氢能专栏期刊第一期

目录

CONTENTS

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04

05

06

中国氢能政策发展历程

电解水制氢基本原理

电解水制氢系统及工艺流程

ALK制氢设备详解

河北加氢站及基础设施建设

张家口制氢领域实现技术新突破

氢能专栏期刊

第01期

来源单位：冀交能源氢能工作小组      投稿人：郝尚宁

      氢能产业近年来在我国获得了前所未有的关注，从早期的推广阶段，到2019年首次被政府报告提及，再到“十四五”规划中首次出现在“五年规划”中，氢能源行业的政策发展实现了“从无到有”的快速变化。根据《“十四五”规划和2035年远景目标刚要》，未来将要实施氢能产业孵化与加速计划，谋划布局一批氢能产业。

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第01期

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来源单位：晟德公司风光氢能小组       投稿人：刘大为

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（1）阴极反应，其电化学反应为：

      2H2O+2e^- = 2OH^-+H2↑

（2）阳极反应，其电化学反应为：

      2OH^--2e^- = H2O+1/2O2↑

       根据不同电解质，目前电解水制氢技术可分为三类：碱性电解水制氢技术（ALK）、固体氧化物电解水制氢技术（SOEC）、质子交换膜电解水技术（PEM）。ALK的制造成本最低，结构框架最为成熟，电堆寿命最长并且商业化程度最高。

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电解水制氢系统及工艺流程

      电解水制氢系统主要由补水系统、碱液循环系统、电解槽、气液分离装置、氢气纯化装置、氢气储存系统等部分组成。其流程分述如下：

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 1  补水系统

     生水进入除盐水制备装置内，经过超滤+二级反渗透处理后进入碱液箱和冷却装置水箱。进入碱液装置的水，用于配制碱液，由配碱泵送入气液分离装置内，为碱液循环系统补充碱液；进入除盐水冷却装置水箱的水，流经水-水换热器后进入气液分离装置、氢气纯化装置中的多个冷却器，最终回到冷却装置水箱。

 2  碱液循环系统

     电解槽中电解液分为两路：一路富含氢气，一路富含氧气，它们分别进入置于气液分离装置内的氢分离器和氧分离器中，分离出氢气和氧气后再汇合，经碱液过滤器过滤、碱液冷却器冷却后，进入碱液循环泵，由泵加压后回到电解槽内，实现碱液循环。

 3  电解槽

     碱液循环系统的碱液进入电解槽，水在直流电的作用下开始分解，在电解室的阴阳极板上分别产生氢气和氧气。这些氢气氧气随电解液一起从电解槽两端流出进入气液分离装置。电解槽中隔膜的作用。电解槽的隔膜主要用于隔绝阴极室和阳极室，防止产物混杂发生危险，需要注意的是，隔膜含有一定的孔隙率，既可以避免气体和气泡通过，又可以保证离子通过。电解隔膜材料的惰性要求高，一般采用石棉隔膜。

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来源单位：晟德公司风光氢能小组       投稿人：刘大为

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　绍兴黄酒。新华网发

 4  气液分离装置

      气液分离装置内分别设有氢分离洗涤器、氧分离器、氢气冷却器、气水分离器、碱液循环泵等设备。含有氢气和氧气的电解液分别经过氢、氧分离器，在重力作用下与电解碱液发生沉降分离，分离出的氧气排放到室外或储存，氢气在分离装置内进一步洗涤、冷却、分离去除液滴，然后进入氢气纯化装置。

 5  氢气纯化装置

      氢气在氢气纯化装置中，与氢气中残留的氧气发生反应生成水，经过冷却、吸附、分离后，得到纯度为 99.999%的高纯氢气。

 6  氢气储存设备

      高纯氢气经氢气汇流排架平衡压力后分配至氢气储罐储存。

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第01期

 1  设备组成:主体设备，辅助设备及电控设备。

 2  主体设备组成：电解槽，附属设备一体化框架。

 3  辅助设备组成：水箱，碱箱及补水泵及气体减压分配框架等。

 4  电控设备组成：整流柜，配电柜等。

 5  设备特点：电解槽、气液处理装置、氢气干燥框架组装为一个框架，占地面积小；产品氢气纯度高，含湿量低；自动化程度高，完全实现全自动一键启停。

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来源单位：晟德公司风光氢能小组       投稿人：刘大为

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来源单位：冀交能源氢能工作小组       投稿人：郝尚宁

    根据河北省氢能发展利用整体规划，按照“功 能集成化、资源集约化运行商业化”的原则，加快加氢站规划布局，超前预留站址资源。其中张家口、雄安新区率先规划布局加氢站建设，着力打造“氢能城际高速公路”，优先在京张高速和京港澳高速河北沿线服务区布局加氢站，支持制氢、加氢一体化建设，鼓励加氢站与加油站、加气站和充电站多站合一布局，允许现有加油(气、电)站扩建成加氢、加油(气、电)合建站，积极开展气态70MPa 压力等级和液氢加氢站示范运营。

