Текущее состояние и тенденции развития отрасли водородных электролизеров [Саммит по новой энергетике]

На выставке «Новая энергетика-2025 (10-я)» и форуме по развитию водородной энергетики, организованных компанией SMM Information & Technology Co., Ltd. (SMM), Ши Юн, главный инженер Jiangsu Trina Yuan Hydrogen Technology Co., Ltd., представил доклад на тему «Текущее состояние и тенденции развития отрасли электролизеров для производства водорода». Состояние развития Стратегическое значение водородной энергетики Стратегическое позиционирование: 1. Водородная энергетика является важной составляющей будущей национальной энергетической системы. 2. Водородная энергетика — это ключевой носитель для достижения зеленого и низкоуглеродного перехода в потреблении энергии конечными пользователями. 3. Водородная энергетика — это стратегическая отрасль с перспективами развития и ключевое направление для будущего промышленного развития. Водородопроизводство путем водного электролиза Анализ рынка Согласно отчету Nexbind Insight Market Research, рыночная емкость электролизеров для производства водорода к 2030 году превысит 10 млрд долларов США, а темпы роста с 2024 по 2030 год составят более 25,8%. Водородопроизводство путем электролиза воды с использованием твердооксидного электролиза Водородопроизводство путем электролиза воды с использованием твердооксидного электролиза при высоких температурах (SOEC) Принцип: SOEC теоретически можно рассматривать как обратную работу твердооксидного топливного элемента (SOFC). Его принцип работы заключается в использовании ионной проводимости твердооксидных электролитов при высоких температурах (600-1000°C) для электролиза молекул воды на водород и кислород. Сферы применения: Атомная энергетика, водородная металлургия и другие сферы, где образуется значительное количество промышленного отработанного тепла, что позволяет сократить выбросы углерода. Состояние развития: В настоящее время находится на стадии ограниченного коммерческого испытательного эксплуатации. Преимущества SOEC 1. Высокая эффективность, низкое энергопотребление: Эффективность электролиза при высоких температурах повышается на 20-50%, что позволяет сэкономить 20-30% электроэнергии. 2. Низкая стоимость: Сырьем в основном являются керамические порошки, без драгоценных металлов. В сочетании с внешним отработанным теплом экономия электроэнергии может достигать ~50%. 3. Обратимость: SOEC может гибко переключаться между режимами электролизера и SOFC, образуя цикл «электричество-водород-электричество». 4. Зеленая и низкоуглеродная энергетика: Приводится от возобновляемых источников энергии, интегрируется с теплом химического синтеза, что позволяет перерабатывать пойманный углекислый газ и воду в синтетический природный газ, бензин, метанол или аммиак. Состояние развития SOEC Недостатки продукта: 1. Высокие требования к материалам, сложность производства крупногабаритных одноэлементных электродов. 2. Сложный запуск и работа. 3. Сложная технология герметизации. 4. Ограниченные сферы применения и эффекты масштаба. 5. Низкая техническая зрелость, в настоящее время находится на стадии перехода от лабораторных исследований к коммерческому использованию. Направления развития: 1. Устойчивость материалов и стабильность системы в условиях высоких температур. 2. Масштабное производство и контроль качества отдельных элементов и стеков. 3. Улучшение стабильности и срока службы стеков. 4. Усиление управления связью с возобновляемыми источниками энергии. Водородопроизводство путем электролиза воды с использованием протоннообменной мембраны Принцип: PEM-электролизеры используют пористую твердую полимерную мембрану в качестве электролита и разделителя между анодом и катодом. На аноде молекулы воды подвергаются окислению с образованием кислорода; на катоде водородные ионы проходят через протоннообменную мембрану под действием электрического поля и соединяются с электронами с образованием водорода. Преимущества протоннообменных мембранных электролизеров (PEM): 1. Быстрый отклик, широкий диапазон нагрузки: Могут адаптироваться к быстро меняющимся энергетическим входам, особенно колеблющейся ветровой и солнечной зеленой электроэнергии. 2. Быстрый запуск и остановка: Система может быстро запускаться и останавливаться, что подходит для таких применений, как водородные заправочные станции. 3. Компактная конструкция: Одностороннее давление, компактная конструкция, небольшой метраж. 4. Зеленая и чистая энергия: Приводится от возобновляемых источников энергии, электролизирует чистую воду, без загрязнения, высокочистый водород. Состояние развития протоннообменных мембранных электролизеров (PEM) Недостатки продукта: 1. Низкая производительность водорода на один элемент. 2. Недостаточная производительность (в сравнении с отечественными и зарубежными аналогами): Ключевые компоненты, плотность тока, потребление энергии постоянного тока на единицу, содержание драгоценных металлов и т.д. 3. Высокая стоимость: Сложные процессы подготовки протоннообменных мембран, катализаторов из драгоценных металлов и мембранных электродов. 