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截至11月15日，中國(guó)華能集團(tuán)有限公司牽頭研制的首套1300標(biāo)準(zhǔn)立方米/時(shí)堿性電解水制氫系統(tǒng)在華能四川彭州制氫站已投運(yùn)一周，電流密度、產(chǎn)氫量等指標(biāo)達(dá)到額定值，實(shí)現(xiàn)20%~100%的變載。這一突破標(biāo)志著國(guó)際上商業(yè)示范的單體產(chǎn)氫量最大的堿性電解槽成功投運(yùn)，對(duì)推動(dòng)我國(guó)綠氫產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展具有重要意義。
據(jù)了解，該制氫系統(tǒng)由華能四川公司與華能清能院合作研制。其核心設(shè)備1300標(biāo)準(zhǔn)立方米/時(shí)高電流密度壓力型堿水電解槽，采用了華能自主開發(fā)的新型析氫、析氧電催化劑，并且對(duì)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了較高的電、熱、質(zhì)均一性，從而能夠達(dá)到5000安培/平方米的高電流密度運(yùn)行，同時(shí)維持較低的電化學(xué)過電位，整體能耗比較低。“這相當(dāng)于電解槽的體積比傳統(tǒng)的1000標(biāo)準(zhǔn)立方米/時(shí)電解槽縮小約20%，設(shè)備單位投資節(jié)省25%左右，但產(chǎn)氫量提升30%，既節(jié)省了原料又提高了效率。”華能清能院氫能部主任王金意介紹說。
技術(shù)的創(chuàng)新絕非一日之功。在系統(tǒng)研發(fā)的整個(gè)過程中，研究人員孜孜不倦，逐個(gè)突破難題。在實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段，研究團(tuán)隊(duì)通過調(diào)控催化劑微觀形貌和組分，完成了鎳基合金析氫、析氧電極配方的開發(fā)，通過電極表面堿液微通道傳輸促進(jìn)了電極反應(yīng)，提升了其催化活性;在電極制備階段，以高活性鎳基合金配方為基礎(chǔ)，開發(fā)了基于等離子噴涂—去合金工藝的多孔電極制備技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化與大面積制備。特別是在電極板流場(chǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，研究人員創(chuàng)新性地提出了定量評(píng)價(jià)電解小室內(nèi)流場(chǎng)均一性的多尺度設(shè)計(jì)參量，建立了商業(yè)尺寸電極板流場(chǎng)構(gòu)造設(shè)計(jì)策略，設(shè)計(jì)出多相流各向高效均勻分布的新型立體波紋網(wǎng)電極板結(jié)構(gòu)，流動(dòng)均一性相較傳統(tǒng)乳凸結(jié)構(gòu)提高15%以上，顯著提升了電解槽性能。
“我們嘗試突破傳統(tǒng)技術(shù)方式走高電流密度電極技術(shù)路線，當(dāng)時(shí)也遭受了很多質(zhì)疑，大家對(duì)方案的經(jīng)濟(jì)性和安全性不太放心。”在談及研發(fā)過程中的技術(shù)突破時(shí)，王金意回憶道，“針對(duì)這些問題，研究團(tuán)隊(duì)反復(fù)測(cè)試，為了優(yōu)化合金配比和工藝，完成了近百個(gè)組合的篩選。最終，我們通過多次小試、樣機(jī)測(cè)試比較，確定了1300標(biāo)準(zhǔn)立方米/時(shí)的電解水制氫部件方案。”
據(jù)悉，該項(xiàng)目于2021年3月立項(xiàng)，2023年2月開工，5月電解系統(tǒng)出廠驗(yàn)收，8月完成現(xiàn)場(chǎng)安裝，10月完成配套工程驗(yàn)收，開始投料試車。
未來，華能將進(jìn)一步開拓與新型能源基地結(jié)合的氫能全產(chǎn)業(yè)鏈，依托集團(tuán)強(qiáng)大的新能源電力資源，尋找適宜的氫能發(fā)展模式和應(yīng)用場(chǎng)景，打通制—儲(chǔ)—用全鏈條，為中國(guó)的綠氫發(fā)展和“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)作出貢獻(xiàn)。
