氫云鏈：氫能和燃料電池行業(yè)信息、企業(yè)家交流社區(qū)和項(xiàng)目對(duì)接平臺(tái)。入群審核請(qǐng)加微信：chencjn168，附上名片、公司及主營(yíng)業(yè)務(wù)和需求。

電解水制氫是一種清潔、高效、可持續(xù)的制氫技術(shù)，其制氫工藝簡(jiǎn)單，氫氣純度可達(dá)99.999%，產(chǎn)品純度高。電解水制氫不受電廠周邊有無(wú)可靠、合格外購(gòu)氫氣條件的限制，設(shè)備壽命期內(nèi)制氫成本低，已普遍應(yīng)用于燃煤電廠、燃?xì)怆姀S和核電廠，為這些電廠的氫冷發(fā)電機(jī)持續(xù)提供可靠且滿足發(fā)電機(jī)純度、濕度要求及用量的氫氣。

為了緩解傳統(tǒng)能源短缺和環(huán)境污染問(wèn)題的加劇，國(guó)內(nèi)正在陸續(xù)建設(shè)一批規(guī)?；娘L(fēng)力發(fā)電廠、太陽(yáng)能光伏發(fā)電廠和太陽(yáng)能光熱發(fā)電廠。這些可再生能源發(fā)電廠配套的氫能一體化項(xiàng)目規(guī)模大，氫氣純度要求高，電解水制氫技術(shù)在大規(guī)模制氫中是最具潛力，也是最成熟的技術(shù)之一。

1電解水制氫技術(shù)簡(jiǎn)介

電解水制氫技術(shù)是以除鹽水為原料，借助直流電的作用，將水分解為氫氣和氧氣的電化學(xué)過(guò)程。根據(jù)電解槽種類的不同，電解水制氫主要分為堿性電解水制氫、PEM質(zhì)子交換膜電解水制氫和固體氧化物電解水制氫三種技術(shù)。

由于PEM質(zhì)子交換膜電解槽和固體氧化物電解槽造價(jià)相對(duì)較高，應(yīng)用實(shí)例相對(duì)較少，加上堿性電解水制氫的槽體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于操作、價(jià)格相對(duì)便宜且技術(shù)最成熟，目前在傳統(tǒng)電廠應(yīng)用最多的是堿性電解水制氫。堿性電解水制氫技術(shù)安全可靠、運(yùn)行壽命長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)性能好，也比較適合應(yīng)用于可再生能源發(fā)電廠配套的大規(guī)模氫能項(xiàng)目。

因此，本文中的電解水制氫是指堿性電解水制氫技術(shù)。

2電解水制氫設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)定

由于電解水制氫產(chǎn)生的氫氣屬于甲類可燃?xì)怏w，制氫站的生產(chǎn)火災(zāi)危險(xiǎn)性類別為甲類，制氫站的設(shè)計(jì)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行下列標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的相關(guān)規(guī)定：

1）《氫氣站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50177－2005），該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)氫站的總平面布置、工藝系統(tǒng)、設(shè)備選擇、工藝布置、建筑結(jié)構(gòu)、電氣及儀表控制、防雷接地、給水排水及消防、采暖通風(fēng)、氫氣管道、閥門(mén)等相關(guān)設(shè)計(jì)都作了詳細(xì)的規(guī)定，其中以黑體字標(biāo)志的條文為強(qiáng)制性條文，在設(shè)計(jì)時(shí)必須嚴(yán)格執(zhí)行。

2）《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50058－2014），制氫站內(nèi)有爆炸危險(xiǎn)房間或區(qū)域的等級(jí)定義應(yīng)符合該標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，爆炸危險(xiǎn)等級(jí)區(qū)域的劃分應(yīng)符合《氫氣站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50177－2005）中附錄A的規(guī)定。

3）《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50016－2014），制氫站內(nèi)有爆炸危險(xiǎn)房間應(yīng)執(zhí)行該標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，設(shè)置泄壓設(shè)施。

