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2021/12/24

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可再生能源制氢应用端测试—“电解水制氢电解槽测试”- 上海电力电子展

 实现“双碳”目标,可再生能源替代化石能源是关键


当前,化石能源消耗是我国碳排放的主要来源,数据显示,2019年,煤炭、石油和天然气的消耗占我国CO2排放量的比重合计达90%以上。因此,如何优化能源消费结构,减少化石能源的消耗,是实现“双碳”目标的关键。根据《绿色技术推广目录(2020年)》及相关规划,风能、太阳能发电技术是新能源发电技术的发展重点,可再生能源有潜力实现50%的“碳减排”。


 实现“双碳”目标,氢能和燃料电池是重要支撑


“双碳目标的提出加速了氢能在能源使用端的应用(燃料电池汽车、轨交、轮船等)。氢能不仅是燃料电池发展的前置条件之一,更重要的是它的能源和原料属性,使它可以广泛应用于燃料电池移动动力、分布式电站、化工加氢、氢燃料汽轮机、氢气冶金等场景,替代汽油、传统工业原料、热源等能源,实现应用端的零排放。据相关机构预测,2050 年世界上20% 的CO2减排可以通过氢能替代完成,氢能消费将占世界能源市场的18%。



 可再生能源发电和氢能互为补充


从能源生产端,氢能也扮演着重要的角色。风电和光伏的大规模发展需要大容量储能技术和氢能技术来解决其固有的不稳定和供需的区域不均衡问题。风电、光伏这些可再生能源产生的电能,当地无法消纳和并网的部分通过制成氢气,远距离通过管网、中短距离通过液化运输,实现更大范围的能源调配。因此,氢能的利用需要从制氢开始:制氢过程按照碳排放强度分为灰氢(煤制氢)、蓝氢(天然气制氢)、绿氢(电解水制氢、可再生能源)。氢能产业发展初衷是零碳或低碳排放,因此灰氢、蓝氢将会逐渐被基于可再生能源的绿氢所替代,绿氢是未来能源产业的发展方向。电能和氢能将共同作为风电和光伏等绿色能源的终端形态,电氢能源体系将成为构建现代能源体系的途径之一。





什么是可再生能源电解水制氢?


电解水制氢技术。

在技术层面,电解水制氢主要分为 AWE(碱性电水解制氢)、 PEM 水电解(质子交换膜电解水制氢),固体聚合物阴离子交换膜(AEM)水电解、固体氧化物(SOE)水电解,相关特性对比见下表。



其中,AWE 是最早工业化的水电解技术,已有数十年的应用经验,最为成熟;PEM 电解水技术近年来产业化发展迅速,SOE 水电解技术处于初步示范阶段,而 AEM 水电解研究刚起步。从时间尺度上看,AWE 技术在解决近期可再生能源的消纳方面易于快速部署和应用;但从技术角度看,PEM电解水技术的电流密度高、电解槽体积小、运行灵活、利于快速变载,与风电、光伏(发电的波动性和随机性较大)具有良好的匹配性。从附表中也可以看出这个趋势,欧美主要领先企业均采用的是PEM电解水制氢技术。



 国外电解水制氢产业布局

欧盟规定了电解槽制氢响应时间小于5秒,目前只有PEM电解水技术可达到这一要求。因此,欧盟规划了PEM电解水制氢来逐渐取代碱性水电解制氢的发展路径:20207月,欧盟委员会发布了涉及氢能的战略规划,重点发展利用风能、太阳能等再生能源来生产可再生氢,预计到20302050年,可再生氢产业成熟,在众多难以脱碳的行业(如航空、海运、货运交通等)进行大规模应用。美国能源部(DOE)提出H2@Scale 规划,推进氢的规模化应用。2020年,在H2@Scale规划中支持3MGinerProtonOnsite等公司开展PEM电解槽制造与规模化技术研发,涉及吉瓦级PEM电解槽的析氧催化剂、电极、低成本PEM电解槽组件及放大工艺,资助金额均超过400万美元。

下图是国外StartUs网站通过1730家氢能初创企业调研形成的全球热力分布图,可以看出这些初创企业大多数还是分布在欧美国家,印度也有比较好的发展趋势。



 国内可再生能源龙头企业布局电解水制氢

阳光电源作为国内光伏领域的龙头企业,在2019年已前瞻性布局氢能业务,成立了专门的氢能事业部,并于今年3月公司推出国内首款最大功率250KW的SEP50 PEM制氢电解槽,并与多地政府合作推动光伏制氢示范项目。2021年3月,隆基股份通过全资子公司隆基绿能创投与上海朱雀投资,合资成立西安隆基氢能科技有限公司,注册资本金3亿,从电力设备领域“跨界”入局到绿氢领域,立足光伏、风电的电解水制氢。2021年6月,协鑫集团分别与西门子(中国)有限公司、东芝(中国)有限公司、中船派瑞氢能科技有限公司、国家电投集团北京绿氢科技发展有限公司代表签署了战略合作协议,这标志着协鑫集团进军氢能产业,将绿氢与现有完备的清洁能源产业相结合,支持绿氢产业快速发展。作为风电龙头企业之一,明阳智能已经组建了专门的团队从事相关产品和技术布局,开展每小时500到1000标方新型电解槽设备的开发和产品试制并开发风机制氢一体化海洋能源利用新产品先进电解水制氢用催化剂,提升电解槽电缆密度提升电解槽效率降低电解槽对水质要求,“风光储氢”一体化战略已经逐渐落地。此外,晶科能源、亿利集团、宝丰能源、天合光能、上海电气、华能集团、国电投、中石油和中石化等企业也看好氢能产业,已经布局研发或者开展示范项目。



    文章来源:网络转载


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