[1] Kiemel, S.、Smolinka, T.、Lehner, F.、Full, J.、Sauer, A.、Miehe, R.:以德国能源转型为例的水电解槽关键材料,Int J Energy Res. 2021;45:9914–9935。DOI:10.1002/er.6487。
1 氢能价值链 3 2 全球二氧化碳排放量(按能源部门划分) 3 3 电解槽装机容量(2020-2050 年) 4 4 氢气供应链 5 5 氢循环 6 6 电解槽概述 7 7 俄罗斯入侵乌克兰前后欧洲氢气平准成本 10 8 成本因素和平准生产成本 11 9 绿色氢气生产项目的关键要素 12 10 用于输送天然气的聚乙烯管道 13 11 二苄基甲苯液态有机氢载体工艺 14 12 氢金属氢化物气瓶 15 13 液化氢储罐 16 14 盐穴示例 17 15 氨燃料拖拉机 17 16 电解槽作为电网管理工具 18 17 绿色氧气储存和回收利用使用的氢气项目价值不断增加 19 18 绿色氢气优先顺序 21 19 氢气炼钢 23 20 哈萨克斯坦太阳能+风能转化为氢气的潜力 41 21 印度尼西亚 Tangguh 氢气生产情景 42 22 部分亚行海上可再生能源转化为氢气的潜力 43 发展中成员国 23 利用“Power-to-X”商业模式实现海上可再生能源货币化 44 24 遍布各大洲的氢气走廊 46 25 从非竞争性中心向交易中心的转变 47 26 亚行-ISA 框架评估采用氢气的国家的生态系统准备情况 50 27 绿色氢气虚拟全球卓越中心的服务 51
在本研究中,严格分析了流动电解槽中高速率 CO 2 还原过程中的碳平衡。由于电化学还原和与电极-电解质界面处的 OH - 反应,气体扩散电极上的 CO 2 消耗导致流出电解槽的气体体积流量大幅降低,尤其是在使用高碱性电解质和高电流密度时,这主要是由于阴极/电解质界面处的 pH 值升高。如果不考虑 CO 2 消耗,在高电流密度 CO 2 还原条件下,特别是在高 pH 值电解质的情况下,主要气体产物的法拉第效率可能会被显著高估。此外,通过两步程序阐明了详细的碳平衡路径,即 CO 2 与阴极/电解质界面处的 OH - 反应,然后由于阳极附近 pH 值相对较低而在阳极/电解质界面处生成 CO 2。基于提出的两步碳平衡路径,对阳极电解液中释放的气体进行系统探索,揭示了 HCO 3 - 或 OH - 阴极电解液向 CO 3 2- 阴极电解液的转变,并通过 pH 测量进一步证实了这一点。
1) 欧盟委员会 REPowerEU 通讯提出了一项氢能加速器计划:到 2030 年国内年产量达到 1000 万吨——需要约 90-100 GW 的电解槽容量;2) 根据 IEA 的情景计算,美国政府没有做出明确承诺;资料来源:IEA,《国家氢能战略》,案头研究,罗兰贝格
图 1. 碱性电解池方案 [8]。................................................................ 4 图 2. 碱性电解器工厂平衡 [8]。.............................................................. 5 图 3. PEM 电解池方案 [8]。.............................................................. 6 图 4. PEM 电解器工厂平衡 [8]。...................................................... 7 图 5. 固体氧化物电解池方案 [8]。...................................................... 8 图 6. 系统结构和组件示意图。...................................................... 14 图 7. PEM 和碱性电解器的效率曲线 [13]。............................................. 18 图 8. 每小时电解器工作条件的迭代过程方案。............................................. 19 图 9. 天然气消耗小时曲线。............................................................. 25 图 10. 光伏生产小时曲线。............................................................. 26 图 11. 光伏与电解器一天内能量曲线比较。 ........................................................................................................................... 27 图 12. 参考情景中的电解槽运行小时数。 ...................................................................................... 30 图 13. 平均负荷因数和标准差(红线)。 ...................................................................................... 31 图 14. 平均特定消耗和标准差(红线)。 .. 32 图 15. 通过改变设计负荷因数计算的平均运行负荷因数。 ............................................................. 33 图 16. 通过改变设计负荷因数计算的平均特定消耗。 ............................................................. 34 图 17. 电解槽尺寸与混合的关系。 ............................................................................. 35 图 18. 光伏电站规模与混合的关系。 ............................................................................. 36 图 19. 可变混合下的天然气节省量和电力消耗量。 ............................................................................................................. 37 图 20. 每次混合时 PEM 电解槽的行为。 ............................................................................. 38 图 21. 分析情景中的 NPV 趋势。 ................................................ 40 图 22. 主要情景下的投资细分。 ...................................................... 41 图 23. 主要情景下 LCOH 细分。 ...................................................... 42 图 24. 主要情景下的收入细分结构。 ...................................................... 43 图 25. 不同 PV-ALK 电解器比率的 NPV 趋势。 ...................................................... 44 图 26. 不同 PV-PEM 电解器比率的 NPV 趋势。 ...................................................... 44
氢气在促进向未来深度脱碳能源系统转型方面可发挥关键作用,并有助于适应可再生能源在电力系统中更高的渗透率。基于中国内蒙古西部 (WIM) 的实际数据的分析支持了支持这一结论的论据。通过综合的电力-氢气排放分析框架,讨论了基于可再生能源的氢气生产的经济可行性和脱碳潜力。该框架结合了高分辨率风能资源分析和电力系统运行和氢气生产的每小时模拟,考虑了选择三种不同类型的电解槽和两种操作模式的技术和经济规格。结果表明,利用风能生产氢气可以为 WIM 目前以煤炭为主的氢气制造系统提供具有成本竞争力的替代方案(< 2 美元/千克),同时有助于大幅减少风电弃风和二氧化碳排放。预计未来十年,随着风力发电能力的提高和电解槽资本成本的下降,氢气生产的平准化成本将下降。从这项研究中得到的经验教训可以应用于其他地区和国家,以探索利用可再生能源进行更大规模的经济合理和碳节约的氢气生产的可能性。
氢气在促进向未来深度脱碳能源系统转型方面可发挥关键作用,并有助于适应可再生能源在电力系统中更高的渗透率。基于中国内蒙古西部 (WIM) 的实际数据的分析支持了支持这一结论的论据。通过综合的电力-氢气排放分析框架,讨论了基于可再生能源的氢气生产的经济可行性和脱碳潜力。该框架结合了高分辨率风能资源分析和电力系统运行和氢气生产的每小时模拟,考虑了选择三种不同类型的电解槽和两种操作模式的技术和经济规格。结果表明,利用风电生产氢气可以为 WIM 目前以煤炭为主的氢气制造系统提供具有成本竞争力的替代方案(< 2 美元/千克),同时有助于大幅减少风电弃风和二氧化碳排放。预计未来十年,随着风力发电能力的提高和电解槽资本成本的下降,氢气生产的平准化成本将下降。从这项研究中得到的经验教训可以应用于其他地区和国家,以探索利用可再生能源进行更大规模的经济合理和碳节约的氢气生产的可能性。
本研究调查并比较了北美单户住宅的可再生能源系统的经济性分析,这些系统包括光伏 (PV) 板、电解器、燃料电池 (FC) 和氢气罐。使用 HOMER 软件模拟和优化了由 PV/电池组、PV/氢气和 PV/电池组/氢气组成的三个系统。在本研究中,电解器利用 PV 阵列获得的电力生产绿色氢气;产生的氢气储存在氢气罐中并为 FC 供电。根据结果,发现 12 kW PV 板、2.50 kW FC、10 kW 电解器、50 kg 氢气罐、2 kW 转换器和 24 kWh 电池的集成是多伦多的最佳配置,因为它可以实现最低的净现值成本 (NPC) 和平准化能源成本 (COE)。结果表明,虽然可以使用电池组代替电解槽、FC 和氢气罐,但由于投资成本高,大型电池导致 NPC 最高。最后,将研究扩展到美国迈阿密和华盛顿,以检验年平均太阳辐射更高的地区结论的有效性,并找到其经济高效的配置。关键词:可再生能源、太阳能、氢、电解槽、燃料电池。术语
是的,围绕 power-to-X 的炒作已经受到现实的打击,因此公司不再将生产作为最终目标,而是关注其用途。对于我们的客户,我们正在研究绿色氢的可行用途,以及它如何帮助不同行业的公司实现可持续发展。我们最近支持我们的客户 PtX Development 确定 KGAL GmbH & Co. 作为其在德国 Lubmin 开发 1GW 电解槽项目的合作伙伴。对于一个仍然脆弱且面临逆风的行业来说,这是一个重要的成功故事。