4）《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50160－2008）中關(guān)于輸送可燃?xì)怏w的壓縮機(jī)設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)定。

5）《氫氣使用安全技術(shù)規(guī)程》（GB4962－2008），該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了氫氣在使用、置換、儲(chǔ)存、壓縮與充（灌）裝、排放過(guò)程以及消防與緊急情況處理、安全防護(hù)方面的安全技術(shù)要求。

6）《發(fā)電廠化學(xué)設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL5068－2014）中關(guān)于制氫站設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)定。

7）《氫冷發(fā)電機(jī)氫氣濕度技術(shù)要求》（DL/T651－2017）中關(guān)于氫氣濕度技術(shù)要求和氫氣干燥器設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)定。

8）《電力建設(shè)施工技術(shù)規(guī)范第6部分：水處理及制氫設(shè)備和系統(tǒng)》（DL5190.6－2012）中關(guān)于制氫設(shè)備的相關(guān)規(guī)定。

9）《電力建設(shè)施工質(zhì)量驗(yàn)收及評(píng)價(jià)規(guī)程第6部分：水處理及制氫設(shè)備和系統(tǒng)》（DL∕T5210.6－2009）中關(guān)于制氫設(shè)備的相關(guān)規(guī)定。

10）《氧氣站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50030－2013）中關(guān)于氧氣設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)定。

3電解水制氫在傳統(tǒng)電廠中的設(shè)計(jì)

本文以某2×660MW機(jī)組燃煤電廠為例，來(lái)闡述其電解水制氫系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

3.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

1）發(fā)電機(jī)充氫容積：120Nｍ3。

2）發(fā)電機(jī)漏氫量：≤16Nｍ3/24h。

3）發(fā)電機(jī)運(yùn)行氫壓：0.5MPa（g）。

4）氫氣供應(yīng)出口壓力：0.8MPa。

5）補(bǔ)氫純度：≥99.9%。

6）補(bǔ)氫濕度：露點(diǎn)溫度≤-50℃。

3.2工藝系統(tǒng)方案

《發(fā)電廠化學(xué)設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL5068－2014）規(guī)定：制氫設(shè)備的總?cè)萘浚税慈繗淅浒l(fā)電機(jī)的正常消耗量以及能在7天時(shí)間積累起最大一臺(tái)氫冷發(fā)電機(jī)的一次啟動(dòng)充氫量之和設(shè)計(jì)。

根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，制氫設(shè)備出力計(jì)算如下：

2臺(tái)發(fā)電機(jī)7天正常氫氣消耗量：16×7×2=224（Nｍ3）。

1臺(tái)發(fā)電機(jī)置換氫氣系統(tǒng)所需氫氣量：120×3=360（Nｍ3）。

1臺(tái)發(fā)電機(jī)充氫至運(yùn)行氫壓所需氫氣量：120×5=600（Nｍ3）。

1臺(tái)發(fā)電機(jī)一次啟動(dòng)的充氫量：360+600=960（Nｍ3）。

2×660MW機(jī)組制氫設(shè)備出力：（224+960）÷7÷24=7.1（Nｍ3/h）。

基于以上計(jì)算結(jié)果，該電廠電解水制氫站主要設(shè)備配置方案：

1）配置1套10Nｍ3/h的電解水制氫裝置及附屬設(shè)備，包括電解槽、氫分離器、氧分離器、氫洗滌器、氫冷卻器、氫氣水分離器、氫排水器、脫氧干燥/純化器、堿液循環(huán)泵、堿液冷卻器、堿液過(guò)濾器等。

2）配置1套電解水制氫輔助設(shè)備，包括堿液箱、除鹽水補(bǔ)水箱、補(bǔ)水泵等。

3）配置1臺(tái)流量為10Nｍ3/h，出口壓力為3.2MPa的氫氣壓縮機(jī)；配置1臺(tái)氫氣緩沖罐。

4）配置4臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)水容積為13.9m3，充氫壓力為3.2MPa的氫氣貯存罐。

