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希倍优氢能在离网风光耦合制绿氢研究取得重要进展

发布日期:2024/4/22    Tag:希倍优氢能,离网制氢,技术,突破,应用场景,平价绿氢,氢能,制氢,碱性水电解制氢,电解槽

光伏与风电是一种无碳排放的可再生能源,但是其能量具有波动性的特征,对电网系统的安全运行冲击较大,国内很多地区可供并网的风电、光伏装机容量已达上限。使用光伏、风能进行耦合离网电解水制氢,不但可以解决光伏、风电的消纳难题,还有助于国家在工业、交通运输及民用领域深度脱碳,实现国家“碳中和、碳达峰”政策。

目前技术成熟的大型电解水制氢设备主要有碱性电解水槽(ALK)和质子交换膜电解水槽(PEM)。PEM电解水槽虽然可以匹配风电、光伏的波动性,但是膜电极催化剂依赖铂族贵金属,而全球90%的铂矿位于南非、加拿大等英联邦国家,优质的质子交换膜则主要由美国杜邦公司提供,导致PEM电解槽的价格大约是ALK电解槽的5倍。而且在中美贸易摩擦的背景下,大规模发展PEM电解水技术存在着极大的能源安全风险。碱性电解槽不需要使用贵金属催化剂,且核心部件都能实现国产,因此是当前大规模生产绿氢的最优选择。

(屋顶离网光伏制氢系统)

为解决离网风光耦合制取绿氢的卡脖子问题,希倍优氢能与姑苏实验室、固德威技术股份有限公司、苏州科技大学等机构合作,在苏州构建离网光伏电解水制绿氢系统,旨在解决绿氢的制取的难题。该系统包含宽负载功率电解槽及离网制氢电源,实现了离网光伏电流驱动碱性电解槽制绿氢,氢气无须提纯即可达到99.98%以上。

根据离网光伏和风电波动性的特点,希倍优氢能定制了宽负载功率电解槽系统,额定输入电压200V,直流能耗≤4.1kW·h/Nm³,电流密度3200 A/㎡,可在额定负载30%-110%范围内动态运行,能匹配光伏电流的波动性特点。在正常光照强度波动下,电解槽出口氢气无须进行提纯即可稳定达到99.98%,在最佳工况下直流能耗低至4.0 kW·h/Nm³。电解槽还可以承受极端电流扰动,可以在30秒内响应5倍的电流波动。实验过程中,整个光伏制氢系统可以将100%额定负载功率30秒内降至30%,或者将30%负载功率30秒内升至100%,过程中氢气纯度始终维持在99.8%以上。

(离网光伏电解水制氢实验)

依据光照能源波动性的特点,苏州科技大学唐叔贤院士团队采用IGBT方案开发设计了新型的离网光伏制氢电源,预留交流电(AC)接口,融合DC/DC和AC/DC电源转化模块,动态追踪光伏的最大输出功率点(MPP),通过优化系统软件算法实现直流电(DC)和交流电(AC)耦合转化成电解槽所需的直流电(DC),使制氢电源可稳定输出约200V电压,并根据光照强度变化动态改变输出电流,进而调整电解槽工作IV曲线,最大程度上优化界面耦合,使得光伏直流电转换成电解槽所需直流电的效率达到96%,完美匹配电解槽运行工况,运行过程中氢氧纯度达到电解槽的设计标准。未来制氢电源的AC接口可以接入风电,实现纯离网风光互补耦合制绿氢。

(基于IGBT方案设计的200V制氢电源系统)
在当前全球能源转型的大背景下,如何生产平价绿氢正受到越来越多的关注。在新疆、内蒙古等风力、光照资源丰富的地区,光伏、风电的发电成本已经降至0.1元/度。按此电价估算,采用纯离网风光互补的碱性电解水制氢价格可以降至9元/kg H2,相较于传统的制氢方式,这一价格无疑更具竞争力。
离网风/光制绿氢技术,将成为未来能源发展的重要趋势。希倍优氢能设计的宽功率负荷碱性电解槽设计与离网制氢电源联合,对推动国内绿氢开发有着重要影响。展望未来,希倍优氢能源将持续致力于这一领域的创新研发,为构建清洁、可持续的能源未来贡献力量。