近年來,我國氫能產業正飛速發展,綠氫產能和需求也在進一步提高,作為電解水制氫的主流核心設備,大型化、集成化以及低能耗是堿性電解槽的發展方向,其中大型化是發展的主要趨勢。
在市場需求和政策支持的推動下,大型化、低成本、低能耗的制氫設備成為產業發展的重要共識。
有專家表示,預計到2060年,我國綠氫總需求量將達1.3億噸,電解水制氫系統將以100兆瓦-1000兆瓦為主,制氫能力可達1萬噸/年-10萬噸/年。隨著綠氫項目的規模擴大,單體大標方電解槽設備的需求也在增加,且隨著產業鏈配套的逐步完善,更多企業傾向于研發生產大標方堿性電解槽。
政策方面,2021年,科技部發布《“十四五”國家重點研發計劃》中明確提出,要開展額定產氫量超過3000標準立方米/時的高效大功率堿水電解槽關鍵技術開發與裝備研制。
堿性電解槽大型化帶來了成本上的優勢,經計算,1臺2000Nm3/h電解槽相較于2臺1000Nm3/h電解槽,占地面積可節約30%,重量減輕20%,制造電解槽的原材料鋼材可減少9.4噸,相當于減少14噸碳排放。折算到單方成本,可以降低CAPEX約20%。
回望我國堿性電解槽的發展歷程,1992年中船七一八所生產的20標方設備,1995年生產出第一臺套200標方的設備,2006年生產處第一臺套400標方的設備,2017年,生產出目前國內主流的1000標方的電解槽。至2022年,國內已經發布達到2000標方的堿性電解槽的企業已達到8家。今年,隆基氫能發布的產品中,最大可達到單槽產氫量3000標方,可見國內電解槽大型化進程正不斷加快。
發展路徑
電解槽大型化的途徑有三條:提升電流密度、提高小室反應面積、增加小室數量。
提升電流密度是當前應用前景最好的解決方案,優化電極材料是提升電流密度的關鍵。但電流密度提升后,會增加電耗,同時材料工藝要求也會提高,導致成本增加,如何避免大型化帶來的能耗損失、同時不失性價比,是增加電流密度的同時要重點考慮的問題。
提高小室面積和增加小室面積意味著電解槽會體積和重量也會隨之增加,對結構的密封性、堿液的流通性都會造成影響,同時電解槽體積和重量變大也會帶來一定安全隱患。如何保證“大規模、低能耗、高穩定性”三者統一,是堿性電解槽大型化發展需要面臨的挑戰。
發展現狀
近年來,市場上大標方電解槽產品不斷涌現,自2022年以來,我國有9家企業對外發布了大標方堿性電解槽新品。
2022年10月,明陽智慧能源集團股份公司2500Nm3/h單體堿性水電解制氫裝備在廣東成功下線。
12月,天合元氫發布了“天擎”系列新品堿性電解水制氫系統。該制氫系統電解槽單槽產氫量為1000—2000Nm3/h,滿足國標一級能效的標準,
同月,718所中船(邯鄲)派瑞氫能科技公司單臺2000Nm3/h型堿性水電解制氫設備下線。該設備現了高電流密度、寬可調范圍、低運行能耗、高穩定性等多項關鍵技術突破。
今年年初,北京中電豐業對外宣布,經過該研發中心、設計部、電解槽中心經過大量實驗室數據和多種產氣量產品實證,推出一款單槽超過2000Nm3/h適合大型綠電制綠氫的堿性成套電解設備產品——“HELA2000Plus”。
6月11日,上海電氣旗下上海氫器時代科技有限公司發布了2000Nm3/h堿性電解槽,該堿性電解槽最大產氫量可擴容至2500Nm3/h。
6月18日,宏澤科技在江陰市臨港開發區發布了100~2000Nm3/h的Hz系列堿性水制氫電解槽,并同時下線了我國首臺2000Nm3/h常壓堿性水制氫電解槽。必維國際檢驗集團為其頒發了測試認證證書。
中船派瑞氫能科技有限公司鄂爾多斯首臺套2000Nm3/h電解槽也在6月下線。
9月8日,雙良綠電智能制氫裝備車間成功下線了自主知識產權的2000Nm3/h電解槽。此次下線的電解槽為全新一代,采用高電密設計,具備安全、專業、長壽、低耗和智能等5大特點,通過流場結構的優化設計,制造裝配的嚴格管控,可實現最大產氫量2000Nm3/h,電流密度≥6000A/m2。
9月12日,西安隆基氫能科技有限公司在江蘇無錫舉辦新一代產品LonGi ALK G系列產品發布會,發布的G系列產品覆蓋1200Nm3/h、1500Nm3/h、2000Nm3/h、3000Nm3/h電解槽,可以根據項目氫需求量進行設計搭配。
10月8日,奧揚綠能發布了名為“鯤鵬2000”的2000標方堿式電解水制氫裝備和“青鳥#1”大容積車載液氫瓶兩款新產品。