新能源化背景下,碱性电解槽如何创新发展?双良给出了答案

科技   2024-10-30 16:04   浙江  

碱性电解槽,在目前看来似乎是个“既熟悉而又陌生”的词汇。熟悉是因为碱性电解槽在国内已有几十年的应用,发展较为成熟;陌生则是因为碱性电解槽在现阶段氢能新兴产业中的工业应用发展并不快,甚至示范情况并没有那么理想。


不难理解,终端产品的名称往往只是市场需求的一种表现形式,核心是根据不同市场阶段做产品本身的调整,就如在国内风电光伏高速发展背景下,汽车逐渐由燃油车转变为电动车。碱性电解槽也是如此,随着国内风电光伏逐渐成为电源装机主力,电解槽也同样需要做技术调整,以适应正在构建的新型电力系统,与此同时需要做好产品的可靠性验证。


【DT新能源】认为,拥有深厚制造业基础并能在不同市场阶段对碱性电解槽做出技术创新调整的企业,在未来有望斩获可观的碱性电解槽市场份额。其中双良作为一家拥有四十余年装备制造基础的企业,针对风光等波动性电源下碱性电解槽的技术改进难题给出了自己的答案。


10月18日,双良首届以“光氢储电 智创未来”为主题的创新大会在江阴国际大酒店盛大开幕。一方面,二百余位专家学者、业内精英共同探讨清洁能源行业发展趋势,共话产业创新未来;另一方面,双良发布了系列新品和解决方案。其中针对传统碱性电解槽的能效问题以及在风光波动性电源下的稳定性和安全性问题,双良通过全面创新设计助力国内碱性电解槽的发展,与此同时更是发布了全球单体最大的5000Nm³/h电解槽。



 Renewable Hydrogen
双良碱性电解槽“答案”


所谓市场“熟悉”的电解槽,正是以乳突板、雷尼镍催化剂、PPS隔膜等为代表的第二代碱性电解槽。过去碱性电解槽一方面均并网稳定运行,另一方面单槽产氢量小,应用领域对于能效的要求也并不突出。但顶着能规模化消纳弃风弃光且“零碳”光环诞生的氢能产业,可谓彻底改变了碱性电解槽的运行工况和背景,让市场对其感觉“陌生”。


通过宝丰能源宁东绿氢项目、中石化库车绿氢项目等的规模化示范,传统碱性电解槽面临如下的挑战:

  • 在面对风光等波动电源下频繁启停、低负荷等的工况,容易出现氧中氢浓度超标、垫片变形失效导致碱液泄露等安全问题;

  • 大型化碱性电解槽对槽体的支持结构以及一致性和稳定性带来巨大考验;

  • 在高温高压、高浓度碱液等因素影响下,催化剂脱落的问题;

  • 材料和结构设计带来的能效和成本问题。


安全是发展氢能的首要条件,虽然目前越来越多的地方将绿氢的生产不作为危化品管理,但安全依旧是发展的前提。与较多电解设备企业将低能耗作为首要不同的是,双良在发展碱性电解槽之初就将“安全”放在首要位置,主张强制安全,同时依托自身四十余年装备制造的基础,全面改进传统电解槽的材料和结构设计。尤其值得指出的是,对电解槽单一元素的改变往往会使得其他材料的超负荷运行等问题导致改进设计的失败。这也是双良对各个零部件设计和生产亲力亲为的重要原因。


而针对传统碱性电解槽所面临的问题,双良对应给出了改进方案:

  • 通过对隔膜的改性设计使得双良的电解槽能在最低10%的负荷下稳定运行,并确保氧中氢含量<1.50%,荷调节范围为10%至110%。

  • 在国内首创使用高含量硫酸钡作为填充料的垫片,低蠕变、低热膨胀系数、高强度垫片使得电解槽能适应波动性电源,确保电解槽的安全运行。

  • 国内首创应用全支撑结构,确保电解槽长期运行不变形、不漏碱。同时在国内首次引入氦检工艺对电解槽进行气密性检测,强化产品安全性。

  • 国内首创的电解槽组装工艺,实现了组装过程质量自动检测控制,确保电解槽的一致性。

  • 采用自主研发和生产的高性能、高质量的催化剂电极,确保催化剂稳定不脱落。

  • 通过各项新的材料和结构设计,使得双良电解槽在90℃工况运行时,最高电流密度可达10600A/㎡、能耗4.7 kW h/Nm³ H₂,而在3000 A/㎡电流密度下,能耗低至3.875 kW h/Nm³ H₂。同时使得在不显著增加电解槽体积和质量的前提下,单槽产氢量可达5000Nm³/h。


 Renewable Hydrogen
从研发生产到测试

国内目前针对碱性电解槽的改进设计方案很多,但普遍缺少可靠性验证和性能测评,尤其国内全新设计的电解槽在应用和测评方面经验少且无统一的标准,与此同时,制氢系统的智能化控制也是目前碱性电解槽规模化应用的难点。为此,双良将数十年的工匠精神融入电解槽的生产制造,斥巨资打造了全球单体最大制氢系统检测平台,平台检测能力达5000Nm³/h,该检测平台不仅硬件设施齐全,同时融入了双良自主研发设计的智慧能源管理系统对其实时监控并调控。


