Установка для электролиза. Электролизные установки: технологии, применение и перспективы развития в водородной энергетике

Что такое электролизные установки и как они работают. Какие виды электролизеров существуют. Где применяются установки для электролиза. Каковы преимущества и недостатки электролизных технологий. Какие перспективы развития имеет электролиз в водородной энергетике.

Принцип работы и устройство электролизных установок

Электролизные установки представляют собой оборудование для разложения воды на водород и кислород под действием электрического тока. Основными компонентами таких систем являются:

• Электролизер — ячейка, в которой непосредственно происходит процесс электролиза
• Источник питания постоянного тока
• Система подготовки и подачи воды
• Система сбора и очистки газообразных продуктов
• Система охлаждения
• Система управления и контроля

Как происходит процесс электролиза? При пропускании постоянного электрического тока через воду на электродах происходят следующие реакции:

• На катоде: 4H₂O + 4e^— → 2H ₂ + 4OH^—
• На аноде: 4OH^— → O₂ + 2H₂O + 4e^—

В результате на катоде выделяется газообразный водород, а на аноде — кислород. Эффективность процесса зависит от многих факторов, включая материал электродов, состав электролита, напряжение, температуру и давление.

Основные виды электролизеров

Существует несколько основных типов электролизеров, различающихся по конструкции и принципу работы:

Щелочные электролизеры

Это наиболее распространенный и отработанный тип. В качестве электролита используется водный раствор щелочи (обычно KOH). Преимущества — низкая стоимость, высокая надежность. Недостатки — относительно низкая плотность тока и эффективность.

Электролизеры с твердополимерным электролитом (PEM)

Используют ионообменную мембрану в качестве электролита. Отличаются компактностью, высокой плотностью тока, быстрым запуском. Недостаток — высокая стоимость из-за применения драгоценных металлов в катализаторах.

Высокотемпературные электролизеры

Работают при температурах 700-1000°C, что повышает эффективность процесса. Используют керамические материалы в качестве электролита. Находятся в стадии разработки и пока не получили широкого применения.

Области применения электролизных установок

Электролизеры находят применение во многих отраслях промышленности и энергетики:

• Производство водорода для нужд химической промышленности
• Получение высокочистого водорода для полупроводниковой промышленности
• Производство кислорода для медицинских целей
• Водородная энергетика и транспорт
• Системы хранения энергии на основе водорода
• Металлургия (получение некоторых металлов)
• Очистка и обеззараживание воды

Особенно перспективным является использование электролиза для производства «зеленого» водорода с помощью возобновляемых источников энергии. Это позволяет накапливать избыточную энергию ветра и солнца в виде экологически чистого топлива.

Преимущества и недостатки электролизных технологий

Электролиз имеет ряд важных достоинств как метод получения водорода:

• Высокая чистота получаемого водорода (до 99.999%)
• Возможность использования различных источников энергии, включая ВИЭ
• Отсутствие вредных выбросов при производстве
• Масштабируемость технологии от малых до крупных установок
• Возможность быстрого запуска и остановки (для PEM электролизеров)

К недостаткам можно отнести:

• Высокие капитальные затраты на оборудование
• Большой расход электроэнергии
• Необходимость использования деминерализованной воды
• Ограниченный ресурс работы электродов и мембран

Тем не менее, по мере развития технологий эффективность электролиза растет, а стоимость снижается, что делает его все более конкурентоспособным методом производства водорода.

Крупнейшие проекты по внедрению электролизных установок

В последние годы в мире реализуется все больше масштабных проектов по строительству электролизных производств. Некоторые из наиболее значимых:

• Проект HySynergy в Дании мощностью 20 МВт (с планами расширения до 1 ГВт)
• Завод Shell Refhyne в Германии мощностью 10 МВт
• Проект Asian Renewable Energy Hub в Австралии с планируемой мощностью 26 ГВт
• Проект NortH2 в Нидерландах мощностью до 10 ГВт

Какие факторы способствуют реализации таких проектов? Среди ключевых драйверов можно выделить:

• Государственная поддержка и субсидии
• Снижение стоимости возобновляемой энергии
• Ужесточение экологических требований
• Развитие технологий электролиза
• Рост спроса на «зеленый» водород

Реализация подобных проектов позволяет накапливать опыт эксплуатации крупных электролизных установок и способствует дальнейшему развитию технологий.

Перспективы развития электролизных технологий

Электролиз рассматривается как ключевая технология для развития водородной энергетики. Каковы основные направления совершенствования электролизеров?

• Повышение эффективности преобразования энергии (КПД до 80-85%)
• Увеличение срока службы и надежности компонентов
• Снижение стоимости производства оборудования
• Разработка новых электродных и мембранных материалов
• Создание высокотемпературных электролизеров промышленного масштаба
• Интеграция с системами возобновляемой энергетики

По прогнозам экспертов, к 2030 году мощности по производству «зеленого» водорода могут достичь 290-680 ГВт. Это потребует значительного увеличения производства электролизеров и снижения их стоимости.

