風(fēng)能是一種很有前途的可再生能源，它能減少溫室氣體排放和對(duì)化石燃料的依賴。然而，作為一種天然能源，速率可變和不穩(wěn)定性是風(fēng)能的固有性質(zhì)。可變和不穩(wěn)定是由于不同天氣條件引起的隨機(jī)變化。風(fēng)力發(fā)電每天都在變化，也被認(rèn)為是高度間歇性的，因?yàn)樗妮敵鋈Q于風(fēng)速、大氣條件和其他因素，這種間歇性對(duì)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商確定給定時(shí)刻的可用電量提出了挑戰(zhàn)。對(duì)于風(fēng)能的不穩(wěn)定性，可以采用一種可再生能源的組合系統(tǒng)，即太陽能、風(fēng)能、潮汐等多種能源的協(xié)同組合。該組合系統(tǒng)一般能產(chǎn)生更可靠的電力，且優(yōu)于系統(tǒng)，提高了效率和可靠性。例如，風(fēng)能和太陽能的協(xié)同效應(yīng)可以較好地緩解風(fēng)能和太陽能各自發(fā)電的不穩(wěn)定性。未來需要開發(fā)出更多更優(yōu)的組合可再生能源系統(tǒng)。PEM水電解技術(shù)被譽(yù)為制氫領(lǐng)域極具發(fā)展前景的水電解制氫技術(shù)之一。承德附近電解水
我國(guó)的電解水制氫技術(shù)起源于蘇聯(lián)設(shè)備，對(duì)其商業(yè)應(yīng)用需追溯到 19 世紀(jì) 90 年代。國(guó)內(nèi)大規(guī)模的電解水制氫技術(shù)以堿水電解制氫為主，該種設(shè)備技術(shù)流程簡(jiǎn)單，操作方便，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)接近國(guó)際水準(zhǔn)。堿性水電解通常采用 KOH 作為電解液，電解質(zhì)的質(zhì)量濃度一般為 20%－30%以保證電解液具有較高的電導(dǎo)率，并且電解槽需要強(qiáng)制對(duì)流。較高的電解槽溫度有利于降低電極反應(yīng)的過電位和溶液的電阻，但會(huì)加劇材料的腐蝕。故電解槽的溫度應(yīng)綜合考慮以上兩個(gè)方面，當(dāng)前，工業(yè)化堿性水電解槽一般在 85℃~95℃下運(yùn)行。電解槽內(nèi)的壓力也會(huì)對(duì)整個(gè)水電解過程產(chǎn)生影響。通過加壓可以減少電解槽內(nèi)氣體體積，使氣體停滯時(shí)間縮短，從而提高電解槽內(nèi)電解液的電導(dǎo)率，當(dāng)前工業(yè)化堿性電解槽工作壓力在 3.2MPa 以內(nèi)。同時(shí)高壓設(shè)備無需使用費(fèi)用較高的氫氣壓縮機(jī)，能夠減少啟動(dòng)成本，近一些高壓設(shè)備已經(jīng)開始得到發(fā)展。寧夏電解水制氫設(shè)備PEM電解堆與燃料電池電堆存在極大相似性，大部分PEM電解堆研發(fā)工程師也一般具有燃料電池電堆開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。
貴金屬、貴金屬合金及其氧化物仍然是性能比較好的催化劑。然而，貴金屬催化劑的使用成本較高，開發(fā)高性能、低成本的催化劑非常重要。過渡金屬催化劑和非金屬催化劑具有制備成本低的優(yōu)點(diǎn)，通過尺寸和形貌調(diào)控、導(dǎo)電載流子材料復(fù)合、原子摻雜、晶相調(diào)控、非晶態(tài)工程、界面工程等設(shè)計(jì)策略，可提高其催化活性。開發(fā)高效、低成本的催化劑是電解水制氫的關(guān)鍵步驟。貴金屬催化劑由于其成本高、存儲(chǔ)量低，難以支持大規(guī)模應(yīng)用。過渡金屬和非金屬材料成本低，具有較大的豐度，是替代貴金屬催化劑的理想材料。圖7比較了不同類型的催化劑。與貴金屬催化劑相比，過渡金屬催化劑結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，催化機(jī)理復(fù)雜，非金屬催化劑的活性有待提高。這三類電解水制氫催化劑都有待進(jìn)一步研究。
