电解槽绿氢生产中传感器的使用

用风电制氢：传感器要跟上波动

Nordex Electrolyzers 是 Nordex 集团的子公司，开发了能与风电配合使用的压力电解槽，并在其中安装了 VEGA 传感器，用于液位和压力测量。

可再生能源发电占比持续攀升，绿色氢气在能源转型中的地位也随之水涨船高。恰好站在这个风口上的绿氢公司，需要开发能跟得上风电波动的电解槽。

至于安全和效率，传感技术要提高。

以西班牙为例，既有充足的日照，也不缺风。这两样加在一起，让它在能源转型上走得比多数欧洲国家都快，也给绿色制氢创造了相当好的条件。

西班牙业内称，别的国家还在写战略规划的时候，西班牙 2024 年已经有 56% 的电力来自可再生能源，创了历史新高。

其中风电占 23%，光伏的增速差不多是欧盟平均水平的两倍——光伏占比 21%，在欧洲排第三，装机总量排第二。按照目前的规划，2030 年要把可再生能源电力比例提高到 81%。

绿氢这边也没闲着。西班牙政府定的目标是 2030 年装机电解容量达到 12 GW，大约占欧盟总量的两成。

目前已有 16 个氢能谷项目拿到了共计 12 亿欧元的补贴，雷普索尔、Moeve、BP 这些大公司都在里面。Nordex Electrolyzers 也是其中一员。

它和过程测量仪表厂商一起，把第一台 500 kW 电解装置推向了实际运行——这台机器是专门针对风电波动设计的。跑下来的结果是：产氢稳定，效率数据看得见。

Nordex Electrolyzers 的电解槽做成模块化撬块，搬运和安装都不麻烦。

Nordex 集团本身是做风机的。2022 年，它和西班牙纳瓦拉政府旗下的公共企业 Sodena 合资成立了 Nordex Electrolyzers，专门开发碱性压力电解槽，目标就是让电解槽能配合风电使用。

公司依托欧盟 IPCEI Hy2Tech 项目，在纳瓦拉和普埃尔托利亚诺两地推进研发工作。

碱性压力电解虽然是一种老技术，但它的优势明显：成本低、寿命长、效率不差，还不用依赖昂贵催化剂，工业级应用完全没问题。

目前这台 500 kW 原型机每小时能产 10 kg 以上的氢气。兆瓦级量产型号计划 2026 年推出，设计上强调可扩展和模块化，能直接上工业现场。

风机厂商出身，Nordex 对一件事感触很深：风电出力随时在变，电解槽如果跟不上这种波动，实际运行就会很被动。

Nordex Electrolyzers 的碱性电解槽结构并不复杂——两个电极浸在液态电解质里，中间用多孔隔膜隔开，若干这样的电解池串联成电堆，这是整个系统的核心。外围还有液气分离、热管理、水处理、电力电子、气体净化这些配套单元。

碱性压力电解的工作条件着实不轻松：27 bar 的压力、95 摄氏度的温度、腐蚀性强的氢氧化钾（KOH）电解液，加上氢气和氧气两种活性气体，以及频繁的压力循环。

这些加在一起，对传感器的要求相当苛刻。不仅要测得准、用得久，还得满足功能安全（SIL）和防爆（ATEX）的认证要求，同时安装要方便，最好还能接进数字化系统——毕竟这套设备将来要推向全球市场。

传感器分布在电解槽的多个位置，分别测氢气、氧气、电解质的压力以及各处液位，把整套管道和容器系统的运行状态都管起来。

电解反应在电堆里发生，生成的氧气和氢气随 KOH 电解液一起流出，进入分离器完成气液分离。气体经过净化得到高纯度氢气，液体则冷却后循环回电解池。水处理、氮气供应、冷却系统这些外围单元，同样需要持续监控。

设备选型上，安全是第一位的，不能将就，选择全球领先品牌就很有必要。“Nordex Electrolyzers 技术总监 Javier Fernandez de Manzanos 说，“售后技术支持也是我们考量的重要因素。”

以某品牌为例，VEGAFLEX 81 负责分离器和气体洗涤器里的液位测量。这个位置比较麻烦，液流里常常混着气泡，相界面一直在变。导波雷达在这种湍流工况下测量结果依然稳定。

VEGABAR 82 装的是陶瓷 CERTEC® 测量元件，用在所有主管线的压力测量上，覆盖氢气、氧气、电解质、去离子水和冷却回路。这款测量元件抗渗透、耐化学腐蚀，反复经历压力循环也没问题。

VEGABAR 29 装在电解质过滤器的进出口两端，专门做过滤状态监控。金属测量元件扛得住长期高压，日常维护也方便。

这些传感器都有 IEC 61508 安全认证，以及适用于爆炸危险区域的 ATEX 和 IECEx 认证，测量元件无油、有金铑镀层保护，自带诊断功能方便预防性维护。安装上也没什么麻烦，支持蓝牙和 IO-Link 远程参数化。

调试工作由 Nordex Electrolyzers 团队自己完成，传感器供应商的人在旁边配合支持。团队的评价很直接：“响应快、技术扎实、遇到问题想着怎么解决——这就是我们想要的支持。”

整套传感器装在模块化撬块上，移动方便，想扩展也容易，将来不管是西班牙本地的项目还是德国、中东的项目，搬过去就能用。

目前，该款传感器在这台原型机上已经跑了一年多，表现跟预期一致：负载怎么变，数据照样稳——腐蚀性介质、温度起伏、高工艺压力，没有哪个条件让它失手过。

Javier Fernandez de Manzanos 的评价很简单：只选对的。安全、好用、靠得住，这三点是关键。

正是靠着这些准确的测量数据，装置效率得到了持续优化，气体纯度也稳定保持在较高水平——包括部分负荷运行的时候，这恰恰是很多同类系统的短板。

【信息来源：h2-news】