1000Nm3/h電解水設備能耗為5MW(計算方式為:1Nm3H2需要5KWh電力,生產1000Nm3氫氣需要5000KWh電力,即5MW,Nm3的意思為標立方,也就是在1個大氣壓下,0攝氏度的溫度下的氫氣體積,相比于1個大氣壓下20攝氏度的氫氣體積小)。
1KgH2=11.2Nm3H2,即一臺1000Nm3/h產量的電解槽換算成公斤為1000/11.2=89Kg/h。
國內堿性設備一般為30-100%,國外為20-100%,因為堿性設備為氫氧均壓結構,氫氧側是互相連通的,所以設備有最低的調節范圍,如果調節范圍過于小,則容易導致氫氧兩側壓力不均,出現安全問題。
PEM設備調節范圍為0-100%,目前大部分PEM設備為差壓結構,所以可以不受氫氧兩側調節的限制,但目前說的最低0也是概念級別,因為即便是5%左右的氫氣產量也沒法保證一整個系統能一直維持反應溫度,也就意味著生產出來的氫氣不一定合格。
這個就牽涉到設備與前端可再生能源電力的配合,無法做到目前理論想象的那么好,也就意味著在未來很長的一段時間內,堿性設備和穩定的電力供給的結合方式還是會占據主流。
目前國內堿性電解水制氫設備的壓力普遍在1.6MPa(30-1000Nm3/h)和3.2MPa(1-10Nm3/h),國外的設備可以做到3MPa或者常壓,且都是比較大的設備。
壓力越大意味著對設備的密封性和基礎材料的性能要求更高,設備產出高壓力也意味著后端應用端有更多的選擇,在一定程度上來說可以減少后端壓縮機方面的投資。
堿性電解槽產出來的氫氣經過氫氧分離后可以獲得99%純度的氫氣和98%純度的氧氣,氫氣再經過后端的純化和干燥設備后可以達到99.999%(這個可以按照后端的氫氣純度需求進行定制)。
PEM電解槽產出來的氫氣經過分離設備可以獲得99.6%左右純度的氫氣和99.2%左右純度的氧氣,氫氣再經過后端的純化和干燥設備后可以達到99.999%(這個可以按照后端的氫氣純度需求進行定制)。
堿水制氫設備的溫度有的廠家為85±5℃,有的為90±5℃,更有甚者會做到95±5℃,一味地提升溫度是因為溫度越高,設備的電流密度性能越好,但不意味著越高越好,平常設備溫度的測量點離著電解槽是有一段距離的,也就意味著電解槽內部的溫度一定是高于本溫度的,溫度過高水會氣化,不利于設備長時間運行。
PEM工作溫度在65±5℃,也就意味著溫度能較快達到額定溫度。
如上圖SUNFIRE的堿水電解槽直流DC功率為10000KWh,產氫量為2230Nm3/h,也就意味著設備直流DC電耗為10000/2230=4.48KWh/Nm3H2,綜合能耗為4.7KWh/Nm3H2,即輔助系統的電耗為0.28KWh/Nm3H2。
1000Nm3/h電解水設備能耗約為5MW(計算方式為:1Nm3H2需要5KWh電力,生產1000Nm3氫氣需要5000KWh電力,即5MW,Nm3的意思為標立方,也就是在1個大氣壓下,0攝氏度的溫度下的氫氣體積,相比于1個大氣壓下20攝氏度的氫氣體積小)。
水電解制氫設備效率與設備的綜合能耗有關,計算公式為:氫熱能1.287*10^7/電熱能H7*0.36*10^7,其中H7代表設備的綜合能耗,例如一個水電解制氫設備的綜合能耗為4.7KWh/Nm3H2.則其電效率為:1.287*10^7/4.7*0.36*10^7=76%。
除鹽水需求
堿性電解槽水質要求:電導率(25℃):≤1ms/m,電阻率≥1.0×10^5Ω·cm
PEM電解槽水質要求:電導率(25℃):≤0.1ms/m
耗水量:
就氫生產而言,電解水的最小消耗大約是每千克氫消耗9千克水,即1Nm3H2需要0.8L除鹽水。
水質需滿足電導率≤1mS/m,即電阻率≥0.1MΩ
一個工廠產能為500MW意味著一年的產能為100臺1000立方的設備
水電解制氫設備工作環境溫度需要在5-45℃之間,溫度太低,水溶液會結晶,刺穿隔膜,導致氫氧互串,引發安全問題,如果太高,設備框架上使用的分析儀表就不能適用。
原文始發于微信公眾號(水電解):電解水制氫基礎知識