煤炭制氫替代技術(shù)
——質(zhì)子交換膜水電解制氫技術(shù)及其衰減機(jī)理

宋 潔，鄧占鋒，徐桂芝，梁丹曦，彭笑東，趙雪瑩，徐 超

(1.華北電力大學(xué)，北京 102206；2.先進(jìn)輸電技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 國(guó)網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院有限公司，北京 102209)

0 引 言

隨著我國(guó)從粗放式的高排放經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)向綠色可持續(xù)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)新能源的開(kāi)發(fā)和有效利用儼然成為了一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。氫能作為一種零污染物排放的二次能源，其能量密度(140.4 MJ/kg)是傳統(tǒng)固體燃料(50 MJ/kg)的2倍多。通過(guò)對(duì)氫能的高效生產(chǎn)和有效利用，將能為全世界CO2減排貢獻(xiàn)約20%[1]，從而促進(jìn)碳達(dá)峰、碳中和發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。目前，氫能的制取方式主要有“灰氫”“藍(lán)氫”“綠氫”3種?！盎覛洹敝傅氖遣捎妹禾窟M(jìn)行氫氣的制取，“藍(lán)氫”采用的是天然氣來(lái)進(jìn)行制氫并對(duì)產(chǎn)生的CO2進(jìn)行捕捉和封存[2]，“綠氫”一般指的是可再生能源水電解制取的氫氣。相較于煤炭制氫存在的高污染高排放，天然氣制氫存在的CO2大規(guī)模捕捉和封存成本高、難度大等問(wèn)題，利用可再生能源進(jìn)行水電解制氫具有得天獨(dú)厚的綠色環(huán)保、靈活生產(chǎn)、氫氣純度高等優(yōu)勢(shì)，未來(lái)可再生能源水電解制氫將成為能源產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要方向之一。

水電解制氫主要分為3種不同的類(lèi)型：堿性水電解(AWE)、質(zhì)子交換膜水電解(PEMWE)和固體氧化物水電解(SOWE)[3]。相較于堿性制氫和固體氧化物水電解技術(shù)，質(zhì)子交換膜水電解制氫具有占地面積小、啟動(dòng)速度快、動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)范圍寬、動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，更適合與光伏、水電、風(fēng)力等波動(dòng)性可再生能源結(jié)合使用。

截至2020年底，我國(guó)風(fēng)電、光伏發(fā)電裝機(jī)總規(guī)模達(dá)到5.3億kW，占總裝機(jī)24.07%。……