杨成玉——碱性水电解制氢设备之大型化、集成化应用与实践

杨成玉

技术部经理

考克利尔竞立（苏州）氢能科技有限公司

大家好！

我是来自考克利尔竞立的杨成玉，很高兴能有机会来到美丽的佛山为大家分享我的一个汇报。

我的题目是“碱性水电解制氢设备大型化和集成化的应用与实践，主要分六个部分跟大家介绍一下，前面是项目的一些介绍，后面是我们公司的一些简介。

我们化石的枯竭，到最终不为我们使用，我们无法采撷，其实离我们不远了，现在已经2021年，估计到2070年我们的化石能源将会逐渐消耗殆尽，我们下一代会用什么能源呢？其实这个问题我们一直也在思考，包括很多我接触的一些业内人士也在思考，到底未来我们用什么样的能源，在这里我们公司有我们的解读。

从二十世纪50年代美国地质学家M.K.Hubbert这个专家提出了一个石油峰值理论，这个峰值理论到现在依然影响着我们。我们看到石油每年都在开采，氢的占比到现在为止也是很少，只是占了3%—4%，未来30、40年氢的占比会逐步扩大。

随着氢能源的进一步发展，我们考克利尔竞立是碱性电解制氢，我们是想把它做大，集成化的程度更高一点，怎么样把它做大？这是我们日思夜想的一个事情。

这张图片是宝丰能源现场的一个照片，下面是我们刚刚在10月份推出的国内，也可以说是国际上第一台套的1300方的电解槽，我们举行了一个下线仪式，这是和华能集团一起做的，我们对此也做了比较大的宣传。由于时间关系，我就不那么详细的展开。

介绍一下这个1300标方的设备。这张图片是当时我们双方的领导合影的一个情况（见PPT图），在11月26日我们在苏州进行了一个电解槽成功下线的仪式。

因为我是做技术的，所以从技术的角度我来分析一下这个设备。

第一个是全球首套，产能1300标方，其实最大可以达到1500标方的一个碱性电解槽，能够满足20%—115%的调频的调频制氢。同时我们是第一个用于绿色水电项目的千立方级的碱性水电质，以前都是没有用在水方面的。还有我们是电流密度最高达到6000安倍每平方米的商业化的设备，是国际上首套实现6000安倍的，我们其实已经达到6080安倍商业化的碱性电解槽，这个项目我们用的是国产PLC做主控系统，我们总是希望国产的PLC有应用场景，这个项目特意选用国产PLC作为主控。

还有一个我们体积产能比是最小的一个电解制氢设备，产氢的量从1300标方的设备，相比国内其他公司来讲特意做了一个调研，体积缩小能够超过1/3，这个都是经过实际的考证得到的一个真实的数据。

同时我们是行业首创，按照国家标准来讲直流电耗是在4.13千瓦时每立方米，明显优于国家的一级标准，国家的标准也是我们公司参与制定的能耗标准。

在快速启动的情况下，一分钟可以达到满负荷运行，电流、电压、交直流的转化率可以高达98.5%，目前也实现了IOT电解槽控制设备的互联，终端智能、远程监控这些我们都能做到，而且达到了5个A的纯度要求，我们做到了一键启动、无人职守，远程监控和中央集控。另外我们也采用了非石棉材质的隔膜，采用非接触式的电解方式，提升了电解效率，确保电流密度能够达到6085—6086安倍，能够保持它的长久运行。

我们简单看一下电解槽的一个展示，这个电解槽工作压力是1.7MPa，稳定的电压是480V，额定电流是在13100A，最大电流是15065A，接电方式一正一负的结构个，小时数是238，运行是在正负5度。之所以我敢于把这个东西分享也是想大家共同做这个事情的时候，如果说我们能有这么一个借鉴，我们开了这个先河，实际上这个数据是我们实际去做的，如果有同行能做的比我们更好，我是非常欢迎的，所以敢于把这个数据分布出来。

这是之前的一个氢纯化的时间和氧纯化的设计，这是一个气液里的装置，就不详细介绍了。这是电解槽和气液分离器、氢纯化和氧纯化放在一起的设计。左边是氧纯化、右边是氢纯化，这个视角看是这样子的。这是一个防火墙，因为氢纯化和氧纯化之间的防火墙标准是必须要有的。

我们看一下宝丰能源制氢设备2对1的方案。正向分为三期，前期10套1000方的设备，我们拿到了7台。二期15套1000方的设施，我们拿到了10台；三期5套，我们全部拿到了，今年7月1日那天正式拿到这个订单。