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第01期

      为保障燃料电池公交正常运营以及满足冬奥会氢能出行需求，《张家口氢能保障供应体系-期工程建设实施方案》明确提出，为满足冬奥会期间燃料电池汽车示范运营需求，计划在2021年底前建设16座加氢站(固定14座，70MPa撬装站2座)。目前已投运的创坝加氢站于2018年7月正式运行，采用三套撬装式35MPa增压加氢设备，是全国日加氢量最大的加氢站，占地10亩，设计加注能力为500kg/天，于2017年建成投用，为张家口市174辆燃料电池公交车和5辆燃料电池物流车加氢。截至2019年底，该站累计加氢530吨，日均890kg，日加氢量最高达1.9吨，日均加氢车辆数为165辆。另外，年产能1亿标准立方氢气的张家口海珀尔制氢、加氢项目二期正在进行前期准备工作，建成后每天可以为1500辆氢燃料电池客车提供氢燃料，满足2022年冬奥会对氢燃料的需求。

来源单位：张家口氢能专班            投稿人：李铁儒

    张家口制氢领域实现技术新突破“绿电”制“绿氢 + 绿氧”实现零碳排放。

      今年2月，海珀尔新能源科技有限公司利用我市丰富的“绿电”资源制氢，制氢全程无碳排放，实现“绿电”制造“绿氢”，为即将举办的冬奥会提供清洁的交通能源。近日，该公司在制氢过程中试验性将排空的电解水副产氧制成液态工业氧回收利用，全程无碳排放，实现了副产“绿氧”，拓展了“绿氢”的应用场景。

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第01期

      对于电解水制氢产生的氧气，一般企业采用直接排入空气中的方法处理，也有企业充装入钢瓶用于工业氧销售，当副产氧气量较大时，采取液化氧气方法便于储存和运输。一般工业氧的制取液化过程有碳排放， “绿氧”的生产过程清洁环保，符合碳达峰、 碳中和的脱碳发展理念。“绿氧”的销售是行业发展趋势，可间接降低 “绿氢”的制取成本。

      桥东区作为全市氢能及可再生能源产业发展规划的重点，出台了奖励奖补等15条措施支持氢能企业发展，延伸制氢、 加氢、 氢能装备制造等多个产业链条，推进“绿氢”制造二期、氢燃料电池发动机生产二期、壳牌绿色氢能一体化示范基地、718研究所制氢设备生产等一批项目，争创全国氢能发展示范区。

      围绕“制取、储运、加注、应用”4个环节补链强链，“氢能驱动未来”，在张家口市城区，一辆辆氢燃料公交车来回穿梭， 车身上氢能的宣传引人注目。“吃”的是氢，“排”的是水———氢燃料汽车被公认的优势是有排放、无污染。截至目前， 张家口市已先后投运氢燃料公交车近200辆，在我省率先迈入氢能源公交时代，也成为全国氢燃料电池公交车运营数量最多的城市。致力于打造国内领先氢能城市， 张家口市不仅仅在公交领域推广氢燃料， 还聚焦氢能全产业链， 将发展氢能产业作为打造国家可再生能源示范区的重要抓手，高水平规划、高标准建设、高效率推进，通过建立清洁、低碳、安全、高效的能源体系，不断提升氢能创新能力， 加快引导氢能源重大科技项目和科技成果在张家口转移转化， 为可再生能源发展和新能源体制改革探索新路径。

氢能产业发展初具规模

      亿华通燃料电池项目一期建成投产，二期开工建设；海珀尔制氢、沽源县风电制氢综合利用示范项目初步建成……随着一批氢能产业项目的建设，张家口市氢能产业的发展已初具规模。

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第01期

      全产业链布局。该市围绕“制取、储运、加注、应用”4个环节补链强链，加快建设氢能产业研发、生产、示范中心，努力打造国内一流的氢能产业集群和装备制造基地。目前，以望山示范园区氢能装备研发制造园、空港经济开发区氢燃料电池研发制造基地、南山园区氢燃料电池汽车整车生产基地等为支点，氢能产业生态园区基本成形。

       一批氢能产业项目签约落地。该市依托桥东区氢装备产业园制造基地、宣化区氢燃料大巴物流车制造基地， 加快氢能产业布局发展，目前，北汽福田欧辉氢能大巴生产项目设备已调试完成具备生产能力，崇礼区新天风能风电制氢以及中油金鸿、国能投等加氢制氢项目正在加快建设。此外，该市先后

与赛克赛斯、聚通科技等国内知名企业，以及世界500强的美国空气化工产品(中国)投资有限公司、英国壳牌（中国） 有限公司等国外知名企业签订了合作框架协议，与中节能、中氢储能等14个企业达成合作意向。

       加速建设基础设施。目前，该市已建成投运加氢站1座，正在选址建设两座，其他均在积极布局推进中。按照相关规划，到2020年、2025年、2030年将分别建成加氢站14座、58座、102座。

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主 编： 王国清  齐树平   副主编：杨虎山  康斌