制氢冷却解决方案

PEM（质子交换膜）电解水制氢是一种绿色环保的电解水制氢方式，现已步入商业应用阶段，在诸多可再生能源制氢示范项目中得到规划和应用。

示范项目数和项目单体规模呈逐年扩大趋势，未来将在交通、化工、钢铁、储能等多领域深度脱碳中扮演重要角色。

工业冷水机可作为制氢设备的配套温控设备，起到控制电解槽液温度、整流柜和氢分离装置等制氢相关设备温度的作用，防止电解槽干烧以及整流设备过热，保证制氢安全、提升制氢纯度和效率。

另外，在加氢环节中，冷水机还能为负责氢气压缩的隔膜压缩机冷却降温。

氢能介绍

氢能产业链涵盖氢气制取、储运、加注、燃料电池及其应用等环节。 

氢能上游环节是氢气制备：主要方式有工业副产制氢、化石燃料制氢、可再生能源制氢等;

氢能中游环节是氢气储运及加注：主要方式包括低温液态、高压气态和固态储氢等，加氢站是氢气加注的重要基础设施;

氢能下游环节是燃料电池及应用环节：目前主要应用领域为各类燃料电池车。

氢气的分类

根据生产来源和碳排放量的不同，氢气可以分为灰氢、蓝氢、绿氢三种类型：

（1）灰氢是指通过化石重整（煤、天然气）、工业副产（焦炉煤气、化肥、氯碱）等生产的氢气。灰氢是当前的主流氢气，约占全球氢气产量的95%。

（2）蓝氢是在灰氢的基础上，将二氧化碳副产品捕获、利用和封存（CCS），是灰氢过渡到绿氢的重要阶段。

（3）绿氢是利用可再生能源（太阳能、风能），通过电解工序制取的氢气，其碳排放可以达到净零。

本文所述的PEM电解水制氢就属于第三类“绿氢”的范畴。

电解水制氢未来前景广阔

氢能是一种清洁、高效、安全、可持续的二次能源，可通过多种途径获取。

目前全球氢气的主要生产、消费都来自于化石能源，其中：

可以看到，电解水制氢市场占比仅为0.04%，随着全球对绿色氢能产品需求的增长以及可再生能源的逐步成熟，电解水制氢将拥有广阔的市场前景，同时其配套制冷设备的需求亦将大幅提升。

电解水制氢冷水机应用原理

电解水制氢属于发热反应，在制氢过程中，需要采用水冷却方式来将产生的热量带走。

据数据研究，水电解过程中，电解液温度一般在80℃-90℃之间，以85℃为佳，冷却所需水量主要取决于电解槽温度的大小和水的热容量。通常情况下，冷却所需水量占电解水总量的5%左右。

随着连续化生产，水温攀升，会造成电解设备氧化及腐蚀加剧，还会造成安全生产事故，所以通过冷却水循环，可实现对电解液温度的控制。

另外，整流柜为发热组成部分，工作需要水冷或风冷进行降温；还有在大型氢气纯化设备工作中，需求7度的冷却水进行降温，凯德利冷水机在设备降温中发挥了重要作用。

在常规冷却循环系统设计上，一般设计三个通路，一路通向系统冷却水，用常温冷却水控制电解液温度，另一通路通向整流柜，冷却水流经整流柜发热设备内部冷却管道，带走工作热量，最后一路通向氢气冷凝分离装置，冷凝氢气中的微量水，最后三路冷却水循环到水塔将热量排放到大气中。

而由于气候原因，这类冷却降温方式不稳定，且不能精准控制，从而影响到制氢工业生产。

通过对原有冷却系统设计改造，采用专业制冷机可实现对温度的精准稳定控制，达到高效率的冷却循环系统设计。

加氢站冷水机应用原理

目前的加氢站主要是高压压缩氢气加氢站，根据供氢方式的不同，加氢站各系统的设备略有差异，但大致相同。

加氢站的主要设备有卸气柱、压缩机、储氢罐、加氢机、管道、控制系统、氮气吹扫装置以及安全监控装置等，其主要的核心设备是压缩机、储氢罐和加氢机。

目前加氢站使用的压缩机主要有隔膜式压缩机和离子式压缩机两种。

隔膜式压缩机因无需润滑油润滑，从而能够获得满足燃料电池汽车纯度要求的高压氢气。但隔膜式压缩机在压缩过程中需要采用空气冷却或液体冷却的方式进行降温，工业冷水机便是其降温冷却设备的上佳选择。

加氢站隔膜压缩机冷却示意图

离子式压缩机能实现等温压缩，但因技术尚未成熟，没有大规模使用。

企业需求

位于吉林长春某国际合作示范区“可再生能源+PEM电解制氢+加氢”一体化项目，采用国家电投自主知识产权PEM制氢设备，是国内首个PEM制氢加氢一体化项目。

此项目利用屋顶分布式光伏、可再生能源，用PEM电解水装置进行制氢，制氢后就地储存或者加氢，解决了氢长距离运输的难题。

同时，整个过程是水变氢再变成水的绿色循环。项目在一定程度上也可以解决可再生能源电力的消纳，实现绿电、绿氢、绿色交通一体化运营模式。

项目主要有以下两方面的降温冷却需求：

1.PEM电解槽等制氢相关设备降温

2.隔膜压缩机等加氢相关设备降温

解决方案

项目以两台凯德利KDCS-260DLA风冷双螺杆式冷水机组作为降温冷却设备，合计制冷量超过1500KW，冷冻水量大于250m³/h，并设计统一管路，综合解决制氢与加氢一体化站的降温冷却需求。

# 凯德利风冷螺杆式冷水机组（现场实拍）

产品特点——风冷螺杆式冷水机组

►国际名牌压缩机，双重壳体，与专业制作的铝合金扇叶相结合，噪声、振动更低；

►螺杆压缩机能效比高，比一般压缩机高20%-30%，节能环保；

►装备新型空气换热器及壳管式换热器，机组换热效率大大提高；

►自动除霜功能，机组可在低温下稳定可靠运行，完善的保护功能；

►PLC级控制系统，界面友好，操作简单方便，无需额外人工成本，维护保养容易。

在能源破界与重构的今天，能否下好“先手棋”，决定了能源企业及相关产业链未来的生存空间与市场地位。

凯德利聚焦新能源，不断加大研发力度，深入实施创新驱动发展战略，为氢能、储能领域带来更先进的节能、智能制冷装备。

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