此外,为了充分验证电解槽对于波动性电源的适配能力,双良额外打造了全球首个兆瓦级光伏阵列制氢群体化智慧控制测试平台,该平台具备十套10Nm³/h制氢系统,进行绿电波动场景下全离网制氢系统列控制测试等实验内容并在未来实现微电网的搭建。同时该平台通过结合Wonder Cloud智慧化云平台,做到高准确率短时天气预测,优化制氢阵列控制逻辑,全系统运行监控。


以风电、光伏为主要电源的新型电力系统对市场所熟悉的传统碱性电解制氢设备的安全稳定运行带来了巨大的冲击,尤其碱性电解槽未来高电密是发展趋势,而要解决系列问题就需要对电解制氢设备进行包括结构、材料和系统等全方位的改进创新。双良一方面基于自身四十余年装备制造业基础,另一方面与企业、高校和科研院所进行联合研发,针对传统碱性电解槽的各种问题对症下药,打造适应新能源化发展需求下的碱性电解槽。


同时针对当前市场应用和测评空白的问题,双良秉持着“没条件自己创造条件也要上”的态度,打造了全球最大的碱性制氢系统检测平台和全球首个兆瓦级光伏阵列制氢群体化智慧控制测试平台,以验证设备的可靠性和耐久性。


基于扎实的工业基础和态度,双良为国内碱性电解槽的发展贡献自己的力量,并在未来有望斩获可观的碱性电解槽市场份额。



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为深入探讨液态阳光产业的发展前景、关键技术现状、绿色标准与认证、发展趋势等,液态阳光、DT新能源特定于2024年12月5-6日浙江宁波举办“2024(第四届)液态阳光产业发展论坛”聚焦液态阳光产业技术路径、二氧化碳加氢制甲醇关键材料及装备、生物质耦合绿氢制甲醇关键技术及装备、绿色标准及认证、绿氨合成工艺、SAF制备技术、甲醇管道输送、绿醇绿氨终端应用等核心话题,邀请各大高校、科研院所、产业链上中下游代表性企业进行广泛交流,推进产学研用一体化发展与深入合作,助力液态阳光产业蓬勃发展。

论坛信息

主办单位:液态阳光、DT新能源

支持单位:鄂尔多斯实验室

承办单位:宁波德泰中研信息科技有限公司

媒体支持:DT新材料、DT气体分离、海洋清洁能源资讯、北极星氢能网、氢能和燃料电池、氢启未来网、生物燃料与生物基化学品、氢眼探索、氢风明月、低碳化学与化工、洁净煤技术、明辉说油

论坛时间:12月5日-6日

论坛地点:浙江• 宁波


论坛日程


主要议题(部分)

主题一:液态阳光产业发展机遇与趋势

1. 液态阳光产业现状及发展趋势

2. 煤电掺氨燃烧下的绿氨需求

3. 绿色甲醇产业实践及发展现状

4. 绿色甲醇交通领域(车用、船用)需求

5.IMO第82届会议对航运业的影响


主题二:液态阳光关键技术及工程示范

1. 绿醇生产-碳捕集关键材料及技术进展

2. 二氧化碳加氢高效制甲醇催化剂

3. SAF生产关键材料及技术工艺

4. 二氧化碳加氢制绿色甲醇案例分享

5. 二氧化碳加氢制备绿色燃料及高端化学品

6. 绿色甲醇精馏工艺路线探讨

7. 绿氨合成技术进展及关键设备


圆桌对话:如何推动绿色甲醇项目加速落地?内需与外需市场如何抉择?


主题三:生物质绿醇绿甲烷关键技术及工程示范

1. 生物质CO2来源如何选择

2. 生物质预处理关键技术及设备

3. 生物质气化技术发展现状及原料要求

4. 如何提高生物合成气中CO和H2含量

5. 生物质耦合绿氢制备绿醇绿甲烷案例分享


主题四:绿醇绿氨SAF认证及储运用专题

1. 甲醇重整制氢应用探讨

2. 甲醇燃料电池(直接、间接)关键材料及技术进展

3. 甲醇管道输送发展现状与趋势

4.二氧化碳、甲醇、绿氨管道关键材料

5. 绿色甲醇、绿氨、SAF的绿色认证(ISCC认证等)

6. 绿醇、绿氨、SAF项目实践及经济性

7. 绿电-制氢-绿色甲醇生产过程中的控制系统


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为促进科技成果转移转化,本届论坛收集液态阳光领域科研团队及企业创新科技项目,并于现场设置科研成果展示墙。

1、论文投稿:投稿稿件必须是原创性学术成果,尤其欢迎投递已发表的成果,本次论坛收集文章仅用于学术交流。

2、海报展示:海报大小80cm*150cm(竖版),请按照海报尺寸排版后,发给会务组工作人员。

3、截稿时间:初稿截止时间为2024年11月15日,修改稿截止时间为2024年11月20日


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为疏通液态阳光产业之间“供需关系”,打通科技成果转移转化、人才对接、项目需求对接等“供应链”,此次会议特针对液态阳光产业所涉及的科研机构及研究院、企业、政府和第三方服务机构等的群体,推出“供需对接收集表”。


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