電解水技術(shù)與光解水、熱化學(xué)制氫的不同特點(diǎn)：電解水技術(shù)成熟、設(shè)備簡(jiǎn)單、無污染，所得氫氣純度高、雜質(zhì)含量少，適用于各種場(chǎng)合，缺點(diǎn)是耗能大、制氫成本高；光解水技術(shù)目前難點(diǎn)是催化劑研制；熱化學(xué)循環(huán)制氫系統(tǒng)更復(fù)雜，但制氫效率較高，結(jié)合可再生能源，利用效率更高。
目前商品化的水電解制氫裝置的操作壓力為 0.8~3Mpa,操作溫度為80~90℃，制氫純度達(dá)到99.7%，制氧純度達(dá)到 99.5%。
水電解制氫的關(guān)鍵是如何降低電解過程中的能耗，提高能源轉(zhuǎn)換效率。電解水制氫一般都以強(qiáng)堿、強(qiáng)酸或含氧鹽溶液作為電解液。目前商用電解槽法，能耗水平約為 4.5~5.5kwh/Nm3H2，能效在 72%~82%之間。折算下來，水電解制氫成本相當(dāng)于 30~40 元/kg，用電解法生產(chǎn)氣態(tài)氫的價(jià)格比汽油約高 65%，如果生產(chǎn)液態(tài)氫，則比汽油高約 260%以上。
中國(guó)電解制氫技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)區(qū)域分布
中國(guó)電解制氫專利申請(qǐng)個(gè)數(shù)
熱化學(xué)循環(huán)水分解制氫可耦合核能、太陽(yáng)能甚至是工業(yè)廢熱進(jìn)行高效制氫，每一步反應(yīng)條件溫和，理論上不會(huì)排放任何污染物；若能在高溫耐腐蝕材料等方面實(shí)現(xiàn)突破，將是最有希望實(shí)現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模應(yīng)用的技術(shù)方式。根據(jù)循環(huán)過程中使用過的不同物質(zhì)，一般將熱化學(xué)循環(huán)水分解制氫分成 4 大類：金屬氧化物體系、金屬鹵化物體系、含硫體系以及電解-熱化學(xué)聯(lián)合的雜化體系。
熱化學(xué)硫碘循環(huán)水分解制氫原理
使用電解水的方法大規(guī)模制氫有兩條主要的降本途徑：1）降低電解過程的能耗；2）充分利用可再生能源，使用棄風(fēng)棄水棄光所產(chǎn)生電能進(jìn)行電解水。
各國(guó)通過研發(fā)新型技術(shù)降低電解過程中的能耗，但是根據(jù)熱力學(xué)原理，電解水制備 1m3氫氣和 0.5m3氧氣的最低電耗為 2.95度電。由此可知，該途徑降低成本的空間有限、技術(shù)復(fù)雜。
日本的新型技術(shù)將能耗降低到 3.8kwh/Nm3H2；美國(guó) GE 公司開發(fā)的固體高分子電解質(zhì)（SPE）水解法，以離子交換膜作為隔膜和電解質(zhì)，使電解過程的能耗大大降低。針對(duì)電解水技術(shù)方面的改進(jìn)主要集中在電解池、聚合物薄膜電解池和固體氧化物電解池等種類，電池能效率由 70%提高到 90%，但考慮到發(fā)電效率，實(shí)際上電解水制氫的能量利用效率不足35%。
各地大工業(yè)谷電價(jià)格
2016年調(diào)整后的燃煤發(fā)電標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)
我國(guó)可再生能源豐富，每年棄水棄風(fēng)的電量都可以用于電解水。我國(guó)擁有水電資源 3.78億 kw，年發(fā)電量達(dá)到 2800億 kwh。水電由于豐水器和調(diào)峰需要，產(chǎn)生了大量的棄水電能。我國(guó)風(fēng)力資源也非常豐富，可利用風(fēng)能約2.53 億 kwh，相當(dāng)于水力資源的 2/3。但風(fēng)電由于其不穩(wěn)定的特性，較難上網(wǎng)，因此每年棄風(fēng)限電的電量規(guī)模龐大。如果將這部分能源充分利用起來，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益是可觀的。
例如，三峽電站建成后，在每年的 5~8月棄水電能高達(dá) 45億kwh，即使建設(shè)一座 180 萬(wàn)千瓦的抽水蓄能電站聯(lián)合運(yùn)行，三峽電站的棄水電能仍有 21億 kwh。若將此電能用于電解水制氫，可生產(chǎn)氫氣 4~4.5億Nm3，可見利用水電站的棄水電能來制氫，將會(huì)使我國(guó)出現(xiàn)一個(gè)巨大的氫源基地。
目前燃料電池汽車的分布主要以東部沿海城市為主，如果考慮到氫氣的運(yùn)輸成本，使用中西部地區(qū)的棄水電能進(jìn)行氫氣的制備尚不具備成本優(yōu)勢(shì)。
2010 年至 2015 年，我國(guó)棄風(fēng)電量累計(jì)達(dá)到 997 億千瓦時(shí)，直接經(jīng)濟(jì)損失超過 530 億元。僅過去一年棄風(fēng)電量就達(dá)到 339 億千瓦時(shí)，直接經(jīng)濟(jì)損失超 180 億元，幾乎抵消全年風(fēng)電新增裝機(jī)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。解決這樣的一個(gè)現(xiàn)狀的合理方式之一是采取儲(chǔ)電的方法。若利用氫能燃料電池來儲(chǔ)電，則可解決風(fēng)能發(fā)電的平衡問題——利用風(fēng)能發(fā)電的電能來電解水制氫，它成為氫能燃料電池的燃料，而燃料電池又用來儲(chǔ)電。這個(gè)循環(huán)過程，既可解決風(fēng)能發(fā)電的負(fù)荷平衡，又可制得一定數(shù)量的氫能。
例如，江蘇鹽城周邊有 1000 多家風(fēng)電廠，目前所產(chǎn)生的電能無法并網(wǎng)，使用這些風(fēng)電所產(chǎn)生的電能，結(jié)合海水電解技術(shù)，所產(chǎn)生的氫氣成本可以達(dá)到2元/Nm3，相對(duì)而言已經(jīng)具備了和汽油能源競(jìng)爭(zhēng)的能力。
江蘇省風(fēng)電項(xiàng)目分布
全國(guó)棄風(fēng)限電統(tǒng)計(jì)
風(fēng)能太陽(yáng)能互補(bǔ)制氫原理框圖
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