1MW PEM电解器质子交换膜电解器包含四个具有负和正电极的细胞堆栈。当电流通过水时,氢质子越过膜在阴极处形成氢,而在阳极形成阳性的氧气离子。
生产绿色氢气的一个关键挑战是管理电力供应的波动性。与具有连续电力供应的系统相比,波动性和/或间歇性更大的系统需要更大的电解厂来生产相同数量的氢气。平均产量与电解槽尺寸的比率称为“负荷系数”。这项研究表明,在短期内,负荷系数更高的系统设计可以在当前可再生能源市场价格和电解槽容量之间提供最具成本效益的平衡。从长远来看 - 到 2050 年 - 可再生能源发电成本的降低和绿色氢气生产的国际广泛采用可能会降低电解槽成本并提高能源效率。这可能会使具有较低负荷系数的绿色氢气生产具有成本效益;仅使用太阳能制氢可能会变得具有成本效益。
计算中使用的假设:电力成本:55 美元/兆瓦时;电解器系统安装资本支出:600 美元/千瓦;海上风电安装成本:2858 美元/千瓦;太阳能安装成本:857 美元/千瓦;风能:太阳能比例:67:33;可再生能源容量系数:53%;电解器容量系数:90%;参考文献:2021 年可再生能源发电成本 (irena.org);绿色氢成本降低:扩大电解器规模以实现 1.5C 气候目标 (irena.org)
我们的参与是在东约克郡站点的电解系统,地下氢储存溶液和氢开放循环燃气轮机(OCGT)的可行性和概念设计的发展。该项目将在35兆瓦的电解器中使用可再生能源生产氢,该能量将存储在地下盐洞穴中。然后将使用储存的氢来发射OCGT,该OCGT可以在需求高时向电网导出功率。
摘要:除了将光伏电池板产生的能量储存在电池中以备日后用于为电力负载供电外,还可以生产绿色氢气并将其用于运输、供暖和作为天然气替代品。绿色氢气是在电解过程中产生的。通常,电解器可以从可再生能源等波动电源中产生氢气。然而,由于电解器的启动时间和多次关机加速的电解器退化,需要空闲模式。在空闲模式下,电解器使用额定电解器负载的 10%。应采用能源管理系统 (EMS),其中使用锂离子电容器或锂离子电池等存储技术。本文使用 PV 微电网的状态机 EMS 进行绿色氢气生产和储能,以管理早上利用太阳能和晚上利用储能中存储的能量进行氢气生产,储能的大小针对使用锂离子电容器和锂离子电池的不同场景而定。考虑到系统在澳大利亚气候下的局部辐照度和温度条件,对锂离子电容器和锂离子电池的任务概况和预期寿命进行了评估。针对不同场景,评估了存储大小和氢气生产截止点作为成本函数变量之间的权衡。针对每个测试场景比较锂离子电容器和锂离子电池的最佳寿命。研究发现,与锂离子电容器相比,锂离子电池平均大 140%,但锂离子电容器由于日历老化程度较高,运行十年后剩余容量较小,为 80.2%,而 LiB 为 86%。还注意到,LiB 受循环老化的影响更大,而 LiC 受日历老化的影响更大。然而,锂离子电容器10年后的平均内阻是初始内阻的264%,而锂离子电池10年后的平均内阻为346%,因此,如果用于电网调节,锂离子电容器是更适合的储能选择,因为它需要在储能的整个使用寿命期间保持较低的内阻。
电解器容量系数的年际变化 (IAV) 很重要,因为它代表了绿色氢气产量每年的典型变化。如果一个项目承诺每年向承购商提供最低量的氢气,则必须了解达不到这一阈值的风险。如果该项目无法从电网进口电力来为电解器供电并弥补短缺,则可能需要补偿承购商从其他供应商处采购额外氢气的费用。
(1) 2022-2025 年期间:不包括补贴;电解槽生产时间 5,000 小时电解槽功率在 50-200MW 之间 (2) 2030E 情景与氢能委员会假设相符(投资节省 -60%,能源成本 33 美元/MW)。 (3) 包括自用、PPA 和 TPA 收费。 (4) 技术效率电解槽十年网络发展计划(情景建设指南,2022 年 4 月(ENTSO)。 (5) 在天然气价格为 46 欧元/MWh 和排放成本为 100 欧元/MWh 的环境下,绿色 H 2 的生产将具有竞争力
南非绿色氢电解技术技术评估 (TA) 试点项目即将结束。南非团队已成功完成联合国贸易和发展会议 (UNCTAD) 技术评估方法中概述的所有步骤,并完成了一份全面的技术评估报告。该报告分析了绿色氢电解技术在该国国家发展中的作用及其挑战和机遇,并附有一份旨在促进技术评估广泛采用和传播的行动计划草案。
与竞争对手相比,绿氢的成本较高,这是其推广使用的最大障碍。尽管可再生电力的成本被认为是主要障碍,但与电解槽相关的挑战是另一个主要问题,对降低绿氢的成本具有重要意义。本文从技术、经济和政策角度分析了电解过程。它首先对现有的主要电解槽技术进行了比较分析,并确定了成本、所用材料稀缺性、技术准备情况以及灵活运行能力(使其能够与可变可再生能源发电相结合)方面的关键权衡。然后,本文确定了每种最有前景的技术的主要成本驱动因素,并分析了降低成本的机会。它还借鉴了太阳能和风能发电技术在逐步降低成本方面的经验,并评估了每种主要电解槽技术类型未来可能采取的发展路径。最后,本文阐述了可以进一步促进成本降低和电解槽技术整体业务发展的政策机制。