近日,中國綠色制氫與應用高峰論壇在長春順利舉辦。華北電力設計院田江南老師為與會嘉賓做《可再生能源制氫關鍵技術與經濟性分析》演講報告,對在“氫熱”背景下可再生能源制氫的關鍵技術和經濟性進行案例分析,從成本和技術上對電解槽類型、DC-DC、氫氣純度以及能耗等方面進行全方位解讀。
田江南:中國電力工程顧問集團華北電力設計院高級工程師
自“碳達峰,碳中和”目標被提出以來,氫能便一躍成為最熱的能源風口。“超1/3央企布局氫能”,看似火熱的背后也有需要冷靜思考的問題,“綠氫的成本仍然太高,在技術上可行,在經濟上有可優化的空間”田江南表示。
隨著能源載體的轉變,碳與氫的比重也在隨之變化,從木材到煤炭、石油、天然氣、氫,碳的比重逐漸減小。氫氣的應用正在隨著能源結構的調整而逐步增多,在煉油、化工、冶煉、電子等行業都有氫氣的存在和運用。例如,利用氫氣對發電機進行冷卻,發電機的出力提高了20%~35%。
關于不同類型的電解槽差異和優勢,田江南強調,相對于進口的PEM電解槽,國產堿水電解槽更具有成本優勢,并且國產堿水電解槽設備單臺出力較大,適用于大型制氫項目。“如果提高了電流密度,可以使制氫設備的占地面積減小,一定程度上壓縮了人力物力財力,會節約整體項目造價”
對比堿性水電解槽和PEM電解槽,所產氫氣純度分別為99.8%和99.95%。根據國家標準,針對電子工業所需氫氣純度的特殊性,電子工業用氣體氫的質量純度需要符合相關技術指標。田江南為大家解釋了國標水電解制氫系統技術要求,水電解制氫系統的工作壓力分為常壓(<0.1Mpa)、低壓(0.1Mpa~1.6Mpa)、中壓(1.6Mpa~10Mpa)三種。根據固定式水電解制氫系統和移動式水電解制氫系統的不同特點,田江南得出結論:“單臺制氫設備出力500Nm3/h以上、大規模工程項目不適宜撬裝(移動式水電解制氫系統)。”而關于水電解制氫系統的能耗問題,根據項目可以得出交流電能能耗結論:隨著單臺制氫設備出力的增大和系統規模的增大,制氫系統單位能耗和制氫系統能效值越低
最后,關于近期熱議的風電制氫話題,田江南首先講到了氫氣的安全性,通過氫氣汽車與汽油汽車燃料泄露的燃燒對比試驗可以看到,由于氫氣密度低的物理特性,氫氣在燃燒時沒有蔓延燃燒的特點,因此相對安全。在制氫站的布置上,氫氣站、供氫站、儲氫罐與建筑物、構筑物的防火間距也是需要重視的問題。應嚴格按照規范布置,例如:臥式氫氣罐之間的防火間距,不應小于相鄰較大罐直徑的2/3;立式罐之間、球形罐之間的防火間距,不應小于相鄰較大罐的直徑。一組臥式或立式或球形氫氣罐的總容積,不應超過30000m³。組與組的防火間距,臥式氫氣罐不應小于相鄰較大罐長度的一半;立式、球形罐不應小于相鄰較大罐的直徑,并不應小于10m。
田江南:中國電力工程顧問集團華北電力設計院高級工程師
自“碳達峰,碳中和”目標被提出以來,氫能便一躍成為最熱的能源風口。“超1/3央企布局氫能”,看似火熱的背后也有需要冷靜思考的問題,“綠氫的成本仍然太高,在技術上可行,在經濟上有可優化的空間”田江南表示。
隨著能源載體的轉變,碳與氫的比重也在隨之變化,從木材到煤炭、石油、天然氣、氫,碳的比重逐漸減小。氫氣的應用正在隨著能源結構的調整而逐步增多,在煉油、化工、冶煉、電子等行業都有氫氣的存在和運用。例如,利用氫氣對發電機進行冷卻,發電機的出力提高了20%~35%。
關于不同類型的電解槽差異和優勢,田江南強調,相對于進口的PEM電解槽,國產堿水電解槽更具有成本優勢,并且國產堿水電解槽設備單臺出力較大,適用于大型制氫項目。“如果提高了電流密度,可以使制氫設備的占地面積減小,一定程度上壓縮了人力物力財力,會節約整體項目造價”
對比堿性水電解槽和PEM電解槽,所產氫氣純度分別為99.8%和99.95%。根據國家標準,針對電子工業所需氫氣純度的特殊性,電子工業用氣體氫的質量純度需要符合相關技術指標。田江南為大家解釋了國標水電解制氫系統技術要求,水電解制氫系統的工作壓力分為常壓(<0.1Mpa)、低壓(0.1Mpa~1.6Mpa)、中壓(1.6Mpa~10Mpa)三種。根據固定式水電解制氫系統和移動式水電解制氫系統的不同特點,田江南得出結論:“單臺制氫設備出力500Nm3/h以上、大規模工程項目不適宜撬裝(移動式水電解制氫系統)。”而關于水電解制氫系統的能耗問題,根據項目可以得出交流電能能耗結論:隨著單臺制氫設備出力的增大和系統規模的增大,制氫系統單位能耗和制氫系統能效值越低
最后,關于近期熱議的風電制氫話題,田江南首先講到了氫氣的安全性,通過氫氣汽車與汽油汽車燃料泄露的燃燒對比試驗可以看到,由于氫氣密度低的物理特性,氫氣在燃燒時沒有蔓延燃燒的特點,因此相對安全。在制氫站的布置上,氫氣站、供氫站、儲氫罐與建筑物、構筑物的防火間距也是需要重視的問題。應嚴格按照規范布置,例如:臥式氫氣罐之間的防火間距,不應小于相鄰較大罐直徑的2/3;立式罐之間、球形罐之間的防火間距,不應小于相鄰較大罐的直徑。一組臥式或立式或球形氫氣罐的總容積,不應超過30000m³。組與組的防火間距,臥式氫氣罐不應小于相鄰較大罐長度的一半;立式、球形罐不應小于相鄰較大罐的直徑,并不應小于10m。