在全球能源转型的关键时期，制氢技术作为一种极具潜力的清洁能源解决方案，正处于快速发展的轨道上。电解水制氢技术以其清洁、可持续的特性，在电厂和氢能项目中展现出了不可忽视的优势，而EDI（电去离子）设备在制氢领域的应用也逐渐成为行业研究的热点。

一、电解水制氢技术：核心原理与应用现状

电解水制氢是一种基于电化学原理的制氢方法，通过直流电促使水分解为氢气和氧气。当前，主要有碱性电解水制氢、PEM质子交换膜电解水制氢和固体氧化物电解水制氢三种技术路径。其中，碱性电解水制氢因技术成熟、成本相对较低且操作简便，在传统电厂中占据主导地位。

（一）传统电厂中的应用案例与数据

以某2×660MW机组燃煤电厂为例，我们可以清晰地看到电解水制氢系统的设计与应用细节。

– 基础数据

– 发电机充氢容积为120 Nm³

– 发电机漏氢量控制在≤16 Nm³ / 24h。

– 发电机运行氢压设定为0.5 MPa (g)。

– 氢气供应出口压力为0.8 MPa。

– 补氢纯度要求≥99.9%。

– 补氢湿度需满足露点温度50℃。

– 工艺系统设计

– 根据相关标准，制氢设备总容量按全部氢冷发电机的正常消耗量以及能在7天时间积累起最大一台氢冷发电机的一次启动充氢量之和计算。经计算，2台发电机7天正常氢气消耗量为16×7×2 = 224 ( Nm³)，1台发电机置换氢气系统所需氢气量为120×3 = 360(Nm³)，1台发电机充氢至运行氢压所需氢气量为120×5 = 600(Nm³)，1台发电机一次启动的充氢量为360 + 600 = 960(Nm³)，最终得出2×660MW机组制氢设备出力为(224 + 960)÷7÷24 = 7.1 (Nm³/h)。

– 设备配置与布置

– 配置了1套10 Nm³ / h的电解水制氢装置及附属设备，如电解槽、氢分离器等一系列设备。同时，还配置了电解水制氢辅助设备、氢气压缩机、氢气贮存罐等。电解水制氢站总占地约33m×37m，合理划分了电解水制氢车间和贮存罐区，并确保了各设备间满足安全距离要求。

（二）氢能项目中的应用案例与数据

在可再生能源发电厂配套的氢能项目中，电解水制氢技术同样至关重要。以某300MW风力发电及太阳光伏发电厂配套的氢能一体化项目为例。

– 基础数据

– 电解水制氢规模达到30 MW。

– 氢气贮存量为11100 Nm³。

– 氢气供应出口压力为20 MPa。

– 氢气纯度要求≥99.999%。

– 氢气湿度需满足露点温度<-50℃。

– 氢气中氧含量控制在≤5ppm（体积浓度）。

– 工艺系统设计

– 配置了6套1000 Nm³ / h的电解水制氢装置及附属设备。由于风电及光伏发电厂不设置除盐水制备系统，还配置了3套出力为4 t/h的除盐水制备装置（2用1备）以及1台100 m除盐水箱。同时，配置了7台流量为1000 Nm³ / h的氢气压缩机（6用1备）、15台标准水容积为37 m的氢气鱼雷贮存罐等一系列设备。

– 设备配置与布置

– 电解水制氢站总占地约129m×103m，划分了电解水制氢车间和长管拖车充装站，并合理安排了各设备的位置，如电解水制氢装置及附属设备布置在电解间，氢气鱼雷贮存罐按车位顺序依次停放在3个长管拖车充装站内等。

二、制氢行业面临的挑战与机遇

随着全球对清洁能源的需求日益增长，制氢行业在迎来发展机遇的同时，也面临着诸多挑战。

（一）需求增长带来的挑战

一方面，大规模氢能项目的不断涌现，对氢气的产量提出了更高的要求。例如，一些大型加氢站每天需要大量的氢气供应，以满足日益增长的氢燃料电池汽车的需求。另一方面，氢气的质量标准愈发严格，纯度、湿度等指标必须精确控制。如在某些高端工业应用中，氢气纯度要求高达99.9999%以上。

（二）技术创新带来的机遇

面对这些挑战，制氢技术的不断创新为行业发展带来了新的机遇。新的制氢技术和工艺不断涌现，有望提高氢气的生产效率和质量。同时，与制氢相关的配套技术和设备也在不断发展，为制氢行业的整体提升提供了支撑。

三、EDI设备在制氢中的应用潜力

EDI设备作为一种先进的水处理技术，在制氢过程中具有显著的应用潜力。

（一）水质提升的关键作用

在电解水制氢过程中，原料水的质量是影响氢气质量的关键因素之一。EDI设备能够有效去除水中的各种离子杂质，提供高纯度的除盐水。例如，它可以将水中的钠离子、氯离子等杂质含量降低到极低水平，确保电解水制氢过程中产生的氢气具有更高的纯度。研究表明，使用EDI设备处理后的水用于电解水制氢，氢气纯度可提高5% – 10%。

（二）工艺流程简化与成本降低

传统的除盐水制备工艺通常较为复杂，涉及多个处理步骤和设备，如离子交换树脂、反渗透膜等。EDI设备可以简化工艺流程，将多个处理步骤集成在一个设备中，大大减少了设备占地面积和运行维护成本。据统计，采用EDI设备可使除盐水制备系统的占地面积减少30% – 50%，运行成本降低20% – 40%。

（三）与现有制氢技术的良好兼容性

EDI设备具有良好的兼容性，能够与现有的碱性电解水制氢技术以及其他制氢技术相结合。例如，在碱性电解水制氢系统中，EDI设备可以直接接入除盐水供应环节，无需对现有系统进行大规模改造，即可提高整个制氢系统的性能。

四、结论

电解水制氢技术在电厂和氢能项目中的应用前景广阔，随着行业的发展，对氢气质量和生产效率的要求将不断提高。EDI设备凭借其在水质提升、工艺流程简化和兼容性方面的优势，有望在制氢过程中发挥越来越重要的作用。通过持续的技术创新和应用探索，制氢行业将朝着更加清洁、高效、可持续的方向发展，为全球能源结构的优化和可持续发展目标的实现贡献重要力量。

 

参考文献：电解水制氢在电厂和氢能项目的设计应用–李鹏 肖建群