最大产氢量250标方/小时！中国石化自主研发兆瓦级PEM电解水制氢装置一次开车成功

 

12月11日，氢气产量和压力达到设计值。这是中国石化首套开车运行的兆瓦级质子交换膜电解水制氢装置，由中国石化石科院和燕山石化共同开发、建设，应用国内国产化程度最高的单槽兆瓦级PEM电解水制氢成套设备，生产全过程实现零碳、零污染物排放，打通了自主技术“绿电”制“绿氢”流程，标志着中国石化PEM电解水制氢成套技术实现工业应用。

 

 

图源中国石化石科院

 

绿氢是最清洁的能源载体，是未来能源革命与产业发展的重要方向，是实现工业低碳化和能源清洁化的重要手段。中国石化践行绿色发展理念，致力于开发可再生能源电解制氢技术，满足绿氢发展需求。

 

PEM电解水制氢技术是与可再生能源耦合最好的制氢技术，具有制氢效率高、产氢压力大、动态响应快、负荷范围宽、无污染的特点，能适应可再生能源发电的波动性，满足离网发电要求。同时，该技术采用“零间隙”设计，体积小、启停速度快、操作灵活，是一种理想的加氢站站内制氢技术。

 

中国石化采取集成设计、一体成撬的设计理念，开发并建造了单槽兆瓦级PEM电解水制氢装置。整撬围绕电解槽进行整体布局和管路优化设计，撬内包括电解槽、电解槽供电系统、维持电解槽运行的水气分离系统，以及满足氢气质量要求的纯化系统，占地面积不到40平方米。相较于多电解槽组合而成的制氢装置，单电解槽技术难度大，对材料和制造工艺要求更高，但其体积小、功率密度高、成本更低，是电解槽未来发展的主要方向。

 

作为PEM电解水制氢装置核心设备的电解槽，采用自主开发的高性能阴、阳极催化剂和大尺寸均一膜电极，最大产氢量可达250标方/小时，功率调节范围5%——125%，产氢压力可达3兆帕，氢气纯度为99.999%。投产后，年产氢量可达200吨，可减少二氧化碳排放2000——4000吨。

 

在此之前，2021年11月4日，石科院和燕山石化合作开发建设的中国石化首套30标方/小时PEM电解水制氢示范站成功投用，标志着中国石化打通PEM制氢设备从关键材料、核心部件到系统集成的整套流程。通过完整的PEM电解水工艺运行，验证了催化剂、膜电极以及电解槽组装、密封技术的可靠性，为兆瓦级PEM电解水制氢装置开发奠定了坚实基础。

 

下一步，石科院、燕山石化等单位将紧密合作，加快催化剂、膜电极技术迭代，整合相关产业链，进一步降低装置成本，提高PEM电解水制氢技术市场竞争力。

 

今年以来，PEM电解槽项目落地速度加快，据全球氢能不完全统计，国内已有多个PEM电解槽项目有突破性进展，其中有7个项目达到MW级。

 

1、青海华电德令哈3兆瓦光伏制氢项目

 

11月3日，青海省首个绿电制氢项目——华电德令哈3兆瓦光伏制氢项目正式开工建设，标志着氢能产业在高海拔地区迈出重要一步。该项目是目前中国规模最大的PEM制氢项目。

 

该项目位于青海省海西州德令哈市西出口，由华电青海公司投资建设，制氢规模600标准立方米/时，建设一座加氢能力500千克/天（12时）的加氢站，设置3套兆瓦级PEM电解水和20兆帕氢气充装系统。项目建成后，可积极引领当地能源行业的绿色发展。

 

2、国家电网安徽六安兆瓦级制氢综合利用项目

 

7月6日，国内首座兆瓦级氢能综合利用示范站在安徽六安投运，标志着我国首次实现兆瓦级制氢-储氢-氢能发电的全链条技术贯通，这是国内首座兆瓦级电解纯水制氢、储氢及氢燃料电池发电系统。

 

该示范站位于安徽省六安市经济技术开发区，额定装机容量1兆瓦，占地面积7000余平方米，主要配备兆瓦级质子交换膜制氢系统、燃料电池发电系统和热电联供系统、风光可再生能源发电系统、配电综合楼等，是国内首次对具有全自主知识产权“制、储、发”氢能技术的全面验证和工程应用。

 

资料显示，该项目于2020年6月在安徽六安开建，项目组成包括200Nm3/h PEM制氢+50kW*24燃料电池发电，由国网安徽省电力有限公司投资，国网六安供电公司承建。

 