Экономические аспекты производства водорода методом электролиза

Стоимость водорода, получаемого электролизом, зависит от многих факторов. Какие из них оказывают наибольшее влияние?

• Стоимость электроэнергии (составляет 60-70% в себестоимости)
• Капитальные затраты на оборудование
• Коэффициент использования установленной мощности
• Масштаб производства

В настоящее время себестоимость «зеленого» водорода составляет 3-6 $/кг, что выше стоимости водорода из ископаемого топлива (1-2 $/кг). Однако по мере снижения стоимости возобновляемой энергии и развития технологий электролиза ожидается, что к 2030 году цена может снизиться до 1.5-3 $/кг, что сделает его конкурентоспособным.

Какие меры могут способствовать повышению экономической эффективности электролизного производства водорода?

• Использование избыточной энергии ВИЭ в периоды низкого спроса
• Оптимизация режимов работы электролизеров
• Утилизация выделяемого тепла и кислорода
• Масштабирование производства
• Государственная поддержка и создание инфраструктуры

Реализация этих мер позволит сделать производство «зеленого» водорода экономически оправданным и ускорить развитие водородной энергетики.

Установки прямого электролиза — ООО НПП «Экофес»

Установки прямого электролиза позволяют получать дезинфицирующий реагент – гипохлорит натрия непосредственно из самой воды (из присутствующих в воде хлоридов), не внося в очищаемую воду каких-либо окислителей извне. Для обеззараживания артезианской или поверхностной воды методом прямого электролиза достаточны только электролизер и блок питания. То есть исключаются доставка хлорсодержащих или иных реагентов и организация их дозирования в подаваемую воду.

Установки «Хлорэфс-УГПЭ» удобны к применению на финишном этапе очистки (обеззараживании) воды и особенно в схеме: артезианская скважина – прямой электролиз в аппарате УГПЭ – водонапорная башня – разводящая сеть. В сравнении с другими методами и системами обеззараживания воды значительно более экономичны в небольших городах и сельских поселениях, оздоровительных комплексах, лечебно-профилактических учреждениях, санаториях, домах отдыха, войсковых частях, плавательных бассейнах, аквапарках и т.

п.

Установки прямого электролиза комплектуются системой автоматического контроля следующих параметров:
— сила тока;
— напряжение;
— температура;
— наличие протока обрабатываемой воды;
— общая продолжительность электролиза.

Экспликация оборудования электролизной установки «Хлорэфс-УГПЭ»

№ п/п	Наименование	Кол-во шт.
1.	Кислотный контур (емкость 100 л. насос Flux315)	1
2.	Электролизер проточный	1
3.	Блок питания инвенторный	1
4.	Блок управления*	1
5.	Реле протока, датчик температуры	1
6.	Комплект трубопроводной обвязки и арматуры	1
7.	Комплект кабельной продукции и кабеленесущих систем	1
8.	Рама под электролизер и блок питания	1

*Примечание: Блок управления входит в комплект поставки для установок, работающих в автоматическом режиме.

Основные технические характеристики установок «ХЛОРЭФС-УГПЭ»

Наименование параметра	Модель
	УГПЭ-300	УГПЭ-600	УГПЭ-1200	УГПЭ-2400
Режим работы	непрерыв.	непрерыв.	непрерыв.	непрерыв.
Номинальная производи- тельность по активному хлору, г/сут	250-300	550-600	1150-1200	2350-2400
Параметры воды на входе:
-температура, оС	10-25	10-25	10-25	10-25
-содержание хлоридов, мг/л, не менее	20	20	20	20
Выпрямительный агрегат:
-напряжение питания, В	+10%	+10%	+10%	220+10%
-частота, Гц	50+1	50+1	50+1	50+1
-ток рабочий, А	20	40	80	160
-напряжение рабочее на электролизере, В	от 12	от 24	от 32	от 32
-потребляемая мощность, кВт	до 0,3	до 1,0	до 2,5	до 5,0

Установки прямого электролиза воды г.

Краснодар

Установки прямого электролиза воды представляет собой модульную систему для обеззараживания питьевых и сточных вод, а также окисления примесей воды в системах водоподготовки. Установки прямого электролиза воды работают только в проточном режиме.

Электролизная установка состоит из двух основных элементов:

Электролизёр содержит титановые пластины (электроды) с покрытием из оксидов благородных металлов. В электролизёре из присутствующих в воде хлоридов производится активный хлор, а также при электролизе воды образуются другие окислители (кислород, озон, радикалы).

Производство активного хлора и других окислителей электролизом воды обеспечивает более эффективное обеззараживание и окисление примесей, чем дозирование в воду хлор-газа или гипохлорита натрия.