PEM(Protonexchangemembrane)是質(zhì)子交換膜電解水技術(shù)的簡(jiǎn)稱。和堿性電解水制氫技術(shù)不同，PEM電解水制氫技術(shù)使用質(zhì)子交換膜作為固體電解質(zhì)替代了堿性電解槽使用的隔膜和液態(tài)電解質(zhì)（30%的氫氧化鉀溶液或26%氫氧化鈉溶液），并使用純水作為電解水制氫的原料，避免了潛在的堿液污染和腐蝕問題。PEM電解槽運(yùn)行時(shí)，水分子在陽極側(cè)發(fā)生氧化反應(yīng)，失去電子，生成氧氣和質(zhì)子。隨后，電子通過外電路轉(zhuǎn)導(dǎo)至陰極，質(zhì)子在電場(chǎng)的作用下，通過質(zhì)子交換膜傳導(dǎo)至陰極，并在陰極側(cè)發(fā)生還原反應(yīng)，得到電子生成氫氣，反應(yīng)后的氫氣和氧氣將通過陰陽極的雙極板收集并輸送。PEM電解水制氫是潛力的電解水制氫技術(shù)，有望成為“綠電+綠氫”生產(chǎn)模式的主流發(fā)展趨勢(shì)。
從目前國(guó)內(nèi)外綠氫產(chǎn)能和項(xiàng)目分布來看，我國(guó)綠氫產(chǎn)業(yè)處于快速起步階段，光伏制氫的裝機(jī)和應(yīng)用規(guī)模在近幾年集中爆發(fā)，正在運(yùn)行的電解槽制氫系統(tǒng)多為全新產(chǎn)品或處于設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)，尚未出現(xiàn)大批量的性能衰減故障或退役等可靠性問題。因此目前國(guó)內(nèi)廠商主要關(guān)注制氫系統(tǒng)的能耗、成本等產(chǎn)品參數(shù)，電解槽及系統(tǒng)的性能退化與可靠性等方面尚未引起普遍重視。國(guó)產(chǎn)制氫系統(tǒng)的一些關(guān)鍵零部件，尤其是電解槽隔膜和電極的產(chǎn)能和技術(shù)主要來自進(jìn)口，由于材料和技術(shù)受限，多數(shù)中小型制氫系統(tǒng)廠商缺乏關(guān)鍵材料和零部件的檢驗(yàn)檢測(cè)能力，一些大型企業(yè)雖然具備一定的測(cè)試能力，從行業(yè)整體來看仍處于初級(jí)階段，并且新老技術(shù)上存在嚴(yán)重脫節(jié)。電解槽的基本組成單位是電解池。鄭州電解水之情一公斤需要多少錢
它具備將大量可再生能源電力轉(zhuǎn)移到難以深度脫碳工業(yè)部門的潛力。承德附近電解水
傳統(tǒng)的堿性電解槽制氫，主要是以氫氧化鉀為電解質(zhì)。特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)就是這個(gè)技術(shù)非常成熟，很簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本現(xiàn)在比較低，因?yàn)橐呀?jīng)用了很多年，雖然規(guī)模不是很大。但是它的缺點(diǎn)是能量效率低和規(guī)模較小，過去因?yàn)檫@個(gè)產(chǎn)業(yè)很小，沒有很多人真正去投入力量進(jìn)行研發(fā)。目前比較大 ALK 電解槽可以做到 3000 標(biāo)方每小時(shí)。大型堿水電解槽還處于起步階段，設(shè)計(jì)和集成水平還需要進(jìn)一步提高。從電化學(xué)理論分析隔膜電阻占整個(gè)電解槽的歐姆電阻份額很大。通過對(duì)影響隔氣性和電流密度的因素分析，復(fù)合隔膜應(yīng)具有韌性好、機(jī)械強(qiáng)度大，可以做得更??；親水性強(qiáng)，降低面電阻以提高電流密度；采用電解液物理運(yùn)輸和離子跳躍機(jī)制相結(jié)合的方式達(dá)到電解液的高滲透，氣體的低滲透，實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全性。因此開發(fā)新型隔膜材料勢(shì)在必行。承德附近電解水
