科普小课堂|小型化高压PEM电解水制氢装置(匹配风光发电/电网/电池多能源耦合)

文摘   2024-11-24 08:34   天津  

01  PEM电解水制氢装置的核心参数概览

PEM电解水制氢装置是一套综合性的系统,主要由电解池堆、电解水循环系统、水气分离模块、热管理系统、压力调节系统、补水子系统、气体吹扫装置、测量与控制体系、电源供应系统以及外框支架集成等关键部分组成。

①产气能力:该装置的额定氢气产量为0.3Nm³/h,氧气产量为0.15Nm³/h,满足特定的气体生成需求。

②工作压力与温度:装置设计的工作压力为3.0MPa,工作温度范围设定在60℃至80℃之间,确保高效稳定的运行。

③气体纯度:所生产的氢气纯度高达99.9%,可直接用于氢燃料电池PEMFC;同时,氧气纯度也达到了99.5%,满足高品质气体的应用要求。

④电源配置:根据用户需求,该装置可配置一路48VDC或220VAC的电源,且功率不小于1.5KW,确保稳定的电力供应。

⑤原料水要求:原料水(除盐水)的用量约为5L/h,其电阻率需大于等于10⁵Ω/cm,悬浮物含量不超过1mg/L,氯离子含量不超过2mg/L,铁离子含量不超过1mg/L。在电解过程中,水的消耗速度为0.3L/h,确保了高效的水资源利用。

02  PEM电解水制氢技术原理简述

地面应用中的高压PEM电解水制氢装置,其工作原理如图1清晰展示。

在该过程中,供水泵负责将水输送至阳极区域,阳极处发生氧化反应产生氧气,而阴极则发生还原反应生成氢气。

随后,这些气体与残留的水分通过重力式水气分离器进行有效分离。分离后的水经由循环泵再次被送入电解池内,形成循环水路。这一循环不仅有助于持续供应反应所需的水分,还能将电解过程中产生的热量带出电解池堆。这些热量随后被外部的热交换器吸收并带走,从而确保电解池维持在适宜的工作温度范围内。

至于产生的氢气和氧气,它们则通过气动薄膜调节阀进行精细调节,以确保整个系统的压力处于平衡状态,并顺利输出所需的气体。

图1 技术路线原理图

03  制氢装置实物图及说明

①装置尺寸与实物图
整套高压PEM电解水制氢装置尺寸(宽*高*长):500mm*520mm*600mm
注:电控部件与系统机械部件在箱体内是分隔布置

图2  高压PEM电解水制氢装置实物图

②适宜应用场景推荐

小型化高压PEM电解水制氢装置具备与多种能源系统高效耦合的能力,包括但不限于光伏发电、风能发电、电网电源以及蓄电池等。

这一特性使其成为了多个领域的理想选择。具体而言,该装置非常适合用于实验室等小规模环境中,满足对制氢与用氢技术的深入研究需求。

同时,它也能够在小型化的风光氢储耦合示范项目中发挥重要作用,助力项目的搭建与实施。

▲圆盘电极旋涂机

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