Блок питания и автоматики снабжен защитными устройствами и микропроцессором контроля работы электролизёра, включая функцию автоматической очистки электродов для предотвращения отложений накипи на электродах.

Артикул производителя	Прозиводительность по акт.хл.г./ч	Напряжение питающей сети, В	Удельное потребление эл.энергии, КВт*ч	Ресурс электродов	Возможность подключения внешнего управления
ЭУ-ПП1Н21.10	10	380/220	0,6	до 9000	Сигнал 4-20 mA
ЭУ-ПП1Н22.10	10	380/220	0,6	до 9000	Сигнал 4-20 mA
ЭУ-ПП1Н21.25	25	380/220	1,5	до 9000	Сигнал 4-20 mA
ЭУ-ПП1Н22.25	25	380/220	1,5	до 9000	Сигнал 4-20 mA
ЭУ-ПП1Н21. 50	50	380	3	до 9000	Сигнал 4-20 mA
ЭУ-ПП1Н22.50	50	380	3	до 9000	Сигнал 4-20 mA
ЭУ-ПП1Н21.100	100	380	6	до 9000	Сигнал 4-20 mA
ЭУ-ПП1Н22.100	100	380	6	до 9000	Сигнал 4-20 mA
ЭУ-ПП1Н21.250	250	380	15	до 9000	Сигнал 4-20 mA
ЭУ-ПП1Н22.250	250	380	15	до 9000	Сигнал 4-20 mA
ЭУ-ПП1Н21.500	500	380	30	до 9000	Сигнал 4-20 mA
ЭУ-ПП1Н22. 500	500	380	30	до 9000	Сигнал 4-20 mA
ЭУ-ПП1Н21.1000	1000	380	60	до 9000	Сигнал 4-20 mA
ЭУ-ПП1Н22.1000	1000	380	60	до 9000	Сигнал 4-20 mA

Для применения установки прямого электролиза воды на конкретном объекте следует уточнить её производительность с учётом содержания в воде окисляемых примесей (железо, марганец, сероводород и т.п.), хлоридов и сульфатов, а также необходимую дозу хлора для обеззараживания. После этого определяется необходимое количество установок исходя из производительности объекта.

Следует иметь в виду, что общая производительность установок должна соответствовать максимальному расчётному расходу проходящей через них воды с учётом режима работы системы водоочистки.

Производительность установки при заданной токовой нагрузке зависит от содержания в обрабатываемой воде окисляемых примесей (железо, марганец, сероводород и т.п.), хлоридов и сульфатов, а также от необходимой дозы хлора для обеззараживания.

Установка работает следующим образом. Обрабатываемую воду подают в электролизёр. Включают блок электропитания, и на электролизёр подается постоянный ток. Силу тока подбирают таким образом, чтобы величина остаточного хлора в обработанной воде соответствовала требованиям СанПиН.

«Шелл» открывает немецкий водородный электролизер мощностью 10 МВт для увеличения производства «зеленого» топлива 2 июля 2021 г. REUTERS/Thilo Schmuelgen/File Photo

ФРАНКФУРТ, 2 июля (Рейтер) — Royal Dutch Shell (RDSa.L) в пятницу запустила крупнейший в Европе завод по производству водородного электролиза на площадке своего нефтеперерабатывающего завода в Рейнланде в Весселинге после двухлетнего простоя. строительство, поскольку оно расширяется в сторону альтернативных источников энергии.

Завод Refhyne мощностью 10 мегаватт (МВт) будет производить экологически чистое топливо в рамках консорциума, финансируемого Европейским союзом, который уже нацелился на установку мощностью 100 МВт на площадке недалеко от Кельна.

Refhyne II может начать работу в 2024 году, заявил Марко Рихрат, директор Shell Energy and Chemicals Park Rheinland на церемонии запуска меньшего объекта.

Водород считается «зеленым», если он производится из возобновляемой энергии ветра или солнечного света путем электролиза, но «серый» водород из ископаемого топлива в настоящее время является сырьем во многих стандартных промышленных процессах. читать дальше

Зеленый водород может играть роль в энергетике, мобильности, теплоснабжении и в отраслях, где трудно избавиться от углерода.

Shell также стремится производить устойчивое авиационное топливо из возобновляемой электроэнергии и биомассы в Весселинге, а также разрабатывает завод по производству сжиженного возобновляемого природного газа (био-СПГ).

Это находится под повышенным давлением после того, как голландский суд постановил, что он должен резко углубить запланированные сокращения выбросов парниковых газов. читать далее

Электролизер Refhyne с полимерно-электролитной мембраной (PEM) будет производить до 1300 тонн зеленого водорода в год. Завод стоил около 20 миллионов евро (23,72 миллиона долларов), половина из которых поступила из фондов ЕС.

