Сравнение на енергийната ефективност: системи Enapter AEM срещу PEM

Ефективност по напрежение и енергийни загуби на системно ниво

Електролизаторите AEM от компании като Enapter работят при значително по-ниски напрежения на клетките в сравнение с PEM-системите, което намалява омичните загуби с около 15–20 процента, според резултатите от тестовете на ниво стек, които сме наблюдавали наскоро. PEM-системите постигат доста добри показатели за ефективност по напрежение — между 75 и 85 процента, когато използват скъпите катализатори от платинова група. Но има и уловка: тъй като PEM работи в кисела среда, за цялата система „баланс на инсталацията“ (BOP) са необходими скъпи титанови компоненти, което води до допълнителни енергийни загуби. Enapter заобикаля този проблем чрез модулния си дизайн, който включва вградено преобразуване на енергия. Този подход помага да се избегнат обичайните загуби на енергия от 8 до 12 процента, които възникват при стандартните PEM-установки при работа под пълна мощност.

Влияние на работната температура и налягането върху фарадеевия изход

Когато температурите надхвърлят 60 градуса по Целзий, системите с протонно-обменна мембрана (PEM) започват да губят своята Фарадеева ефективност, тъй като водородът има тенденция да преминава по-бързо при по-високи температури, което сериозно ограничава термичната гъвкавост на тези системи. От друга страна, електролизерната технология на Enapter с анодно-обменна мембрана (AEM) поддържа токова ефективност над 98 процента в температурния диапазон от 30 до 50 градуса по Целзий благодарение на стабилните хидроксидни йони, които провеждат ток през системата. Това означава, че те могат ефективно да следват промените в натоварването дори при колебания на възобновяемите източници на енергия, а производителността не намалява при бързи температурни промени. Друга значима разлика е, че мембраните PEM изискват налягане в диапазона от 30 до 200 бара, за да се предотвратят тези досадни загуби поради проникване. Това добавя около 5–7 процента допълнителна енергия само за компресионната работа в сравнение с много по-простата атмосферна налягане конфигурация на AEM.

Изисквания за поддръжка и експлоатационна надеждност

Деградация на катализатора в кисели (PEM) срещу алкални (AEM) среди

Електролизаторите с полимерен електролитен филм (PEM) изискват тези скъпи катализатори от благородни метали, като иридий и платина, за да издържат своята изключително кисела работна среда. За съжаление тези метали се разрушават сравнително бързо поради корозия и се отравят от въглероден оксид. Според наблюденията ни от практиката замяната на тези катализатори представлява около 30 % или повече от всички разходи за поддръжка само за първите пет години от експлоатацията. Системите с алкална обменна мембрана (AEM) обаче функционират по различен начин. Те работят в алкална среда, което позволява на производителите да използват по-евтини катализатори въз основа на никел, които имат значително по-дълъг срок на служба. Скоростта на деградация е приблизително с 40 % по-ниска в сравнение с PEM-системите. Защо? Защото електродите изпитват значително по-малко окислителен стрес. Това означава по-дълги интервали между необходимата поддръжка и по-малко неочаквани спирания. А когато производствените обекти остават в експлоатация по-дълго, производството на водород става значително по-надеждно в общи линии.

Чувствителност към замърсяване, чистота на подаваната вода и интегрирано управление на водните ресурси в системите AEM

Електролизаторите с протонно-обменна мембрана (PEM) изискват вода, толкова чиста, че резистивността ѝ да е поне 18 мегаом-сантиметра, за да се предотвратят проблеми като замърсяване на мембраната и постоянното повреждане на катализаторите. Това означава инсталирането на сложни многостепенни дейонизационни системи, които всъщност заемат около 15 % от помощната мощност, необходима за експлоатацията. Алкалните електролизни мембрани (AEM) по-добре понасят умерени нива на примеси, което прави процеса на предварителна обработка значително по-прост в сравнение с традиционните методи. Системите на Enapter са оборудвани с интелигентна технология за управление на водата, която автоматично регулира степента на необходимата очистка в зависимост от това, което системата открива в постъпващата вода. Тази иновация намалява поддръжката с около 25 %, като конкретно се намалява честотата на замяната на филтри и на процедури за почистване на мембраните. Освен това естествената устойчивост на алкалните мембрани към замърсяване допринася за поддържане на стабилна производителност в течение на времето с изключително малко пряко участие от страна на операторите.

