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术语表 · 燃料与氢能

电解槽

用电流把水分解成氢和氧的电化学装置,是绿氢生产的核心设备。

电解槽电堆由许多电解池组成,每个电解池都有阳极、阴极和电解质或隔膜。热中性电压为 1.48 V,商用电解池在 1.7–2.2 V 下运行,多出的部分以热的形式损失。

单位能耗 (kWh/kg H2) ≈ 26.6 × 电解池电压 (V) / 法拉第效率;1.9 V 时 → 电堆约 50 kWh/kg

四种技术相互竞争:

  • 碱性(AEL):KOH 电解液,镍电极;技术成熟,最便宜(尤其是中国产品),系统能耗 50–55 kWh/kg,变负荷较慢。
  • PEM:质子交换膜,用铂和铱作催化剂;结构紧凑,能快速跟随波动电源,系统能耗 52–58 kWh/kg;铱的供应是瓶颈。
  • 固体氧化物(SOEC):在 700–850°C 下运行,借助热量把电耗降到约 38–42 kWh/kg;适合有余热或核电蒸汽的场地;目前耐久性较差。
  • AEM:阴离子交换膜;处于商业化早期,目标是用碱性路线的材料达到接近 PEM 的性能。

电堆效率每年衰减约 0.5–1.5%,运行 60,000–90,000 小时后需要更换。2024 年中国以外的系统安装成本约为 1,700–2,500 美元/kW,含辅助设备、压缩和水处理。中国占全球制造产能和电解装机的一半以上。另见绿氢。

相关术语

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  • 绿氢

    用可再生电力驱动电解槽电解水制取的氢,直接 CO2 排放接近零。

  • 燃料电池

    不经燃烧,把氢或其他燃料的化学能直接转换为电和热的电化学装置。

  • 电子燃料(Power-to-X)

    以电解氢为原料、有时结合捕集的 CO2 或氮气制成的合成燃料,如电制甲烷、电制甲醇、电制航煤和电制氨。

  • 容量系数

    电厂在一段时间内的实际发电量,与按额定容量满发同样时间的发电量之比。

  • 弃电(限电)

    由于电网、市场或系统约束,有意把机组(通常是风电或光伏)的出力压到其可发水平以下。