可再生能源制氢设备有哪些

1、蒸汽甲烷重整

蒸汽甲烷重整(SMR)是一种从主要是甲烷的天然气中生产氢气的方法。它是目前最便宜的工业氢气来源。世界上近50%的氢气是通过这种方法生产的。该过程包括在蒸汽和镍催化剂存在下将气体加热到700–1100°C之间。

产生的吸热反应分解甲烷分子并形成一氧化碳CO和氢气H2。然后一氧化碳气体可以与蒸汽一起通过氧化铁或其他氧化物并进行水煤气变换反应以获得更多量的H2.这个过程的缺点是它的副产品是CO2、CO和其他温室气体的主要大气释放。

根据原料（天然气、富气、石脑油等）的质量，生产一吨氢气还会产生9至12吨CO2，这是一种可能被捕获的温室气体。

根据原料（天然气、富气、石脑油等）的质量，生产一吨氢气还会产生9至12吨CO2，这是一种可能被捕获的温室气体。

2、甲烷热解

说明甲烷热解的输入和输出，这是一种生产氢气且无温室气体的高效一步法

甲烷的热解是从天然气中生产氢气的过程。通过流过“气泡塔”中的熔融金属催化剂，氢气分离在一个步骤中进行。这是一种“无温室气体”方法，用于测量潜在的低成本氢气生产，以衡量其扩大规模和大规模运营的能力。 该过程在更高的温度（1065°C或1950°F）下进行。

3、电解

电解包括使用电将水分解成氢气和氧气。水的电解效率为70-80%（转化损失为20-30%） ，而天然气的蒸汽重整的热效率在70-85%之间。 电解的电效率预计将在2030年之前达到82-86% ，同时随着该领域的进展继续加快，同时也保持耐用性。

水电解可以在50–80°C之间运行，而蒸汽甲烷重整需要700–1100°C之间的温度。 两种方法的区别在于使用的一次能源；电力（用于电解）或天然气（用于蒸汽甲烷重整）。

环境影响

截至2020年，大部分氢气由化石燃料生产，导致二氧化碳排放。当排放物释放到大气中时，这通常被称为灰氢，当通过碳捕获和储存(CCS)捕获排放物时，这通常被称为蓝氢。

假设美国上游和中游的甲烷泄漏率和生产通过蒸汽甲烷重整器(SMR)改装了二氧化碳捕获装置。使用具有二氧化碳捕获功能的自热重整器(ATR)可以在令人满意的能源效率下实现更高的捕获率，并且生命周期评估表明，与具有二氧化碳捕获功能的SMR相比，此类工厂的温室气体排放量更低。

经评估，在欧洲应用ATR技术与二氧化碳的综合捕获相比，其温室气体排放量低于燃烧天然气，例如，H21项目报告称，由于二氧化碳强度降低了68%，因此温室气体排放量减少了68%。天然气与更适合捕获二氧化碳的反应器类型相结合。

使用较新的无污染技术甲烷热解生产的氢气通常被称为绿松石氢气。高质量的氢气直接由天然气生产，相关的无污染固体碳不会释放到大气中，然后可以出售用于工业用途或储存在垃圾填埋场。

由可再生能源生产的氢气通常被称为绿色氢气。有两种从可再生能源生产氢气的实用方法。一种是电制气，其中电力用于电解水制氢，另一种是利用垃圾填埋气在蒸汽重整器中制氢。当由风能或太阳能等可再生能源生产时，氢燃料是一种可再生燃料。

通过电解由核能产生的氢有时被视为绿色氢的一个子集，但也可以称为粉红色氢。奥斯卡港核电站于2022年1月达成协议，以每天公斤的数量级供应商业粉红色氢气。

升辉科技参股设立了电解水制氢装备公司广东盛氢制氢设备有限公司，生产大规模碱性电解水制氢设备，目前已成功下线100标方的碱性电解水制氢设备，预计将于第四季度推出1000标方的制氢设备。