Трайност на материала и общ разход за притежание за електролизаторите на Enapter с AEM технология

AEM технологията от Enapter предлага по-добра трайност и по-ниски разходи в сравнение с PEM решенията, тъй като използва катализатори въз основа на неблагородни метали и функционира в по-малко агресивна алкална среда. PEM системите изискват иридий, чиято цена в момента е около 150 долара на грам. Това не само е скъпо, но и трудно осъществимо, тъй като доставките силно флуктуират. Освен това киселинните условия повреждат материалите с течение на времето. AEM избягва този проблем, като преминава към катализатори въз основа на никел, което намалява разходите за материали приблизително с 60 процента. Разликата се проявява и в продължителността на експлоатацията на тези системи. Повечето PEM устройства започват да излизат от строя след 10–15 години, докато Enapter проектира своите AEM електролизатори така, че да функционират надеждно повече от 20 години непрекъснато.

Анализът на капиталистичните разходи показва, че тези технологии се различават значително. Системите с протонно-обменна мембрана (PEM) обикновено струват между 900 и 1500 щ.д. за киловат, което е почти два пъти повече от разходите за системите с анодно-обменна мембрана (AEM), които са в диапазона от 500 до 800 щ.д. за киловат. Макар PEM да има леко предимство по отношение на максималната ефективност, AEM се отличава с това, че може да работи с вода, съдържаща примеси, без нужда от сложни процеси за предварителна обработка. Това означава и по-рядка поддръжка с течение на времето. Индустриалният анализ на разходите за производство на водород показва, че технологията AEM на Enapter произвежда водород при около 2,09 щ.д. за килограм — приблизително с 25 % по-евтин от традиционните системи PEM. Защо? Защото мембраните AEM имат по-дълъг срок на експлоатация, конструкцията на останалата част от инсталацията (balance of plant) е по-проста, а изисква се по-малко работа за поддържане на непрекъснато стабилна работа през целия им жизнен цикъл. Всички тези спестявания в разходите поставят AEM като технология, която може лесно да се мащабира и да запази финансова устойчивост дори при активното развитие на проекти за зелен водород.

ЧЗВ

Каква е основната разлика между електролизери с анионно-обменна мембрана (AEM) и електролизери с протонно-обменна мембрана (PEM)?

Основната разлика се крие в типа среда, в която те работят. Електролизерите с анионно-обменна мембрана (AEM) функционират в алкални условия и използват катализатори на базата на никел, докато системите с протонно-обменна мембрана (PEM) работят в кисели среди, използвайки катализатори от благородни метали като иридий и платина.

Защо електролизерите с анионно-обменна мембрана (AEM) се считат за по-енергийно ефективни?

Електролизерите с анионно-обменна мембрана (AEM) работят при по-ниско напрежение на клетката, което намалява омичните загуби и елиминира енергийната загуба, свързана с ценни компоненти, необходими за системите с протонно-обменна мембрана (PEM). Това води до по-енергийно ефективна експлоатация.

Как се сравняват нуждите от поддръжка при системите AEM и PEM?

Системите PEM имат по-високи разходи за поддръжка поради деградацията на катализаторите в кисели условия, докато системите AEM се възползват от по-бавни темпове на деградация и по-рядка поддръжка благодарение на работа в по-малко агресивни условия.

Какви са разходите при използване на AEM вместо PEM системи?

Системите AEM обикновено са по-евтини, тъй като използват по-леснодостъпни материали като никел и са по-малко сложни по конструкция, което води до по-ниски капиталистични разходи и намалени оперативни разходи с течение на времето.