5）配置1套氫氣分配盤(pán)，進(jìn)口壓力為3.2MPa，出口壓力為0.8MPa。

6）配置1臺(tái)氣動(dòng)閥門(mén)用壓縮空氣貯存罐。

7）配置1套氮?dú)馄拷M。

8）配置在線分析儀器，包括氫氣檢漏儀、氫氣露點(diǎn)儀、氫中氧分析儀和氧中氫分析儀；配置壓力表、壓力變送器、液位計(jì)和溫度計(jì)等儀表。

9）配置配電柜、整流柜、制氫控制柜和DCS控制柜等電控設(shè)備。

3.3設(shè)備布置

電解水制氫站總占地約33m×37m，周圍設(shè)有不低于2.5m的實(shí)體圍墻，圍墻內(nèi)分為電解水制氫車間和貯存罐區(qū)。電解水制氫車間與貯存罐區(qū)間隔16m，滿足規(guī)范所要求的安全距離。

電解水制氫車間包括電解間、輔助間、壓縮間、配電間和控制間，電解水制氫裝置及附屬設(shè)備、氮?dú)馄拷M布置在電解間，電解水制氫輔助設(shè)備布置在輔助間，氫氣壓縮機(jī)、氫氣緩沖罐和氫氣分配盤(pán)布置在壓縮間，配電柜和整流柜布置在配電間，制氫控制柜和DCS控制柜布置在控制間。

氫氣貯存罐和壓縮空氣貯存罐布置在室外貯存罐區(qū)。

4電解水制氫在氫能項(xiàng)目中的設(shè)計(jì)

本文以某300MW風(fēng)力發(fā)電及太陽(yáng)光伏發(fā)電廠為例，來(lái)闡述其配套氫能一體化項(xiàng)目電解水制氫系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

4.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

1）電解水制氫規(guī)模：30MW。

2）氫氣存儲(chǔ)量：11100Nｍ3。

3）氫氣供應(yīng)出口壓力：20MPa。

4）氫氣純度：≥99.999%。

5）氫氣濕度：露點(diǎn)溫度≤-50℃。

6）氫氣中氧含量：≤5ppm（體積濃度）。

4.2工藝系統(tǒng)方案

根據(jù)以上基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，該風(fēng)電及光伏發(fā)電廠氫能項(xiàng)目電解水制氫站主要設(shè)備配置方案：

1）配置6套1000Nｍ3/h的電解水制氫裝置及附屬設(shè)備，每套包括電解槽、氫分離器、氧分離器、氫洗滌器、氧洗滌器、氫冷卻器、氧冷卻器、氫氣水分離器、氧氣水分離器、氫排水器、氧排水器、脫氧干燥/純化器、堿液循環(huán)泵、堿液冷卻器、堿液過(guò)濾器等。

2）配置3套電解水制氫輔助設(shè)備，每2套制氫裝置共用1套輔助設(shè)備，每套輔助設(shè)備包括堿液箱、除鹽水補(bǔ)水箱、補(bǔ)水泵等。

3）配置7臺(tái)流量為1000Nｍ3/h，出口壓力為20MPa的氫氣壓縮機(jī)，6用1備；配置2臺(tái)氫氣緩沖罐。

4）配置15臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)水容積為37m3，充氫壓力為20MPa的氫氣魚(yú)雷貯存罐，并配置3輛專用魚(yú)雷貯存罐長(zhǎng)管拖車，用于向各加氫站和氫氣用戶運(yùn)輸高壓氫氣。

5）由于風(fēng)電及光伏發(fā)電廠不設(shè)置除鹽水制備系統(tǒng)，其配套的氫能項(xiàng)目需在制氫站內(nèi)設(shè)置除鹽水制備和貯存設(shè)備，向制氫設(shè)備提供電解用原料除鹽水。除鹽水制備系統(tǒng)的水源為市政自來(lái)水，采用全膜法處理工藝。

