高溫蒸汽電解產氫動態模擬模組應用研究

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高溫蒸汽電解產氫動態模擬模組應用研究

更新時間：2025-12-03 08:34

【技術簡介】
高溫蒸汽電解 (HTSE) 技術是一種能將熱能與電能高效轉化為氫能的電化學裝置，其能量轉換效率優於傳統電解技術。本研究借鏡 Idaho National Laboratory 開發的 HYBRID 模擬工具，成功建立本院的 HTSE 核心模組，並進行多項關鍵分析：

電化學效能表現：
1. 在電流密度 1.0 A/cm²時，總電解功率為 166 W。電解效率約為 90.69% (LHV)。
2. 蒸汽利用率控制於79.49%時，產氫量可達到6.22 × 10⁻⁴ mole/s。
熱流與溫度分析：
1. 在電流密度 1.0 A/ cm²時，電解堆平均溫度上升至 754°C，此時電解堆處於放熱狀態。該結果有助於設計熱能回收裝置及廢熱再利用。
2. 電解堆熱中性狀態（即不需額外加熱或冷卻）的電流密度為 0.32 A/ cm²，工作電壓接近 1.30V。
應用規模潛力：在52 MW的輸入功率下，產氫量可達 0.435 kg/s，顯示其在工業規模應用的巨大潛力。

【計畫規劃/技術應用】
本研究的最終目標是開發一套 HTSE 產氫原型系統。透過已建立的模擬模組，我們能預測電解堆之效能，包含產氫效率、熱流分佈與產氣組成。該結果與實際電解堆數據進行比對，其趨勢一致性證明了模擬的準確性。這項成果將作為 HTSE 原型系統的設計基礎，大幅縮短硬體建置與驗證時程。

整合模擬：目前，熱區模組已可與電解堆模組進行整合模擬測試。在特定條件下，模擬結果顯示熱交換器出口蒸汽溫度為 627 °C，而電解堆尾氣溫度達 760 °C。這些可回收的熱能，可進一步與其他模組（如反應器、有機朗肯循環發電機）進行整合能源驗證，實現複合式能量的最大化利用。
圖1：HTSE模組以及整合模擬分析。

圖1 HTSE模組以及整合模擬分析。

【未來佈局】
未來研究將聚焦於HTSE系統的質能平衡計算與硬體設計，以實現高效率的原型系統。我們將開發 HTSE 動態模組，用以進行即時的動態響應分析，以應對複合式能源（如再生能源）的不穩定性。
在整合能源架構下，HTSE 動態模組將與反應器、渦輪發電機組等其他硬體組件進行虛實整合測試，以分析熱電配比最佳化策略。這項技術不僅能提供最有效率的能源調度方式，也為台灣淨零碳排路徑提供關鍵性的技術支持。

【連絡資訊】
姓名：黃亮維
電話：03-4711400分機6765
E-mail：i13501350@nari.org.tw