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电解槽在氢能源系统中的作用以及未来氢气生产方式

 更新时间:2023-05-19    点击量:945

氢作为一种能源载体可以支持一个更灵活、更有弹性和更综合的能源系统,补充日益增长的电气化。它为供热、运输和工业等难以减排的行业提供了长期脱碳的机会,在这些行业,由于技术、经济或地理限制,电气化可能不适合。

下图1显示了整个氢能源系统,其中电解制氢生产以绿色突出显示。电解制氢是通过用电将纯水分离成氢和氧分子而产生的。电解槽,或更准确地说,电解电堆,是电解制氢系统的主要电化学组件。电解电堆是电解系统中的主要部件,由水电供应、冷却和净化等功能所需的辅助部件支撑。从电解堆中产生的氢气通过分离和干燥过程进行净化,而氧气被释放到大气中,或者可以被捕获或储存以供应其他工业过程。氢可以通过燃料电池(可用于电力或运输应用)直接用于发电,也可以燃烧产生热量,也可以用作化工或工业过程原料。它也可以以气体或液体的形式储存,以后用于发电,以缓解能源需求的高峰。在未来,氢气可能会被注入天然气国家输送系统,提供天然气的低碳替代品,尽管这取决于有关混合的立法获得批准。



图1:氢能源系统

与采用碳捕获、利用和储存(CCUS)技术的天然气制氢相比,电解制氢的一个关键优势在于,它在生产过程中不会产生排放。电解制氢还补充了不断增长的可再生能源容量,使剩余的电力生产能够用于制氢,而不是以高成本去削减电网的供应。然而,电解目前是最昂贵的制氢方法,尽管由于规模经济和可再生电力变得更便宜,预计这将在未来几年减少。

如上图1所示,电解制氢可以通过一系列电力来源产生,包括直接电网连接,直接连接到可再生能源或电网/直接连接电力的混合。然而,只有直接连接到可再生能源才能保证零碳电力,随着更多的可再生能源发电连接到国家电网,预计未来十年电网排放对氢气生产的影响将减少。越来越多的人正在研究海上风力发电站的海上氢气生产,这将需要更多的管道将氢气输送到使用点。


以下为未来氢气生产的形式:


未来的电解制氢气生产系统可能有几种不同的形式,这取决于系统的规模,是位于陆地上还是海上,以及氢气生产是集中还是分散。在这个阶段,形式的组合是不确定的,但可能是以下一些元素的组合:

1、大规模海上制氢

氢气可以在海上集中平台上生产,也可以在利用海上风力的单个涡轮机内生产。这些系统的规模可能从100兆瓦(MW)到几吉瓦(GW)不等。这种类型的生产可能由海上风电开发商主导。这些系统既可以通过新的或现有的管道将天然气输送到陆上,也可以直接向海上地下储存库供应氢气,或者直接从能源岛出口到全球各地。下图2显示了这样一个系统。

图2:大规模海上制氢

2、海上风电在陆地的大规模制氢

如果电网足够强大,海上风能开发商可能会选择电力而不是氢。在这种情况下,大规模生产可以位于沿海地区,利用岸上的电力,并在限制时间内支持电网。这些系统的规模可能从100兆瓦到几吉瓦(GW)不等。与海上生产一样,这些氢气可以通过新的或现有的管道运输,直接向海上地下储存供应氢气,或者通过附近的港口设施出口全球各地。下图3显示了这样一个系统。


图3:大规模陆地制氢

3、大规模集中生产

氢气生产可能会集中有多余的用于电解槽的关键部件,电力和水等地区。这些地区可以接入大容量电网,或者直接连接陆上可再生能源,如风能或太阳能光伏。由于它们的电网连接,它们可以以产量运行,以确保稳定的生产。这些系统的规模可能从100兆瓦到千兆瓦不等。集中生产很可能通过管道输送到大型储存设施、需求中心或出口终端。下图4显示了这样一个系统。

图4:大规模集中制氢

4、小规模分散生产

有几种不同的分散式氢气生产模式。这些系统可以由当地的可再生能源系统供电,以满足当地的工业需求。或者它们可以位于城市地区,并连接到电网,为当地的交通枢纽提供弹性的氢气生产。这些系统的规模可能从几兆瓦到100兆瓦。这些很可能还需要某种形式的本地存储。下图5显示了这样一个系统。

图5:小规模分散式氢气生产模式


文章来源:氢眼所见
注:已经获得转载权


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