Ein winziger Wassertropfen bringt „Beschleunigung“ in die Wasserstoffenergie

Wasserstoffenergie ist eine sekundäre Energiequelle mit reichlich Vorkommen, sie ist umweltfreundlich, kohlenstoffarm und bietet vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Dies ist von großer Bedeutung für die Reduzierung der Treibhausgasemissionen wie Kohlendioxid und das Erreichen der Ziele „CO2-Peak“ und „CO2-Neutralität“. Im zukünftigen nationalen Energiesystem wird Wasserstoffenergie eine wichtige Komponente und ein wichtiger Träger für die Verwirklichung einer grünen und kohlenstoffarmen Transformation am Terminal sein. Die Wasserstoffenergiebranche ist eine strategisch aufstrebende Branche und eine wichtige Entwicklungsrichtung zukünftiger Industrien. Mit dem technologischen Fortschritt und der Förderung der Anwendung wird erwartet, dass die Wasserstoffenergie im Energiebereich eine immer wichtigere Rolle spielt und zu einer nachhaltigen Entwicklung beiträgt.

Die Wasserstoffproduktion durch Wasserelektrolyse ist grün, umweltfreundlich, flexibel in der Produktion und weist eine hohe Reinheit auf, was sie zu einer der idealen grünen Produktionstechnologien macht. Die Technologie zur Wasserstofferzeugung durch Wasserelektrolyse ist eine Technologie, die elektrische Energie nutzt, um Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu zerlegen. Eine Elektrolysezelle besteht aus einem Paar Elektroden, die in einen Elektrolyten eingetaucht sind. In der Mitte befindet sich eine Membran, die das Eindringen von Gas verhindert. Unter Einwirkung von Gleichstrom wird Wasser elektrolysiert, an der Kathode wird Wasserstoff und an der Anode Sauerstoff freigesetzt.

Das Wasserstofferzeugungssystem durch alkalische Wasserelektrolyse besteht im Wesentlichen aus fünf Teilen: Elektrolysezelle, Gas-Flüssigkeits-Trennung, Wasserauffüllung und Alkaliaufbereitung, Gleichstromversorgung und Steuerungssystem. Überlegen Sie je nach den Anforderungen an die Gasreinheit, ob Sie ein Wasserstoffreinigungsgerät konfigurieren möchten. Das Wasserstoffproduktionssystem pumpt die vorbereitete alkalische Lösung durch die Alkalipumpe in das Wasserstoffproduktionssystem und versorgt den Elektrolyseur mit Gleichstrom. Wenn der Elektrolysestrom einen bestimmten Wert erreicht, wird das Wasser im Elektrolyseur in Wasserstoff und Sauerstoff elektrolysiert. Mit Hilfe der Förderhöhe der Umwälzpumpe und des Gaslifts gelangt das Wasser in den Wasserstoffabscheider bzw. Sauerstoffabscheider. Unter der Einwirkung der Schwerkraft werden Wasserstoff und Alkalilösung getrennt und der Elektrolyt fließt zurück zum alkalischen Wasserelektrolyseur. Das Gas gelangt in das Gaskühlsystem. Das gekühlte Gas gelangt in den Gastropfensammler, um die Tröpfchen im Gas weiter zu entfernen. Die Tröpfchen kehren in die alkalische Lösung zurück. Nachdem das Gas auf Reinheit geprüft wurde, wird es entleert oder zur Behandlung gesammelt.

Am 27. September 2023 wurde die stationäre transiente Test- und Erkennungsplattform der 8-MW-Klasse für die Wasserstoffproduktion durch alkalische Wasserelektrolyse offiziell fertiggestellt. Die Testplattform ist so konzipiert, dass sie für die Prozesse von Wasserstoffproduktionssystemen verschiedener Typen alkalischer Elektrolyseure geeignet ist. Es setzt auf innovative Prozessabläufe und umfassende Erkennungs- und Überwachungssysteme. Durch die Prozesssteuerungstechnologie zur Wasserstoffproduktion durch alkalische Wasserelektrolyse, die sich an eine breite Lastregelung anpasst, werden der Back-End-Kreislauf der Gas-Flüssigkeits-Trennung und die Versorgung des Elektrolyseurs mit alkalischer Flüssigkeit entkoppelt, wodurch die Auswirkungen der Betriebsbedingungen der Hilfsmaschinen auf den Leistungstest des Elektrolyseurs reduziert werden. Entwerfen Sie eine Puffervorrichtung für schwankenden Betriebsfluss und führen Sie eine Mehrprozesstrennung und nichtlineare Regulierung von alkalischer Flüssigkeit und Wasserstoff/Sauerstoff unter Druckbedingungen durch. Untersuchung neuer Strategien zur Druckdifferenzkontrolle, Erhöhung der Kontrolldimension von Wasserstoff- und Sauerstoffverunreinigungen und Erweiterung der Mindestbetriebsgrenze des Elektrolyseurs; und beobachten Sie den Zweiphasenströmungszustand der Gas-Flüssigkeits-Trennung in Echtzeit. Die Testplattform ermöglicht eine stabile Steuerung und weitreichende Anpassung des Alkalilösungsflusses, der Eingangstemperatur und der Ausgangsdruckdifferenz der Elektrolysezelle, eine genaue Messung der technischen Indikatoren von Kernkomponenten wie Gleichrichtern, Elektrolysezellen und Gas-Flüssigkeits-Trennung sowie eine Bewertung der stationären und vorübergehenden Leistung des Wasserstoffproduktionssystems durch Wasserelektrolyse.

Vor dem Hintergrund von „Dual Carbon“ boomt die Wasserstoffenergieindustrie meines Landes. Als Spezifikation sehen die technischen Standards dieser Testplattform die Auswahl der Ausrüstung, Typprüfung und Betriebsüberprüfung für groß angelegte Demonstrationsprojekte zur netzgekoppelten oder netzunabhängigen Wasserstoffproduktion vor; und bieten aktuelle Datenunterstützung für die Qualitätsbewertung und Standardformulierung und -überarbeitung von Wasserstoffproduktionssystemen durch Wasserelektrolyse. Die Entwicklung der Wasserstoffenergiebranche soll standardisierter gestaltet werden, die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Wasserstoffenergieausrüstung soll gewährleistet werden und die Entwicklung der Wasserstoffenergietechnologie soll gefördert werden.

Dieser Artikel basiert auf dem Experteninterview „8-MW-Klasse alkalische Wasserelektrolyse-Wasserstoffproduktions-Testplattform für stabile transiente Prozesse“.

Chinesische Vereinigung für Wissenschaft und Technologie, Abteilung für Wissenschaftspopularisierung

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