据了解，该示范站采用先进的质子交换膜水电解制氢技术，清洁零碳，年制氢可达70余万标立方、氢发电73万千瓦时，对于推动氢能研究应用、服务新型电力系统建设具有重要的示范引领作用。所制氢气可在氢燃料电池车、氢能炼钢、绿氢化工等领域广泛应用，氢能发电可用于区域电网调峰需求。

 

3、宁夏京能宁东发电有限责任公司氢能制储加一体化项目

 

10月18日人民网消息，京能宁东发电公司的质子膜法制氢及氢能制储加一体化项目计划今年竣工投运，绿氢将用于发展氢能交通。

 

该项目利用电厂屋顶光伏为氢能系统提供电力，通过氢站内加氢设备给燃料电池重卡加氢，以达到氢能制、储、加一体化的示范性效果，是国内首个200Nm³/h （1WM）PEM绿电制氢系统在氢站制氢的商业化示范项目。

 

项目供应商为阳光氢能科技有限公司（简称“阳光氢能”），由阳光氢能提供总制氢量200Nm3/h PEM集装箱式一体化集成解决方案，包含IGBT制氢电源、PEM电解槽、智慧氢能管理系统等产品。2022年7月16日，阳光氢能制氢系统启运发货。

 

4、三峡乌兰察布“源网荷储一体化”关键技术研究与示范-“制-储-运-加”氢能综合示范项目

 

该项目由三峡集团负责投资建设，于2020年10月开工。项目设备将被安装在乌兰察布三峡集团现代能源产业园区的制氢设备厂房内，该项目为国内第一个2.5MW级PEM制氢设备招标项目，也是国内第一个单电堆达MW级的PEM制氢项目。

 

项目供应商为康明斯，由康明斯提供2.5MWPEM电解水制氢设备。康明斯HyLYZER®-500制氢设备将采用集装箱式供货，各配套系统高度集成在两个标准40英寸集装箱内，系统将采用两个1.25MW电堆，额定产氢量500Nm3/h。

 

此外，今年8月18日，东方电气向三峡集团批量交付氢燃料电池热电联供产品仪式在东方锅炉成都园区隆重举行。产品将用于三峡研究院乌兰察布“源网荷储”技术研发试验基地的“制储运加”氢能综合示范项目，作为绿氢规模化生产和应用的全产业链技术研发验证平台，为三峡科研院绿氢技术未来发展提供有力支撑。

 

5、中石化中原油田兆瓦级可再生电力电解水制氢示范项目

 

该项目由中原油田牵头，位于河南省濮阳市，电解功率为2.5MW，一天生产超纯氢1.12吨，为中国石化首个兆瓦级PEM电解水制氢示范项目。项目由康明斯提供2.5MWPEM电解水制氢设备。

 

11月22日，中国石化中原油田消息，经过7个多月的紧张施工，中国石化首个兆瓦级可再生电力电解水制氢示范项目即“绿电制绿氢”项目在中原油田顺利实现中交，进入开车准备阶段，向年底项目投产发起全面冲刺。

 

该项目投产后预计年耗可再生电力电量2520万千瓦时，相当于减排二氧化碳2000余吨，与常规的碱性水电解制氢相比，该项目采用质子膜电解水制氢工艺，日产高纯度“绿氢”（氢气纯度为99.9995%）1.12吨，可加注60辆氢能公交车。

 

6、长江电力三峡坝区PEM制氢加氢一体站项目

 

该项目由隧道股份上海能建和长江设计集团所属长江勘测规划设计研究有限责任公司(长江院)共同承接，目前进入开工前期筹备阶段。该项目是由中国长江电力集团在三峡坝区开展的PEM制氢加氢示范项目，也是国内首个内河氢燃料电池动力船舶及制氢加氢一体站项目。

 

该项目制氢规模为200Nm3/h（1WM）、加氢规模500kg/d，1套船用氢气加注系统、1套车用氢气加注系统、电控系统、给排水等配套附属设施，可为内河氢燃料电池动力船以及三峡坝区内旅游巴士提供加氢服务。

 

7、国电投白城兆瓦级PEM电解制氢系统装备项目

 

该项目由国电投氢能公司（国氢科技）承建，电解槽已经通过专家审核。2021年5月，国家电投氢能公司兆瓦级PEM电解制氢系统装备招标公告发布。根据后续报道，项目电解槽由国家电投长春绿动提供，剩余系统由北京中电丰业提供。

 

国电投的电解槽和大连化物所的电解槽代表的都是国内一线的水平，目前的电解槽单槽产量基本都在50Nm3/h左右的体量