尽管1000Nm³/h碱性电解槽正作为基本标准规格在氢能项目中交付应用,但出于绿氢项目大型化、降本等需求,碱性电解槽生产企业在近两年内已经接连推出了1200Nm³/h、1500Nm³/h、2000Nm³/h、3000Nm³/h、5000Nm³/h等大标方产品,产品迭代速度非常之快。
另一方面,去年至今,行业接连传出1200Nm³/h、2000Nm³/h大标方碱槽招中标及交付的消息,意味着大标方产品已经开启了从实验室到项目的进阶发展……
1200 Nm³/h、2000Nm³/h划开了批量应用的“口子”
1200 Nm³/h碱性电解槽方面招中标、应用的消息接连传来:去年10月中广核新能源宁东清洁能源制氢项目电解水制氢装置主设备采购项目由隆基氢能G系列1200Nm³/h制氢装备中标;今年7月内蒙古四子王旗风光储氢氨一体化示范项目开建,即将采购160套1200Nm³/h电解槽;今年8月陕西华盐绿能能源有限公司电解水制氢科研项目获备案,将采购8套1200Nm³/h电解槽。
今年9月4日,阳光氢能1200Nm³/h碱性电解槽在国能榆林化工有限公司试车成功,顺利产氢;10月海德氢能矩形电解槽中标金风科技1200 Nm³/h电解水制氢项目;10月消息,中石油首套1200 Nm³/h制氢已连续运行超过3000小时……
2000 Nm³/h碱性电解槽方面,据公开消息,国内已经有明阳智能、派瑞氢能、中电丰业、苏氢氢能、三一氢能、宏泽科技、氢器时代、双良集团、隆基氢能、奥扬集团、华秦新能源、中车株洲所、航天工程等超13家企业(据公开信息梳理,排序按产品发布时间)发布了2000Nm³/h电解槽产品。
2000 Nm³/h碱性电解槽应用进展也在不断刷新:6月中煤鄂尔多斯能源化工有限公司年产50万吨的风光制氢合成绿氨项目传出112 套 1500Nm³/h 碱性电解槽与 24 套 2000Nm³/h 碱性电解槽需求;8月中船通辽市50万千瓦风电制氢制甲醇一体化项目发布制氢制甲醇初步设计采购公告,制氢部分配置的电解槽均为单槽2000Nm³/h碱性电解槽。
今年9月底,宏泽海槿2000 Nm³/h方形电解槽在滨化集团东瑞化工有限公司顺利开车运行;今年11月6日,氢器时代一台2000Nm³/h碱性电解槽、两台1000Nm³/h碱性电解槽设备顺利发运,送往山东省首个光伏配建制氢项目——胶州市李哥庄镇120MW渔光互补项目现场;同11月新疆俊瑞轮台县新能源规模化制绿氢项目总承包中标候选人公示,即将采购53套2000Nm³/h电解槽……
从项目应用动态来看,1200 Nm³/h、2000Nm³/h的碱性电解槽大标方产品在项目应用、招标中频频收获进展,已经开启了批量化应用。
结合应用场景需要,氢能项目中的电解槽产品规格结合上游新能源电的输入和下游用氢需求综合考虑。由于3000Nm³/h及以上的电解槽目前没有长期运行数据,很多下游业主有担忧,不愿意冒进,实际订单就落到了1200 Nm³/h、2000Nm³/h这些规格的产品上。
大标方产品推进遵循“拾级而上”的验证逻辑
从大标方产品的实现路径来看,由于碱性电解槽在单位时间内产氢量与电解槽的体积大小和电解槽的运行电流密度有关。因此,实现大标方电解槽的途径有2条:
其一增加小室数量,将电解槽做得更长,难点是对会结构的密封性、碱液的流通造成较大影响;其二是将电极面积做得更大,这受限于原材料尺寸及直径增大对流道均匀分配的考验。
“国内第一款1000 Nm³/h的碱性电解槽从产品的研发到如今实现规模化商用经历了六年多时间,1200 Nm³/h、2000Nm³/h的产品和1000 Nm³/h的产品相比,在材料要求、结构设计、系统管理上仍具备延续参考性,在项目验证推进上效率会高于其他更大规格的产品。”一家电解槽企业相关人士指出。
据多家电解槽企业的运行经验来看,尤其是1200 Nm³/h的电解槽产品在实际运行中的可靠性、稳定性表现已经得到了认可。
从发展趋势来看,在主流1000Nm³/h碱性电解槽的基础上,部分项目开始批量化配备1200 Nm³/h、2000Nm³/h电解槽,个别项目试用3000Nm³/h电解槽。
“制氢设备大型化是整体的发展趋势,在应用推进上遵循循序渐进,验证一阶应用一阶的原则。”一位行业人士总结道。
随着单体制氢量越大,电解槽尺寸、重量、制造、成本等约束边界效应越明显,真正落实到商用环节则需要更加慎重。
在现有的材料体系下,碱性电解槽的单槽制氢能力也存在天花板,如果不考虑引入贵金属材料制造电极,5000 Nm³/h可能就是天花板,对应的电流密度可达8000 A/㎡,但还需要考虑能耗、可靠性等其它因素,从研发迈入示范商用更是一个长期的过程。
“通过叠加电解小室单元提升单槽产量会造成电解槽体积过大、安装不便等问题;若提高电流密度,会使电解小室电压上升,从而带来单耗的提高,增大了设备的运行成本。”一家电解槽企业研发总监指出,提升电解槽的制氢能力是一个综合工程,最终还需要兼顾性价比和市场的接受度。
同时在项目方来看,制氢设备体量的增大带来的购置成本降低,并不是设备在竞争突围的唯一路径,在设备的质量、安全要保证的前提下,基于新能源环境功率波动的系统、运行调控、集群控制,以及和绿氢装备高度匹配的应用场景开发同样值得企业投入更多关注。