配置3套出力為4t/h的除鹽水制備裝置，2用1備；并配置1臺(tái)100m3除鹽水箱，滿足制氫設(shè)備連續(xù)運(yùn)行12h除鹽水用量。

6）配置1套氣動(dòng)閥門(mén)用壓縮空氣制備和貯存裝置，包括2臺(tái)空壓機(jī)，1套過(guò)濾凈化裝置和2臺(tái)壓縮空氣貯存罐。

7）配置3套氮?dú)馄拷M，每2套制氫裝置共用1套氮?dú)馄拷M。

8）配置在線分析儀器，包括氫氣檢漏儀、氫氣露點(diǎn)儀、氫中氧分析儀和氧中氫分析儀；配置壓力表、壓力變送器、液位計(jì)和溫度計(jì)等儀表。

9）配置變壓器、整流柜、制氫控制柜和DCS控制柜等電控設(shè)備。

4.3設(shè)備布置

電解水制氫站總占地約129m×103m，周圍設(shè)有不低于2.5m的實(shí)體圍墻，圍墻內(nèi)分為電解水制氫車間和長(zhǎng)管拖車充裝站。電解水制氫車間與長(zhǎng)管拖車充裝站間隔40m，滿足規(guī)范所要求的安全距離。

電解水制氫車間包括電解間、輔助間、壓縮間、氮?dú)馄块g、除鹽水制備間、空壓機(jī)間、變壓器間、整流柜間和控制間，電解水制氫裝置及附屬設(shè)備布置在電解間，電解水制氫輔助設(shè)備布置在輔助間，氫氣壓縮機(jī)和氫氣緩沖罐布置在壓縮間，氮?dú)馄拷M布置在氮?dú)馄块g，除鹽水制備和貯存設(shè)備布置在除鹽水制備間，壓縮空氣制備和貯存裝置布置在空壓機(jī)間，變壓器布置在變壓器間，整流柜布置在整流柜間，制氫控制柜和DCS控制柜布置在控制間。

氫氣魚(yú)雷貯存罐每5罐為1組，按車位順序依次停放在3個(gè)長(zhǎng)管拖車充裝站內(nèi)，長(zhǎng)管拖車充裝站為敞開(kāi)式建筑，上部設(shè)有頂棚。

5結(jié)論

堿性電解水制氫技術(shù)的槽體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于操作、價(jià)格便宜且技術(shù)成熟，已普遍應(yīng)用于燃煤電廠、燃?xì)怆姀S和核電廠的氫冷發(fā)電機(jī)補(bǔ)氫。這些傳統(tǒng)電廠設(shè)置的電解水制氫裝置設(shè)計(jì)出力一般為10Nｍ3/h，配套設(shè)置相應(yīng)貯氫容量的氫氣貯存罐，能為電廠氫冷發(fā)電機(jī)持續(xù)提供可靠且滿足發(fā)電機(jī)純度、濕度要求及用量的氫氣。

堿性電解水制氫技術(shù)安全可靠、運(yùn)行壽命長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)性能好，在大規(guī)模制氫中是最具潛力，也是最成熟的技術(shù)之一，比較適合應(yīng)用于風(fēng)力、太陽(yáng)能光伏、太陽(yáng)能光熱等可再生能源發(fā)電廠配套的氫能一體化項(xiàng)目。這些大規(guī)模氫能項(xiàng)目設(shè)置的電解水制氫裝置設(shè)計(jì)出力一般為1000Nｍ3/h，配套設(shè)置相應(yīng)貯氫容量的氫氣魚(yú)雷貯存罐和專用魚(yú)雷貯存罐長(zhǎng)管拖車，能為各加氫站和氫氣用戶持續(xù)提供可靠且滿足純度、濕度要求及用量的氫氣。

電廠電解水制氫裝置

氫氣貯罐

編輯：陳丹  校對(duì)：楊東川  審核：楊東川

來(lái)源：《南方能源建設(shè)》，中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司，李鵬，氫云鏈整理

注：文內(nèi)信息僅為提供分享交流渠道，不代表本公眾號(hào)觀點(diǎn)

歡迎掃碼加入氫云鏈交流群