绿氢科普 | 电解水制氢的原理是什么？ - 技术

绿氢科普 | 电解水制氢的原理是什么？

党建工作处 2024-11-26

绿氢是利用可再生能源如风电、水电、太阳能等制取的氢气，其在生产过程中实现碳排放为零，电解水制氢是目前最主要的制取绿氢的方法。

当前全球正处于新型产业重构期，氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源，对减少二氧化碳等温室气体排放、实现“双碳”目标具有重要意义。

绿氢是利用可再生能源如风电、水电、太阳能等制取的氢气，其在生产过程中实现碳排放为零，电解水制氢是目前最主要的制取绿氢的方法。

01 电解水制氢的原理是什么?

在直流电作用下，电解液中的水在电解槽中通过电化学反应，被分解成氢气和氧气；电解槽中的气液两相在循环泵的作用下，进入气液分离装置将电解产生的气体与电解液进行分离，得到粗氢。

粗氢通过纯化装置进一步纯化，得到高纯度氢气。

图说 | 2023年9月13日，中国能建首个光伏发电、制氢、加氢一体化工程全套设备联合调试圆满完成，顺利产出99.999%高纯度氢气。公司为该项目供货的1000标方碱性电解水制氢系统成套设备包含1000标方碱性电解槽、气液分离装置、5.5兆瓦全控型IGBT制氢电源及氢气后处理设备。

02 电解水制氢过程中需要哪些装置？

电解水制氢过程中需要的主要设备包括：电解槽、气液分离装置、纯化装置、补水配碱装置、冷却水装置、制氢电源及热工控制等。

电解槽是电解水制氢系统的核心装备，在直流电作用下，水通过电化学反应，得到氢气和氧气。气液分离装置将电解产生的气体与电解液进行分离，得到粗氢。纯化装置将经过气液分离后的气体进一步纯化，得到高纯度氢气。补水配碱装置用于供应系统运行所需要的除盐水与碱液。冷却水装置用于冷却系统运行过程中循环的碱液，保证系统在额定温度下运行。整流电源用于给电解槽提供电解水所需的直流电。热工控制是通过控制系统运行的各项参数,实现系统的自动控制，保障系统安全、经济运行。

03 电解水制氢面临哪些挑战?

一是安全性问题，氢气/空气混合气体的可燃浓度范围是4%-75%，易发生爆炸；传统碱性制氢工艺，氢/氧分离器液位与两侧压差关联，波动运行时，存在气液混合隐患，导致安全问题。

二是与新能源耦合问题，风能、光能具有波动性、间歇性，传统制氢工艺存在安全隐患，使得其波动适应能力差，与新能源耦合直接耦合制氢的适配性较差，且缺乏成熟工程数据支撑。

三是经济性问题，绿氢价格受电价、设备成本、运行成本、绿氢市场及政策等影响，目前与蓝氢相比仍不具优势。

04 公司在制氢装备方面的解决方案?

公司紧跟氢能产业发展趋势，布局大规模新能源离网制氢整体解决方案与系统成套设备，开发了本质安全、高效率、低电耗的碱性电解水制氢成套设备，涵盖5.5兆瓦级IGBT和10兆瓦级IGCT两种全控型制氢电源、1-2000标方电解槽、1-200标方PEM电解槽、1-4000标方气液分离与1-8000标方纯化装置等。可广泛应用于氢能工程项目、制氢加氢站、发电厂、金属冶炼、多晶硅与半导体制造等领域。

05 如何掌握电解水制氢设备的性能情况?

为推动氢能产业规范发展，公司联合清华大学、清华四川能源互联网研究院共同建设了全球首座8兆瓦级电解水制氢机组测试平台。

这个测试平台就像是“质量把关员”，采用创新的工艺流程和多级安全防护系统，设计安全等级高、通用性强、检测指标丰富，能精确测量整流电源、电解槽、气液分离等核心部件的技术指标，对其稳态及波动状态运行特性进行评价，并出具CNAS检测报告，为氢能相关标准制定提供数据支撑。此外，该平台还可模拟新能源电力的典型应用场景，为新能源电解水制氢项目提供设备选型提供指导。

本文内容来源于党建工作处，责任编辑：胡静，审核人：李峥

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