3 电解水制氢技术的应用
➢ 电解水制氢技术在太阳能光伏发电领域的应用
太阳能光伏发电是通过太阳能电池将太阳光能 直接转化为电能。光伏发电分为独立光伏发电系统 和并网发电光伏系统。光伏发电系统主要由太阳电 池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，它 们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件。
3 电解水制氢技术的应用
➢ 太阳能光伏发电累计装机容量约820 万千瓦
➢ 太阳能光热发电方面，2012 年9月国家能源局正式 发布了《太阳能发电“十二五”规划》，到2015年 底，建成光热发电总装机容量100万千瓦，并指出到 2020 年太阳能光热发电装机300 万千瓦
1 可再生能源发电
电解水制氢是一种高效、清洁的制氢技术， 其制氢工艺简单，产品纯度高，氢气、氧气纯度 一般可达99.9％，是最有潜力的大规模制氢技术。 特别是随着目前可再生能源发电的日益增长，氢 气将成为电能存储的理想载体。
电解水 制氢的 方法
碱性电解水制氢 固体聚合物电解水制氢 高温固体氧化物电解水制氢
2 电解水制氢技术
➢ 碱性电解水电解制氢 碱性电解水制氢装置是由若干个单体电解池组
成，每个电解池由阴极、阳极、隔膜及电解液 构成。通入直流电后，水在电解池中被分解， 在阴极和阳极分别产生氢气和氧气。通常电解 液都是氢氧化钾溶液，浓度为20wt%～30wt%。 隔膜主要由石棉组成，起分离气体的作用，两 电极主要由金属合金组成，起着分解水，产生 氢和氧的作用。
可用于光伏发电系统的电解水制氢技术主要 有：碱性电解水制氢技术和固体聚合物电解水制 氢技术。
由于光伏发电的装机规模远小于风力发电系 统，其制氢规模相对较小，而且光伏发电的电源 也存在一定的波动性，而且每天夜间需要停机， 要求与其相匹配的电解制氢装置具有良好的变工 况运行及频繁起停运行特性。因此，太阳能光伏 发电系统的电解水制氢技术宜采用固体聚合物电 解水制氢技术。
电解水制氢技术在 可再生源发电 2 电解水制氢技术 3 电解水制氢技术应用
1 可再生能源发电
新能源 • 风能、太阳能、海洋能、氢能、核能、地热能等
新能源资源的特点 • 潜力大，可持续利用 • 能够满足能源需求、改善能源结构、减少环境污
染 • 在促进经济发展等方面发挥重要作用
2 电解水制氢技术
碱性电解水电解制氢
2 碱性电解水电解制氢
优点 •碱性电解水制氢是目前最成熟的大规模制氢方法。 •工艺过程简单，易于操作。
缺点 •电能消耗大，成本高，每立方米氢气电耗约为4.5～ 5.5kW•h，电费占整个电解水制氢生产费用的80％左。
2 固体聚合物电解水制氢
➢ 固体聚合物电解水制氢
1 可再生能源发电
通过将可再生能源发电经过电解水制氢 技术，将可再生能源产生的电能转化为氢能 进行储存，并且根据实际需要，还可通过后 续化工过程将氢能转化为甲烷、甲醇及其他 液态燃料等。
1 可再生能源发电
目前我国氢气年产量已逾千万吨规模，位居世 界第一。
工业规模的制氢方法主要包括 •甲烷蒸汽重整 •电解水制氢
2 电解水制氢技术的应用
• 高温固体氧化物电解水制氢技术具有较高的电解 效率（90%以上），由于高温电解制氢工作温度 较高，需要额外接入风电加热高温电解水制氢系 统，这将降低高温电解水制氢的综合效率。另外， 目前高温电解水制氢规模还与碱性电解水制氢具 有一定差距，也限制了高温固体氧化物电解水制 氢技术在风力发电系统的应用。
风力发电是将可再生的风能转化为电能。
• 碱性电解水制氢技术成熟、成本低、易于实现 大规模制氢应用，但是风力发电系统的电源稳 定性相对较差，需要针对风力发电系统电源特 点开发适宜于风力发电系统应用的碱性电解水 制氢系统。
2 电解水制氢技术的应用
• 固体聚合物电解水制氢技术较为成熟、具有较 好的变工况运行特性，较为适宜于风力发电系 统的不稳定电源。但其成本较高，制氢规模较 小，进一步限制了固体聚合物电解水制氢技术 在风力发电系统的应用。
与碱性电解水制氢技术相比，固体聚合物电解 水制氢技术主要有以下三方面的优势：
(1) 固体聚合物电解水制氢以固体聚合物膜为电 解质, 电解循环中没有碱液流失、腐蚀等问题，并且 由于固体聚合物电解质膜较薄，减小了电解过程的 欧姆损失，提高了系统的效率；
2 固体聚合物电解水制氢
(2) 固体聚合物电解质隔膜，具有良好的化学稳 定性, 高的质子传导性, 良好的气体分离性等优点， 提高了电解池的安全性，增加了气体纯度，并且由 于较高的质子传导性，固体聚合物电解水制氢可在 较高的电流密度下工作，从而增大了电解效率；
• 高温条件下电解，电极可采用非贵金属催化剂， 降低了电解制氢成本，并且为全陶瓷材料结构避 免了材料腐蚀问题。
3 电解水制氢技术的应用
电解水制氢技术在可再生能源发电领域的应用 • 在风力发电领域的应用 • 在太阳能光伏发电领域的应用 • 在太阳能光热发电领域的应用
3 电解水制氢技术的应用
➢ 电解水制氢技术在风力发电领域的应用
1 可再生能源发电
➢ 甲烷蒸汽重整是目前最经济的制氢方法，但其 在生产过程中不仅消耗大量化石燃料，而且产 生大量二氧化碳。
➢ 电解水制氢工艺过程简单，产品纯度高，通过 采用可再生能源作为能量来源，体现氢气的高 效、清洁、大规模制备，该技术也可以用于 CO2的减排和转化，具有较为广阔的发展前景。
2 电解水制氢技术
1 可再生能源发电
近年来随着国民经济的迅速增长，及对能源的 需求日益旺盛，能源短缺以及化石能源所产生的环 境污染问题日益尖锐。在能源安全与环境保护的双 重压力下，技术相对成熟、能够规模化开发的可再 生能源发电的包括： ➢风力发电 ➢太阳能光伏发电 ➢太阳能光热发电
1
可再生能源发电
➢ 截至2012 年底，我国新增风电装机1404.9 万千瓦 (吊装容量)，我国累计风电装机量超过7000 万千瓦
(3) 固体聚合物电解水制氢采用膜电极三合一结 构，类似于碱性电解池中的零间距结构电解池结构 ，因此降低了能耗。目前固体聚合物电解水制氢效 率可以达到约80％。
2 高温固体氧化物电解
➢ 高温固体氧化物电解
• 高温固体氧化物电解水制氢与碱性电解和固体聚 合物电解水制氢相比，高温电解降低了电能消率 ，而且高温条件下电解，电极动力学性能显著改 善，减少了电解过程的能量损失，较高地提高了 电解效率。