电解水制氢技术在可再生能源发电领域的应用

电解水制氢技术在可再生能源 发电领域的应用,主讲人：,可再生能源发电,电解水制氢技术,电解水制氢技术应用,1,2,3,目 录,新能源风能、太阳能、海洋能、氢能、核能、地热能等 新能源资源的特点潜力大，可持续利用能够满足能源需求、改善能源结构、减少环境污染在促进经济发展等方面发挥重要作用,可再生能源发电,1,可再生能源发电,近年来随着国民经济的迅速增长，及对能源的需求日益旺盛，能源短缺以及化石能源所产生的环境污染问题日益尖锐。在能源安全与环境保护的双重压力下，技术相对成熟、能够规模化开发的可再生能源发电的包括：风力发电太阳能光伏发电太阳能光热发电,1,可再生能源发电,截至2012 年底，我国新增风电装机1404.9 万千瓦 (吊装容量)，我国累计风电装机量超过7000 万千瓦,太阳能光伏发电累计装机容量约820 万千瓦,1,太阳能光热发电方面，2012 年9月国家能源局正式发布了太阳能发电“十二五”规划，到2015年底，建成光热发电总装机容量100万千瓦，并指出到2020 年太阳能光热发电装机300 万千瓦,可再生能源发电,1,电解水制氢是一种高效、清洁的制氢技术，其制氢工艺简单，产品纯度高，氢气、氧气纯度一般可达99.9，是最有潜力的大规模制氢技术。特别是随着目前可再生能源发电的日益增长，氢气将成为电能存储的理想载体。,可再生能源发电,1,通过将可再生能源发电经过电解水制氢技术，将可再生能源产生的电能转化为氢能进行储存，并且根据实际需要，还可通过后续化工过程将氢能转化为甲烷、甲醇及其他液态燃料等。,可再生能源发电,1,目前我国氢气年产量已逾千万吨规模，位居世界第一。 工业规模的制氢方法主要包括甲烷蒸汽重整电解水制氢,可再生能源发电,1,甲烷蒸汽重整是目前最经济的制氢方法，但其在生产过程中不仅消耗大量化石燃料，而且产生大量二氧化碳。电解水制氢工艺过程简单，产品纯度高，通过采用可再生能源作为能量来源，体现氢气的高效、清洁、大规模制备，该技术也可以用于CO2的减排和转化，具有较为广阔的发展前景。,高温固体氧化物电解水制氢,固体聚合物电解水制氢,碱性电解水制氢,电解水制氢技术,2,电解水制氢的 方法,2,电解水制氢技术,碱性电解水电解制氢 碱性电解水制氢装置是由若干个单体电解池组成，每个电解池由阴极、阳极、隔膜及电解液构成。通入直流电后，水在电解池中被分解，在阴极和阳极分别产生氢气和氧气。通常电解液都是氢氧化钾溶液，浓度为20wt%30wt%。隔膜主要由石棉组成，起分离气体的作用，两电极主要由金属合金组成，起着分解水，产生氢和氧的作用。,电解水制氢技术,2,碱性电解水电解制氢,2,碱性电解水电解制氢,优点碱性电解水制氢是目前最成熟的大规模制氢方法。工艺过程简单，易于操作。 缺点电能消耗大，成本高，每立方米氢气电耗约为4.55.5kWh，电费占整个电解水制氢生产费用的80左。,2,固体聚合物电解水制氢,固体聚合物电解水制氢,与碱性电解水制氢技术相比，固体聚合物电解水制氢技术主要有以下三方面的优势：,(1) 固体聚合物电解水制氢以固体聚合物膜为电解质, 电解循环中没有碱液流失、腐蚀等问题，并且由于固体聚合物电解质膜较薄，减小了电解过程的欧姆损失，提高了系统的效率；,(2) 固体聚合物电解质隔膜，具有良好的化学稳定性, 高的质子传导性, 良好的气体分离性等优点，提高了电解池的安全性，增加了气体纯度，并且由于较高的质子传导性，固体聚合物电解水制氢可在较高的电流密度下工作，从而增大了电解效率； (3) 固体聚合物电解水制氢采用膜电极三合一结构，类似于碱性电解池中的零间距结构电解池结构，因此降低了能耗。目前固体聚合物电解水制氢效率可以达到约80。,2,固体聚合物电解水制氢,高温固体氧化物电解高温固体氧化物电解水制氢与碱性电解和固体聚合物电解水制氢相比，高温电解降低了电能消率，而且高温条件下电解，电极动力学性能显著改善，减少了电解过程的能量损失，较高地提高了电解效率。高温条件下电解，电极可采用非贵金属催化剂，降低了电解制氢成本，并且为全陶瓷材料结构避免了材料腐蚀问题。,2,高温固体氧化物电解,在风力发电领域的应用在太阳能光伏发电领域的应用在太阳能光热发电领域的应用,3,电解水制氢技术的应用,电解水制氢技术在可再生能源发电领域的应用,电解水制氢技术在风力发电领域的应用,3,电解水制氢技术的应用,风力发电是将可再生的风能转化为电能。,碱性电解水制氢技术成熟、成本低、易于实现大规模制氢应用，但是风力发电系统的电源稳定性相对较差，需要针对风力发电系统电源特点开发适宜于风力发电系统应用的碱性电解水制氢系统。,2,电解水制氢技术的应用,固体聚合物电解水制氢技术较为成熟、具有较好的变工况运行特性，较为适宜于风力发电系统的不稳定电源。但其成本较高，制氢规模较小，进一步限制了固体聚合物电解水制氢技术在风力发电系统的应用。,电解水制氢技术的应用,高温固体氧化物电解水制氢技术具有较高的电解效率（90%以上），由于高温电解制氢工作温度较高，需要额外接入风电加热高温电解水制氢系统，这将降低高温电解水制氢的综合效率。另外，目前高温电解水制氢规模还与碱性电解水制氢具有一定差距，也限制了高温固体氧化物电解水制氢技术在风力发电系统的应用。,2,3,电解水制氢技术的应用,太阳能光伏发电是通过太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。光伏发电分为独立光伏发电系统和并网发电光伏系统。光伏发电系统主要由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件。,电解水制氢技术在太阳能光伏发电领域的应用,3,电解水制氢技术的应用,可用于光伏发电系统的电解水制氢技术主要有：碱性电解水制氢技术和固体聚合物电解水制氢技术。 由于光伏发电的装机规模远小于风力发电系统，其制氢规模相对较小，而且光伏发电的电源也存在一定的波动性，而且每天夜间需要停机，要求与其相匹配的电解制氢装置具有良好的变工况运行及频繁起停运行特性。因此，太阳能光伏发电系统的电解水制氢技术宜采用固体聚合物电解水制氢技术。,3,电解水制氢技术的应用,太阳能光热发电技术是采用大面积的太阳能反射镜，通过追踪系统，将太阳光聚焦到相应的接收器上，并加热流过接收器内的传热工质，在热转换设备中直接或间接产生高温、高压的蒸汽，然后送入常规的蒸汽轮机发电机组进行发电。,电解水制氢技术在太阳能光热发电领域的应用,3,电解水制氢技术的应用,太阳能光热发电系统产生高温、高压蒸汽，非常适宜于高温固体氧化物电解水制氢技术。通过抽取部分太阳能光热发电系统的高温、高压蒸汽直接引入高温固体氧化物电解制氢系统，并通过部分光热发电所产生电能，可实现太阳能光热发电系统高效、稳定、清洁的规模化连续制氢。并通过对氢