这个也是相关的技术参数和设备布置，我就不详细展开了。我想提一点，这个制氢直流电压是在4.4，额定功率电压是在615V，采用的是2对1的形式，也是1000方的，我们总是想怎么把设备做到的大型化，能更好适应市场的发展，适应客户的发展。

这是现场的一个情况，截止到今年7月3日，共接到220台套1000方的宝丰的项目，型号DQ—1000/1.6的设备，分五批交付，基本上已经接近尾声。总之这两台套的制氢系统的设计、安装和调试，我们从这个项目上得到了很好的工程实践经验。

这个数据是在宝丰的实际现场测的一个曲线的图。大家看到，前期这个位置，这是刚刚启动的时候它是逐渐锯齿状的攀升，一般这种情况下我们取得的数据不作参考，当它稳定的时候，这条红线，包括这条绿线对应的电流电压相对来说非常稳定，我们设备的稳定性都可以得到很好的见证，这是实测的一个数据。

这是2021年8月31日得到的数据，大家可以看到红线虚线框是我们设备运行的一个数据，也是当时取得的数据，基本上是直线，稳定性也非常好。

2021年9月1日，这是现场取得的一个数据，分析来看它平均值也是8000安倍左右，电压值也是在574的数值，跟我们的设计是非常吻合的。

2021年9月2日的数据，跟9月1日非常接近，也是非常稳定。

总之来说，比较几个数据，从8月31日到9月2日的数据，我们的产品在实际验证中得到了更好的展示，说明我们在满负荷情况下运行非常稳定，也能够得到客户的认可。

下面这个项目我们说一下，给清华大学做的一个1对4的方案，采用四个电解槽，这是一个设计一个概念图，采用的PLC系统能够多协同进行调控，可以单台开，我台开，可以开一部分，随时可以调控，随时可以停机，当时这个电解槽的温度，各方面的传感器达到142个，所以这对我们的PLC控制来说相对比较复杂。这是一个实景的情况（见PPT图），9月初交付给清华大学，这个项目我是全程参与的。

这是一个制氢部分的界面和纯化部分的界面，在清华实验室实测的一个数据，当时清华的李博士给了我们一个实测的画面。

这是我们给一个大型化工集团做的一个项目，也是采用4对1的方案。四套电解槽工艺，一套气液分离设施，时间关系简单给大家过一下，这是当时设计的概念图，大家可以看到四台电解槽对一台气液分离，一套纯化，整流柜、变压器全部都在系统设计的概念里面。

这是一个实验布置的布置图，从变压器、整流柜都有，红色就是整个原理图，这只是给大家做一个简单的汇报。

这是整个占地面积，大概2000平方。未来真正验证的时候也就是每8台电解槽共用一套气液结构，单台纯化的设备处理能达到8000标方，这是当时的一个PID图，采用的是一正两负的结构，系统压力是1.8MPa。这是一个纯化的PID图（见PPT图）。

第五个项目我想给大家介绍一下，这是一个国际大型光伏集团项目，64台套1000标方的设备。这是一个制氢的PID图，这是真正的布局时候的情况，64台套的设备，我们分为8块，这么一小块就是8台套，总共64台套的设备，已经有实验方案在进行中。这是PLC控制，当然我在技术方面的图纸会更多一点，我就不一一展开了。

简单介绍一下我们公司，考克利尔竞立公司，从90年代成立到现在已经有近30个年头。重大里程碑，从2008年大规模非并网风电规模化制氢一直到2017年国家工信部国家工业节能技术装备统建目录，一直再到2018年可再生能源大规模制氢的重点专项，包括助力奥运的，其实有很多都有我们的参与。

这是一个设备的研发历程，从1992年60标方一直到2021年1300标方，我们主要参与了近6项国家标准的制定。

我们年产能可以达到600兆瓦，目前已经突破了。我们产品组成就不再说了。

产品类型有传统型、节能型、集装箱和实验型。

项目展示，给大家看一下。这是我们在07年的项目，还有08年“973”的项目，2017年在吉林白城也有一个项目，所以基本上行业内的大事我们都参与了，2018年跟壳牌公司合作的一个项目，这是为1200标方冬奥会做的一个设备，这是宝丰能源的项目，还有台积电的项目，总共有5台供给台积电。这是部分客户的名单（见PPT图）。

产品优势，时间关系我就不一一介绍了。

基本上采用的是高效率的研发目标，而且是高电流密度的研发思想和路线。

感谢大家，我的演讲就到这里，基本上是比较枯燥，图纸比较多一些。

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