明阳智慧能源集团股份公司碱性水电解制氢装备于10月13日在广东成功下线。明阳也成为继隆基、阳光电源等之后又一家进入电解水制氢设备的新能源设备公司，同时也是目前国内比较早切入制氢设备的风机企业。

制氢成本将成为产业发展关键。协鑫集团创始人、董事长朱共山此前预计，到2025年，中国六成地区的光伏度电成本在0.13元左右，风电度电成本将控制在0.15元左右，可再生能源制氢成本将很快降至每立方米1元。

化石能源制氢技术比较成熟，可以满足规模用氢需求；制氢技术正向可再生能源制氢转变。

一、工业制氢技术主要有以煤、天然气、石油等为原料的催化重整制氢，氯碱、钢铁、焦化等工业副产物制氢，生物质气化或垃圾填埋气生物制氢，采用网电或未来直接利用可再生能源电力电解水制氢；处于实验室阶段但潜力大的有光催化分解水、高温热化学裂解水和微生物催化等先进制氢技术。

二、氢气发生器电解槽 电解槽类型一般有：碱性电解槽、基于离子交换技术的聚合物薄膜电解槽和固体氧化物电解槽。

1、实验室中使用的碱性电解槽制氢和聚合物薄膜电解槽制氢。

2、碱性电解槽是最常用、技术最成熟、也最经济的电解槽，并且易于操作，在目前广泛使用，但缺点是其效率最低。

3、碱性电解槽制氢的特点是：氢氧根离子（OH-）在阴、阳极之间的电场力作用下穿过多孔的横隔膜。

4、碱液电解制氢工作原理是传统隔膜碱液电解法。电解槽内的导电介质为氢氧化钾水溶液，两极室的分隔物为航天电解设备用优质隔膜，与端板合为一体的耐蚀、传质良好的格栅电极等组成电解槽。

三、聚合物薄膜电解槽制氢 聚合物薄膜电解槽制氢（PEM），一些地方也称之为固体聚合物电解质（SPE）水电解制氢。该种原理不需电解液，只需纯水，比碱性电解槽安全，电解槽的效率可以达到85％或以上，但由于在电极处使用铂等贵重金属，薄膜材料也是昂贵的材料，故PEM电解槽目前还难以投人大规模的使用。 聚合物薄膜电解槽制氢的特点是：氢离子（H+）在阴、阳极之间的电场力作用下穿过离子交换膜。

四、1、目前氢氧呼吸机的功效主要用于肿瘤等疾病的辅助治疗；

2、氢氧呼吸机的原理与构造主要有两种，传统碱性AEC制氢和质子膜SPE制氢，对应的是吸氢机制氢结果。

近日在上海举行的第三届中国国际进口博览会期间，东芝多位高管对澎湃新闻表示，除了已提出“氢能源 社会 ”愿景的日本本土之外，东芝非常看好氢能在中国的发展前景。

放眼全球，日本是近年来最热衷于发展氢能的国家之一。日本“氢能基本战略”提出，到2030年要确立国内可再生能源制氢技术，构建国际氢能供应链，长期目标是利用碳捕获（CCS）技术实现平价化石燃料的脱碳制氢和可再生能源制氢。对于能源自给率低的日本而言，用零碳排的可再生能源来制取清洁高效、较易储运的氢能，无疑是“后福岛时代”得以兼顾能源安全和碳中和目标的理想选择。

日本能源转型历程

“东芝早在50年前就已经开始做氢能方面的技术研发，进行相关技术储备。我们在40年前推向市场的产品，已经有氢能利用的影子。”负责氢能业务的东芝（中国）有限公司营业总监张童对澎湃新闻表示，早年东芝的制氢路线是烃类醇类重整制氢。但在零碳理念下，该公司内部近十年间全面提升氢能体系，东芝燃料电池体系全部是纯氢燃料电池。

据介绍，东芝的纯氢能燃料电池系统H2Rex已累计在日本国内交付100台以上。这种100kW的模块化单元可根据需求灵活组合，启动时间不到5分钟，高效将管道或气罐中的氢气转化为电能和热能。