В консорциум также входят производитель электролизеров ITM Power (ITM.L), исследовательская организация SINTEF и консультанты Sphera и Element Energy.

«Этот завод помогает наметить путь к климатической нейтральности, сохраняя при этом экономические инновации в нашем регионе», — сказал премьер-министр земли Северный Рейн-Вестфалия Армин Лашет.

Фабиан Циглер, генеральный директор Shell в Германии, отметил, что зеленый водород по-прежнему в пять раз дороже ископаемого водорода, но сказал, что эта цена может быть снижена наполовину за счет масштаба и эффективных цепочек поставок, а остальная часть должна быть компенсирована за счет политических вмешательств вокруг поддержка возобновляемых источников энергии и цены на углерод.

Рихрат сказал, что Shell работала с такими партнерами, как Daimler (DAIGn.DE), Uniper (UN01.DE), Remondis (VIE.PA), Thyssenkrupp (TKAG.DE), DHL (DPWGn.DE) и Rheinenergie в таких областях, как водород. трубопроводы и заправочные станции, биотопливо и переработка.

(1 доллар = 0,8431 евро)

Отчет Веры Эккерт, редактирование Кирстен Донован

Наши стандарты: Принципы доверия Thomson Reuters.

Крупнейший электролизный завод в Европе, строящийся на базе Danfoss Drives

Среда, 20 октября 2021 г.

Обзор этапов I и II проекта HySynergy

Во второй половине 2022 года Everfuel запустит полное производство зеленого водорода на этапе I флагманского проекта HySynergy во Фредерисии, Дания. Согласно соглашению, подписанному 8 октября 2021 года, система преобразования энергии мощностью 20 МВт, приводящая в действие технологию водородного электролиза, будет поставлена ​​компанией Danfoss Drives. выбросов в секторе наземного транспорта Дании на целых 0,6%. HySynergy — крупнейший строящийся завод по производству водорода в Европе — является пионером в области производства водорода в промышленных масштабах.

Danfoss Drives поставит жизненно важные преобразователи переменного тока в постоянный для электролизера. Два 20-футовых контейнера, оснащенные сетевыми преобразователями с жидкостным охлаждением, имеют по две мощности по 5 МВт каждый.

Everfuel выбрала систему Danfoss из-за энергоэффективности более 98 % и конкурентоспособных решений всех технических проблем:

• Превосходный след гармоник и единичный коэффициент мощности для упрощения подключения к сети без дополнительных фильтров и компенсационных устройств.
• Технология жидкостного охлаждения, позволяющая рекуперировать потери тепла для централизованного теплоснабжения.
• Контейнеры обладают высокой устойчивостью к атмосферным воздействиям, что означает отсутствие необходимости в строительстве, а простое укрытие обеспечивает достаточную защиту от непогоды. Меньшее количество системных элементов и меньшая инфраструктура значительно сокращают топологию и требования к обслуживанию, чтобы сэкономить как капитальные, так и операционные затраты для более быстрого возврата инвестиций.

Второй этап HySynergy планируется ввести в эксплуатацию в 2025 году с дополнительной мощностью 280 МВт, в результате чего общая мощность составит 300 МВт. Фаза III запланирована на 2030 год мощностью 1 ГВт. Решение Danfoss спроектировано так, чтобы его можно было легко масштабировать для таких обновлений.

Проект HySynergy будет преобразовывать возобновляемую электроэнергию для собственных водородных заправочных станций Everfuel в водород для соседнего нефтеперерабатывающего завода Crossbridge Energy, а также поставлять избыточное тепло в местную систему централизованного теплоснабжения. Проект идеально расположен для подачи водорода для трубопровода, который в будущем планируется соединить европейские страны.

Провозглашенная следующим приключением датского ветроэнергетики, технология power-to-X открывает новые возможности для отделения потребления электроэнергии от производства и обезуглероживания транспорта. Потенциал зеленого водорода тесно связан с государственной политикой. В Дании поддержание роста использования зеленого водорода напрямую зависит от темпов роста общественной инфраструктуры. ЕС принял решение увеличить мощности зеленого водорода до 6 ГВт к 2025 году и установить мощности не менее 40 ГВт к 2030 году9.0005

Для получения дополнительной информации , пожалуйста, свяжитесь с Хельге Вандель Йенсен, старшим менеджером по развитию бизнеса, по электронной почте [email protected].

Узнать больше
Чтобы узнать больше о экологически чистых водородных решениях и решениях Power-to-X от Danfoss, посетите веб-сайт Danfoss.

Чтобы узнать больше о HySynergy, посетите веб-сайт Everfuel.

О Everfuel | www.everfuel.com
Everfuel производит экологически чистый водород для мобильности с нулевым уровнем выбросов, коммерчески доступный по всей Европе, предлагая конкурентоспособные комплексные решения по поставке и заправке водородом.