电解水制氢是在直流电作用下,水分子被解离成氢气与氧气并分别从阴极、阳极析出的电化学过程。根据电解质、操作温度以及技术成熟度的不同,电解水制氢技术主要分为4种(表1),其中碱性和质子交换膜(图1)电解水制氢技术已经商业化,而固体氧化物和固体聚合物阴离子交换膜水电解制氢技术目前仍处于研究阶段。不同技术的主要差异在于电堆设计、组件内部变化和技术成熟程度[4]:碱性电解水制氢技术成熟、规模化制氢成本低; 质子交换膜电解水制氢技术能效高,设备结构紧凑,在功率调节范围、响应速度与波动性可再生能源匹配、安全、环保等方面优于碱性技术,但投资大、成本高是最大的问题。
目前适用海上风电的电解水制氢技术主要是碱性和质子交换膜电解水制氢技术。①国内碱性电解槽以苏州竞立制氢设备有限公司、中国船舶集团有限公司第七一八研究所、阳光电源股份有限公司等厂商为代表,其生产能力、技术性能指标及制造成本具有优势,主流产品制氢能力达到1 000 Nm3/h及以上。②国外集中式和分布式海上风电制氢示范项目多数选择与波动性可再生能源匹配效果更好的质子交换膜电解槽,其技术发展目标和研发方向见表2。③欧美单堆兆瓦级质子交换膜电解槽已投入商业化应用,目前正在开发单堆5 MW电解槽,NEL、Cummins、Siemens Energy、ITM Power等厂商质子交换膜电解槽的单堆制氢能力、寿命、能耗等指标处于领先地位。总体上,低成本、单堆更大规模、高电流密度、高压、低电耗、长寿命是质子交换膜电解槽技术发展的大趋势。