东芝的纯氢能燃料电池系统H2Rex累计在日本交付100台以上

典型场景如东芝的新氢能综合应用中心，利用太阳能电解水制备氢气，并直接将其应用在东芝的日本府中工厂的燃料电池物流叉车上。这样，不但燃料电池物流叉车在运转时不排放二氧化碳，而且，因为使用了通过可再生能源制取的氢气作为燃料，从制氢到氢利用的全程实现了零碳排。

当突发灾难时，这套小型分布式能源亦可大显身手，作为一条生命线为300名受灾群众提供一周的电力和热水供应。

纯氢固然样样好，但目前在全球范围内仍受居高不下的成本所困。据澎湃新闻了解，上述在日本落地的东芝纯氢燃料电池系统均为有日本政府政策支持的项目。

张童表示，全球可再生能源快速发展，但风电、光伏始终存在间歇性问题。尤其在中国，风电、光伏装机的迅猛增长对电网调峰要求巨大，弃风、弃电的问题屡见不鲜。若将这部分电力转换成氢能储存起来，在需要时再调取，就是一个最理想的结合。“可再生能源与电解质制氢技术结合起来，制出来的氢完全是绿色的。”

他认为，在该领域，东芝的所长是对电力系统、电子设备、控制系统的深入了解和对氢的长期技术积累，目前正在与多家上游制氢企业探讨合作。在氢能起步阶段，东芝呼吁政府对全行业予以政策支持，鼓励更多企业参与氢能产业链的完善，并尽早明确氢使用的法律法规。在这些前提下，氢能成本才能随着规模化效应快速下降。

氢能成本的下降有赖于一个足够大且高速成长的下游市场。东芝正在推动纯氢能燃料电池系统H2Rex尽早应用于中国市场，使其成本上尽早符合中国市场潜在的需求，并联合中国合作伙伴一起开拓市场。

实际上，东芝对于“终极能源解决方案”的认识，在日本福岛核事故之后出现了彻底的转变。东芝曾是全球核能领域的重要参与者，旗下拥有 历史 战绩辉煌的美国西屋电气公司。但由于2011年福岛核事故后全球核电建设放缓、建造成本陡增、西屋电气申请破产保护等原因，东芝最终选择剥离核电资产。

今年10月，日本首相菅义伟在临时国会上发表施政演说时宣布，日本将争取在2050年实现温室气体净零排放。这标志着作为全球第三大经济体和第五大碳排放国的日本在气候议题上的立场发生巨大转变。目前，日本的温室气体排放中有至少80%来自能源领域。

“二氧化碳零排放并不是最近才有的呼声，很早以前大家就在进行与此相关的探讨。”东芝中国总代表宫崎洋一对澎湃新闻说道，福岛核事故改变了全球的碳减排思路。2011年之前，日本、欧洲都将低碳发电目标寄希望于核能，但福岛事故后由于安全标准升级、核能发电成本陡增，欧洲主要国家纷纷选择弃核。

宫崎洋一称，除了重点业务氢能之外，目前东芝还有其他颇具竞争力的能源业务和碳捕捉技术，可以根据不同地区的特征进行灵活组合。具体而言，在水电领域，东芝的实际供货数量和技术实力处于全球第一梯队，已经向44个国家及地区累计供货2300多台水轮机和1800多台发电机；光伏领域，东芝的工业用光伏发电系统在日本有2700处应用，住宅用光伏发电系统在日本为10万户以上客户使用；地热领域，东芝已向全球提供累计达3.7GW的地热发电设备，以设备容量计处于全球第一。

福岛氢能研究基地（FH2R）

在日本国立的新能源产业技术综合开发机构（NEDO）牵头下，东芝与另外两家日本企业合作的福岛氢能研究基地（FH2R）已于今年2月底建成。

FH2R系统概览

该项目建有全球最大的利用可再生能源的10MW级制氢装置，正在验证清洁低成本的制氢技术。这里产生的氢气不仅用来平衡电力系统，还为固定的氢燃料电池系统、移动的氢燃料车等提供动力。

