得益于卓越的专业技术：安全电解

氢能必将成为未来能源版图中的重要组成部分，其中通过水电解产生的绿色氢能将扮演关键角色。然而，在实现这一目标之前，电解产能必须大幅提升。为了确保这一扩展的成功，必须为应用中的自动化和电气技术提供定制化的防爆解决方案。R. STAHL 已为一家主要的电解槽制造商开发了这样的解决方案。

电解

毫无疑问，未来对氢气的需求将非常巨大：根据欧盟委员会的REPowerEU计划，到2030年，欧盟每年将生产1000万吨来自可再生能源的氢气。几乎所有全球主要工业化国家都制定了各自的氢能战略。电解槽在这些计划中扮演着关键角色——它们用于利用电力（理想情况下是可再生能源）和水生产绿色氢气。虽然氢能目前是一个热门话题，但当前已安装的氢气电解槽的实际产能距离预期需求还有很长的路要走：目前全球电解产能约为0.2吉瓦，而到2030年，这一需求预计将达到40吉瓦。根据Aurora Energy Research的研究，这一需求到2040年可能会进一步增长至213吉瓦。

氢气的用户遍布许多经济领域，主要集中在那些难以脱碳的行业，例如钢铁和水泥工业，以及化工和石化行业。然而，氢气早已不仅仅是一种原材料和能量载体。作为未来能源系统平衡的一部分，氢气还可以作为储能介质，用于储存风能和太阳能产生的多余电力。

电解的几种方法中，主要包括碱性电解法和质子交换膜（PEM）电解法。PEM的关键优势在于其能够在几秒钟内以满负荷运行，并且可以根据当时可用的电力灵活操作——在风能和太阳能发电量高度波动的情况下，这一特性变得越来越重要。在PEM电解中，特殊的膜允许带正电荷的氢原子（质子）穿透。这些质子在阳极产生，通过膜到达阴极，在阴极处聚集并结合形成氢气分子。任何从系统中泄漏的氢气，一旦与空气混合，可能会形成极其危险的爆炸性混合物。

氢气系统中的防爆保护

与其他可燃气体相比，氢气的爆炸范围特别宽：体积浓度在4%到77%之间的混合物都具有爆炸性——而氢气爆炸时，火焰蔓延速度非常快。此外，点燃氢气和空气混合物所需的能量极低：仅需20微焦耳，点火能量比甲烷低15倍。这也是氢气被归类为最危险的点火组别（IIC）的原因之一。氢气爆炸相对罕见，这主要归功于石化行业在使用氢气方面积累了丰富的经验。然而，遵守相关的防爆安全标准是基本前提，包括IEC 60079和IEC 80079标准，以及ISO 22734中针对电解系统建设和操作的具体要求。

除了系统的密封性（一级防爆保护），防止点火源（二级防爆保护）也起着重要作用。根据风险评估进行的区域分类至关重要，其中0区指的是爆炸性环境长时间存在或频繁出现的区域，1区则指在正常操作过程中可能出现爆炸性环境的区域，而2区是指仅在极少情况下且持续时间很短的区域。

用于肥料生产的PEM电解

为了推动氢能经济的快速发展，电解槽需要大规模生产。制造商采用模块化设计，通过连接单个堆栈模块来实现大容量。在最近一个为肥料生产制造氢气的项目中，R. STAHL 与原始设备制造商（OEM）客户讨论了其应用的要求，客户确定需要使用 2 区设备。

该系统的电解产能为24兆瓦，由12个2兆瓦的电解堆栈模块组成。系统运行时，每年可提供足够的绿色氢气用于生产20,500吨氨气，进而可生产约80,000吨环保肥料。与传统基于天然气的生产方式相比，新方法每年可减少约41,000吨的二氧化碳排放量。

由于电解系统中氢气浓度较高，系统周围的直接区域被归类为 Ex Zone 2 IIC T1：爆炸性环境很少且短暂出现，而由于氢气的爆炸特性，它被归类为最高危险气体组别（IIC），且根据T1标准，允许的最高表面温度仅为450°C。因此，危险区域内使用的技术和设备必须具备安全设计。

在电气设备方面，特别关注的是开发一种既完全满足客户需求，又尽可能易于扩展且紧凑的解决方案，因为空间有限。同时，该解决方案必须确保整个系统生命周期内的安全运行以及可靠的信号传输和电气连接。例如，必须确保系统中安装的传感器能够可靠地将信息发送到位于非危险区域的控制系统。电解所需的直流电压监控尤为重要——这是系统制造商的众多特殊要求之一，项目中的 R. STAHL 团队对此给予了特别的理解和高度关注。

标准组件的定制配置

通过使用ISpac隔离器等措施解决了这一问题，ISpac隔离器在控制系统侧的电子信号和传感器侧的本质安全（Ex i）信号之间起到了“安全屏障”的作用，将它们进行电气隔离。电解槽的所有电源电缆和控制线路都集中到接线盒中。本项目使用了近100个来自8150系列的Ex e接线盒，这些接线盒采用不锈钢材质，极为坚固。它们设计达到IP66防护等级，防尘密封且能够承受强劲的水流冲击。接线盒盖上使用的硅胶密封件适用于极端温度范围。

STAHL还能够提供用于危险区域的额外设备，这不仅包括核心组件，还包括远程I/O设备、不间断电源（UPS）和照明设备，这也是客户选择R. STAHL作为防爆设备合作伙伴的原因之一。由于电解项目依赖于交付能力和速度，因此使用标准组件定制解决方案至关重要。此外，对客户而言，R. STAHL能够将这些定制化解决方案标准化，这使得客户可以在需要时根据系统上的零件编号进行订购。否则，解决方案将需要重新进行危险区域使用认证，这是一项耗时、昂贵且复杂的过程。R. STAHL拥有广泛的设备和解决方案，并且它们已通过氢气应用认证，这意味着未来在开发氢气电解槽的定制化解决方案时不存在任何障碍。