中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：電解水制氫技術(shù)可以用來(lái)調(diào)節(jié)電網(wǎng)峰谷變化削峰填谷，維持電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定。適合小規(guī)模分布式發(fā)電制氫場(chǎng)景，可以與太陽(yáng)能、風(fēng)能等潮汐式發(fā)電結(jié)合并廣泛應(yīng)用。未來(lái)若能降低成本，電解水制氫技術(shù)將成為能源互聯(lián)網(wǎng)的殺手級(jí)應(yīng)用。
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近日，加拿大氫能企業(yè)Hydrogenics宣布將為德國(guó)一加氫站提供大規(guī)模電解水制氫設(shè)備。Hydrogenics的客戶正在德國(guó)伍珀塔爾建造一座兆瓦級(jí)的加氫站，當(dāng)?shù)氐囊患依幚韽S為這套電解水制氫設(shè)備提供電力，實(shí)現(xiàn)廢棄物向清潔能源的轉(zhuǎn)換。這套制氫系統(tǒng)將在2019年交付，預(yù)計(jì)日產(chǎn)氫能力超過(guò)400千克。
圖 1 Hydrogenics質(zhì)子交換膜電解水制氫機(jī)
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現(xiàn)有電解水制氫技術(shù)主要有堿性水電解、固體氧化物水電解和質(zhì)子交換膜水電解三種：(1)堿性水電解制氫應(yīng)用廣泛，但污染環(huán)境、效率較低;(2)固體氧化物電解水制氫工作溫度過(guò)高，導(dǎo)致電解材料的選擇、密封、運(yùn)行受限，難以推廣和大范圍應(yīng)用;(3)質(zhì)子交換膜水電解制氫設(shè)備體積小、效率高，生產(chǎn)的氫氣純度高達(dá)99.999%，是最有前景的電解水制氫技術(shù)。該技術(shù)可以在高壓和高電流密度下工作，在空間受限、電量不穩(wěn)定的情況下都可以正常運(yùn)行。但電解水制氫的高成本一直是制約其應(yīng)用的瓶頸。
從全球范圍看，目前制氫技術(shù)應(yīng)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?fàn)t煤氣制氫(占8%)。由于資源匱乏、環(huán)保要求高，日本主推電解水制氫技術(shù)。我國(guó)煤炭資源豐富，煤氣化制氫和焦?fàn)t氣制氫應(yīng)用較多，似乎沒(méi)有發(fā)展電解水制氫技術(shù)沒(méi)有必要，這樣來(lái)看，Hydrogenics的先進(jìn)PEM制氫技術(shù)對(duì)國(guó)內(nèi)企業(yè)有何意義?
從實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景角度，作者認(rèn)為PEM制氫技術(shù)在產(chǎn)業(yè)鏈中位置獨(dú)特，不可或缺，值得業(yè)內(nèi)關(guān)注技術(shù)背后的應(yīng)用價(jià)值：
1、設(shè)備簡(jiǎn)單、占地面積小，應(yīng)用條件靈活。電解水技術(shù)成熟，制得氫氣純度高以外，應(yīng)用條件靈活是一大亮點(diǎn)。隨著氫燃料電池汽車的普及，人們對(duì)加氫站的需求必將越來(lái)越大。常規(guī)加氫站和加油站類似，占地面積大，建設(shè)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(yùn)方便(有條件的可以設(shè)計(jì)成可移動(dòng)款式)，非常適合在土地有限的大城市、臨時(shí)場(chǎng)景、獨(dú)立的產(chǎn)業(yè)園區(qū)中使用。如圖2，本田與2016年推出利用太陽(yáng)能電解水制氫的小型加氫站，可以為公司內(nèi)部的氫燃料電池汽車加注氫氣。
圖2 本田智能氫氣站
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2、在儲(chǔ)能場(chǎng)景中應(yīng)用前景廣泛。如圖3所示，PEM制氫技術(shù)在用電負(fù)荷低谷時(shí)利用電解水將富余電能轉(zhuǎn)化為氫氣儲(chǔ)存，在用電高峰時(shí)將氫氣用來(lái)發(fā)電，這一特征能夠保證發(fā)電機(jī)組功率持續(xù)恒定，可以用來(lái)調(diào)節(jié)電網(wǎng)峰谷變化，維持電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定。
圖3 電解水制氫、氫燃料電池原理
(1)居民小區(qū)對(duì)于發(fā)電機(jī)組和儲(chǔ)能裝置有小型化，儲(chǔ)能高適應(yīng)性，發(fā)電穩(wěn)定性的要求， PEM制氫技術(shù)能夠適應(yīng)風(fēng)電、光伏發(fā)電不連續(xù)，不穩(wěn)定供電缺陷，促進(jìn)分布式能源經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
(2)我國(guó)水電、風(fēng)電等可再生資源豐富，部分地區(qū)存在棄水電、棄風(fēng)電的現(xiàn)象，如果將這些棄電用于電解水制氫，可以產(chǎn)生客觀的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。對(duì)比鋰蓄電池系統(tǒng)，氫能源系統(tǒng)有儲(chǔ)能穩(wěn)定，運(yùn)輸方便，不衰減的優(yōu)點(diǎn)，有更好的環(huán)境適應(yīng)性。
圖4 風(fēng)能分布式發(fā)電示例
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(3)國(guó)外產(chǎn)業(yè)示范案例。日本、德國(guó)已積極布局風(fēng)電、光伏發(fā)電制氫項(xiàng)目;國(guó)內(nèi)也開(kāi)始利用豐富的水電、風(fēng)電資源開(kāi)展制氫項(xiàng)目，見(jiàn)表1。
表1 國(guó)內(nèi)外風(fēng)、光伏、水電制氫項(xiàng)目
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小結(jié)：盡管目前由于水制氫成本較高，并不是我國(guó)制氫的主流方式，但隨著構(gòu)建清潔能源社會(huì)的觀念深入人心，各國(guó)制氫技術(shù)和分布式儲(chǔ)能技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展，水制氫成本將大幅下降而變得可以接受(詳見(jiàn)《氫氣制備產(chǎn)業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析》)，小型化的PEM制氫技術(shù)必有殺手級(jí)用武之地。