校对：刘威

2、阳光电源

3、宝丰能源

4、晶科科技

5、大唐集团

6、亿利洁能

7、利用太阳能的制氢系统包括光解制氢、太阳能发电和电解水制氢。太阳能制氢发展近30～40年。太阳能制氢的研究主要集中在以下技术：热化学制氢、光电化学分解、光催化、人工光合作用和生物制氢。

8、在制氢方式中，化石燃料制氢占全球的90%以上。化石燃料制氢主要采用蒸汽转化和变压吸附相结合的方法生产高纯氢气。电能电解水制氢也占一定比例。太阳能制氢发展近30～40年。太阳能制氢的研究主要集中在以下技术：热化学制氢、光电化学分解、光催化、人工光合作用和生物制氢。

拓展资料：

1、早在2018年，隆基就开始关注和布局可再生能源电解制氢。近三年来，隆基与国内外知名科研机构和权威专家进行了深入的研发合作，在电解制氢设备、光伏制氢领域形成了技术积累。 2021年3月末，全资子公司隆基绿能创投与上海朱雀投资共同成立西安隆基氢能科技有限公司，开展氢能产业化布局。

2、逆变龙头太阳能是国内最早开展光伏制氢研究的光伏上市公司之一。公司表示，已成立专门的氢能事业部，并与中科院大连化学物理研究所在先进的PEM电解制氢技术、可再生能源与电解制氢一体化、氢能优化等方面开展深度合作。生产系统等

3、2019年以来，高端煤基新材料龙头企业宝丰能源启动制氢项目。 2020年4月，公司“太阳能电解水制氢、储能及综合应用示范项目”在宁夏宁东基地开工建设。该项目将涉及太阳能电解水制氢、氢储运、加氢站、氢能运输示范应用、与现代煤化工耦合生产高端化工新材料等多个领域。

4、2019年，晶科科技表示：“到2025年，‘光伏+储能’制氢系统技术的巨大进步将具有大规模应用的经济可行性”。为此，公司国内外布局：在国外，公司与空气产品签署2020年战略合作协议，双方在光伏新能源领域开展合作，将“制氢”与“绿色电力”结合起来。 ”；在中国，公司着力推进可再生能源制氢项目的实施。

希望能够给到你帮助。

第二个制约的因素是设备成本，大型水电解制氢设备的成本相对于其他方式也偏高。

第三个因素是设备大型化，目前能制造出来的单台最大为1000立方，应用于能源来说还是太小。设备大型化后可以降低设备制造成本。

其他的因素就是市场应用，水电解在氢气作为能源前只有用于特殊工业应用，没有市场支撑导致技术研发进步缓慢，单体制造成本下降困难。

水电解的优点是，技术成熟，工艺简单，气体纯度高，是目前唯一一种能与可再生能源衔接制氢方式。

1、用碱性电解槽制氢

碱性电解槽主要由电源、电解槽、电解液、阴极、阳极和隔膜组成。电解液为氢氧化钾溶液（KOH），浓度为20%～30%；隔膜主要由石棉构成，主要起分离气体的作用，而两个电极主要由金属合金构成。

它的主要工作原理是：在阴极，水分子被分解成氢离子（H+）和氢氧根离子（OH-）。氢离子得到电子产生氢原子，进而产生氢分子（H2）；离子（OH-）在阳极和阳极之间电场力的作用下穿过多孔隔膜，到达阳极，在那里失去电子生成水分子和氧分子。

电解槽内的导电介质为氢氧化钾水溶液，两极室的隔板为航天电解设备的优质隔膜，与端板一体的耐腐蚀、传质良好的栅电极形成电解槽。对两极施加直流电后，水分子立即在电解槽的两极发生电化学反应，在阳极产生氧气，在阴极产生氢气。反应式如下： 阳极：2OH--2e → H2O+1/2O2↑ 阴极：2H2O +2e →2OH- +H2↑ 总反应式：2H2O → 2 H2↑ +O2↑