4. Необходимо повысить долговечность: Протоннообменные мембраны подвержены механическим напряжениям, химической коррозии и старению; катализаторы из драгоценных металлов подвержены агломерации и отравлению. Направления развития: 1. Повышение производительности и стабильности: Оптимизация протоннообменных мембран (способность к переносу протонов, стабильность), конструкция электролизера. 2. Снижение затрат: Локализация альтернатив протонных мембран, снижение использования катализаторов из драгоценных металлов; улучшение процессов подготовки мембранных электродов. 3. Высокое рабочее давление: Дальнейшее повышение способности к одностороннему давлению, улучшение однородности материала, снижение затрат на последующее оборудование. Водородопроизводство путем электролиза воды с использованием анионнообменной мембраны Водородопроизводство путем электролиза воды с использованием анионнообменной мембраны (AEM) Принцип: AEM-водородопроизводство использует чистую воду или низкоконцентрированную щелочь в качестве электролита. Вода проникает из анода через мембрану AEM на катод, где происходит выделение водорода с образованием OH- и водорода. OH- проводится через мембрану AEM на анод, где происходит выделение кислорода. Состояние развития анионнообменных мембранных электролизеров (AEM) Преимущества продукта: Быстрый запуск и остановка: Мембраны AEM обладают хорошей ионной проводимостью, что позволяет быстро запускать и останавливать электролизер. Сторона выделения водорода применяет давление ~3 МПа, что исключает необходимость удаления кислорода из водорода. Быстрый динамический отклик, гибкая адаптация к возобновляемым источникам энергии. Низкая стоимость: Могут использовать недрагоценные металлические катализаторные материалы. Недостатки продукта: 1. Мембраны AEM: Сложный синтез материалов, ограниченные эффекты масштаба, высокая стоимость, короткий срок службы. 2. Мембраны AEM имеют значительное разбухание, сложность в подготовке крупногабаритных одноэлементных элементов. 3. Катализаторы на катоде в основном представляют собой Pt/C, с более низкой плотностью тока по сравнению с PEM. 4. Незрелая технология, на ранних стадиях коммерциализации. Направления развития: 1. Улучшение мембранного материала: Разработка AEM с высокой проводимостью, ионной селективностью и долгосрочной щелочной стабильностью. 2. Оптимизация электрода: Разработка высокопроизводительных недрагоценных металлических катализаторов. 3. Дальнейшее повышение плотности тока. Водородопроизводство путем щелочного электролиза воды Водородопроизводство путем щелочного электролиза воды (ALK) Принцип: Щелочной электролиз воды использует щелочной раствор в качестве электролита. Под действием постоянного тока на катоде происходит восстановление, с получением электронов и образованием водорода и гидроксид-ионов; на аноде происходит окисление, с потерей гидроксид-ионами электронов и образованием кислорода и воды. Состояние развития щелочных электролизеров (ALK) В настоящее время системы щелочного электролиза воды в основном включают электролизеры, газожидкостные сепараторы и очистительные устройства. Преимущества продукта: Низкая стоимость: Материалы электродов относительно недорогие, используются недрагоценные металлические катализаторы. Эффективность электролиза: При полной нагрузке электролизер второго поколения Trina Yuan Hydrogen может достигать эффективности около 85%. Широкий диапазон нагрузки: Может стабильно работать в широком диапазоне плотности тока (25%-130%), с низкими требованиями к качеству входной мощности, совместим с различными источниками энергии. Масштабируемость: Подходит для крупномасштабных проектов по производству зеленого водорода. Состояние развития щелочных электролизеров (ALK) Вопросы, требующие решения: Эффективность электролиза; узкий диапазон низкой мощности; низкая скорость отклика; низкая точность конструкции потокового поля; частые запуски и остановки приводят к низкой стабильности материала. Направления развития: 1. НИОКР и инновации: Разработка электродов, диафрагм, конструкция электролизера, исследования коррозионной стойкости материалов, системные исследования и моделирование. 2. Стандартизированное производство: Создание стандартизированных производственных систем, выбор высококачественных запчастей. 3. Управление энергией: Повышение эффективности использования энергии, создание интегрированной энергетической системы «ветер-солнце-водород-накопление». 4. Обслуживание и управление оборудованием: Создание концепции полного жизненного цикла, интеллектуальная эксплуатация. Сравнительный анализ электролизеров Крупногабаритные одноэлементные электролизеры Дискуссия «квадратные» против «круглых» Обобщение и сравнение четырех технологий водного электролиза Нажмите, чтобы просмотреть специальный отчет о выставке «Новая энергетика-2025 (10-я)».

Текущее состояние и тенденции развития отрасли водородных электролизеров [Саммит по новой энергетике]

CCIE 2025: Передовые применения для преобразования китайской медеперерабатывающей промышленности