產業園區中使用。如圖2,本田與2016年推出利用太陽能電解水制氫的小型加氫站,可以為公司內部的氫燃料電池汽車加注氫氣。

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圖2 本田智能氫氣站

圖片來源:公開資料

2、在儲能場景中應用前景廣泛。如圖3所示,PEM制氫技術在用電負荷低谷時利用電解水將富余電能轉化為氫氣儲存,在用電高峰時將氫氣用來發電,這一特征能夠保證發電機組功率持續恒定,可以用來調節電網峰谷變化,維持電網系統穩定。

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圖3 電解水制氫、氫燃料電池原理

(1)居民小區對于發電機組和儲能裝置有小型化,儲能高適應性,發電穩定性的要求, PEM制氫技術能夠適應風電、光伏發電不連續,不穩定供電缺陷,促進分布式能源經濟發展。

(2)我國水電、風電等可再生資源豐富,部分地區存在棄水電、棄風電的現象,如果將這些棄電用于電解水制氫,可以產生客觀的經濟效應。對比鋰蓄電池系統,氫能源系統有儲能穩定,運輸方便,不衰減的優點,有更好的環境適應性。

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圖4 風能分布式發電示例

圖片來源:公開資料

(3)國外產業示范案例。日本、德國已積極布局風電、光伏發電制氫項目;國內也開始利用豐富的水電、風電資源開展制氫項目,見表1。

表1 國內外風、光伏、水電制氫項目

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圖片來源:玖牛研究院根據公開資料整理

小結:盡管目前由于水制氫成本較高,并不是我國制氫的主流方式,但隨著構建清潔能源社會的觀念深入人心,各國制氫技術和分布式儲能技術和應用的發展,水制氫成本將大幅下降而變得可以接受(詳見《氫氣制備產業技術經濟分析》),小型化的PEM制氫技術必有殺手級用武之地。

為助力中國儲能產業發展,同時推動儲能在分布式能源領域的商業化應用,北極星電力網、北極星儲能網聯合中關村儲能產業技術聯盟于2018年10月26日舉辦“2018中國分布式儲能峰會”。

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責任編輯:仁德財

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