2. 高分子薄膜电解槽制氢

聚合物膜电解槽（PEM）制氢，有些地方也称为固体聚合物电解质（SPE），用于水电解制氢。这个原理不需要电解液，只需要纯水，比碱性电解槽更安全。电解槽效率可达85%以上。然而，由于在电极处使用铂和其他贵金属，因此薄膜材料也是昂贵的材料。 PEM电解槽目前难以大规模投入使用。

其主要工作原理是：向膜电极组件供给去离子水，在阳极侧发生氧、氢离子和电子反应；电子通过电路转移到阴极，氢离子以水合（H+XH2O）的形式通过离子交换膜到达阴极；

制氢技术

化石能源制氢技术相对成熟，可满足大规模用氢需求；制氢技术正在转向可再生能源制氢。

工业制氢技术主要包括以煤、天然气、石油等为原料催化重整制氢，氯碱、钢铁、焦化、生物质气化或垃圾填埋气等工业副产品制氢生物制氢，利用电网供电或未来直接利用可再生能源电解水制氢；处于实验室阶段但潜力巨大的有光催化分解水、高温热化学裂解水、微生物催化等先进制氢技术。

催化重整、工业副产品和生物质制氢是目前氢气的主要来源，但存在二氧化碳排放问题。通过电解可再生能源的水产生的氢气可以获得零排放的氢气。电解制氢可分为碱性电解（AEC）、固体聚合物电解（SPE）和固体氧化物电解（SOEC）。

一、宝丰能源（600989.SH）

拟投资10亿布局光伏制氢，计划20年内摆脱煤炭依赖。

启动200MW光伏发电及2万标方/小时电解水制氢储能及综合应用示范项目，并已部分建成投产。该项目采用“新能源发电+电解水制氢直供煤化工”的新模式，实现了新能源对化石能源的替代。

二、先导智能：

先导智能在锂电池、燃料电池和光伏行业多年智能装备制造经验和技术背景，包括给世界一流的电池企业如松下、三星、LG、CATL、BYD等提供领先的智能装备解决方案。2018年，先导智能开始成立了燃料电池事业部，重点发展燃料电池设备业务。

先导智能表示，未来的竞争是全球化的竞争，目前公司在全球范围内已设立了5个分子公司，拥有50多个服务网点，利用全球化的技术、服务全球化的客户，从而获得全球化的支持。

2019年6月24日， 先导智能与欧洲燃料电池研发与生产公司Blue World Technologies签署战略合作协议。作为Blue World Technologies的主要设备供应商，先导智能将帮助Blue World Technologies实现建设年产能5万组燃料电池系统的生产基地项目。

据了解，Blue World Technologies燃料电池生产基地建成后将是欧洲最大的甲醇重整燃料电池工厂。在氢燃料电池逐渐受到关注的背景下，预计该公司将获得更多订单。

三、隆基股份（601012）

与上海朱雀嬴私募投资基金合伙企业（有限合伙）共同出资3亿元，成立西安隆基氢能科技有限公司，与中国化学华陆工程科技有限责任公司签署战略合作框架协议及100MW电解水制氢设备采购合同，与中石化在分布式光伏、光伏+绿氢、化工材料等多领域形成深度的合作。

四、阳光电源（300274）

成立了专门的氢能事业部，并与中国科学院大连化学物理研究所，以大功率PEM电解制氢装备的研究开发为核心，与此同时，在先进PEM电解制氢技术、可再生能源与电解制氢融合、制氢系统优化等方面展开合作，现在公司已签订光伏制氢示范项目。公司建有国内首个光伏离网制氢及氢储能发电实证平台、国内最大的5MW电解水制氢系统测试平台、PEM电解制氢技术联合实验室。且拥有制氢电源、制氢装置及系统应用等多个专项专利，具备大批量生产和交付的能力。