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中国绿氢规模化应用实现零的突破

2023-09-14 09:53:00 【关闭】 【打印】

  库车绿氢示范项目的建成投产,不仅首次贯通了光伏发电、绿电输送、绿电制氢、氢气储存、氢气输运和绿氢炼化全产业链,而且还形成了具有自主知识产权的大规模电解水制氢工艺与工程成套技术,将为绿电制绿氢产业发展提供可复制、可推广的示范案例。 

  830日,中国石化宣布,中国规模最大的光伏发电直接制绿氢项目——新疆库车绿氢示范项目全面建成投产,这标志着中国绿氢规模化工业应用实现零的突破,也被业界认为是中国绿氢产业发展的一个里程碑。 

  中国石化新星新疆绿氢新能源有限公司总经理范林松表示,该项目所用的光伏组件、电解槽、储氢罐、输氢管线等重大设备及核心材料全部实现了国产化,有效促进了中国氢能装备和氢能产业链发展。 

  9700多亩土地上安装50多万块光伏板 

  氢能被称为“21世纪的终极能源”。国际氢能源委员会发布的《氢能源未来发展趋势调研报告》称,2050年,全球氢能源需求将增至目前的10倍,产业链产值将超过2.5万亿美元。 

  另据中国氢能联盟预计,至2025年,中国氢能产业产值将达到1万亿元。2050年,氢能在中国终端能源体系中占比将超10%,产业链年产值将达12万亿元。 

  那么何谓绿氢?根据中国氢能联盟发布的《低碳氢、清洁氢与可再生氢的标准与评价》,氢气一般分为低碳氢、清洁氢与可再生氢,俗称灰氢、蓝氢和绿氢。 

  灰氢指的是通过化石燃料(石油、天然气和煤)制取的氢,在制取过程中碳排放强度相对较大;蓝氢指的是利用化石燃料制取的氢,同时配合碳捕捉和碳封存技术,碳排放强度相对较低;绿氢指的是利用风电、水电、太阳能、核电等可再生能源,通过电解的方式制取的氢,制氢过程完全没有碳排放。 

  国际投资银行高盛集团此前发布的报告认为,绿氢已成为实现全球净零排放的关键支柱,有助于减少15%的全球温室气体排放,是深度去碳化的最终解决方案。 

  由光伏电和风电构成的绿电,是生产绿氢最理想的能量来源。光伏发电直接制造绿氢,简单来说,就是将光伏产生的绿电输送到制氢厂,通过电解槽等核心装置,以电解水的形式产生氢气。由此产生的绿氢将被运送到炼厂、钢铁厂等应用端,替代原有的灰氢和蓝氢。 

  占地9700多亩的库车绿氢示范项目,安装了50多万块光伏板。当太阳光照射到光伏板表面时,受激发产生的游离电子会在内部电场的作用下定向移动,于是形成了电流。 

  项目作业团队通过专业的辐照计算软件测算光伏组件的最佳倾角,确保组件全年接受的太阳辐射最大化,并选择双玻璃面板增加太阳光利用率。这些光伏板年发电量近6亿千瓦时,平均每天发电159万千瓦时。 

  随后,这些绿电将由23.7公里长的输电线路输送至绿氢工厂。在制氢车间的52台电解槽中,远道而来的绿电将配置好的碱液电解成氢气和氧气。氢气经过提纯后,将被送往10个巨大的球形储罐,并最终被送往中国石化塔河炼化公司,用于替代过去炼油加工中一直使用的灰氢,实现炼油产品绿色化。 

  重大设备及核心材料全部实现国产化 

  “这是绿氢炼化首次实现规模应用,对炼化企业大规模利用绿氢实现碳减排具有重大示范效应。”范林松表示。 

  中国石化塔河炼化公司生产管理部副经理刘子英则表示,这是第一次把绿氢引入炼油企业来进行加工。“我们的两套天然气制氢系统最终会完全停用,每年大概可以减少天然气使用量2.4万吨,这是实现绿色炼油的一个探索。” 

  范林松表示,作为中国首个规模化绿电制绿氢项目,库车绿氢示范项目建设中面临着工艺技术新、规模大、无成熟工程案例可借鉴等难点。 

  中国石化通过联合攻关、揭榜挂帅等形式,突破性地解决了新能源波动电力场景下柔性制氢并连续稳定向下游炼化企业供应难题。 

  举例来说,光伏等可再生能源发电量具有一定的波动,如果遇上雨天导致发电量减少怎么办?中国石化通过自主开发绿电制氢配置优化软件,将电控设备与制氢设备同步响应匹配,实现了“荷随源动”,大幅提升了设备对波动的适应性。该项目还形成了一套集合了预测光伏发电、电氢耦合自动化控制等的创新性技术,可根据光伏发电情况预测产氢量和外输量,实现氢气制、储、输的自动计算和控制。 

  此外,项目中形成的万吨级电解水制氢工艺与工程成套技术、绿氢储运工艺技术、晶闸管整流技术、智能控制系统研发等创新成果,均实现了工业应用。 

  值得一提的是,范林松说,库车绿氢项目所用的光伏组件、电解槽、储氢罐、输氢管线等重大设备及核心材料全部实现国产化,有效促进了中国氢能装备企业发展。以电解槽为例,在该项目启动之前,国内的1000标准立方米/小时电解槽累计需求量不到30台,而仅库车绿氢示范项目就需要52台,有力促进了国内电解槽产业的规模化生产。 

  未来10-15年是绿氢产业发展关键阶段 

  库车绿氢示范项目的建成投产,不仅首次贯通了光伏发电、绿电输送、绿电制氢、氢气储存、氢气输运和绿氢炼化全产业链,而且还形成了具有自主知识产权的大规模电解水制氢工艺与工程成套技术,将为绿电制绿氢产业发展提供可复制、可推广的示范案例。 

  除了库车绿氢示范项目外,今年2月,中国石化还启动建设了鄂尔多斯3万吨/年绿氢项目。该项目将通过风光耦合所制绿氢就地供应中天合创能源有限责任公司生产高端绿色化工材料。 

  但总体而言,范松林认为,绿氢工业还仍处于产业发展初期阶段,规模化工业应用主要面临技术、成本、应用场景不完善等问题。 

  当前主流绿氢技术路线,主要为碱性水电解制氢技术(AE)和质子交换膜水电解制氢技术(PEM)。业内人士称,中国AE制氢技术水平与国外相近,拥有完全自主知识产权的设备制造、工艺集成能力。在PEM制氢技术方面,中国尚处于研发走向工业化的前期阶段,电解槽的质子交换膜和膜电极等核心技术和装备目前主要依赖进口。 

  其中,电解水制氢系统在制氢站总成本中的占比约为80%,且技术壁垒较高,因此电解槽的成本和技术的进一步革新,是绿氢产能更上一层楼的关键。 

  业内专家分析,未来10-15年将是绿氢产业从培育期走向商业化初期的关键阶段,绿电绿氢一体化生产、氢能基础设施和氢基碳中和解决方案等将逐步走向成熟;再用15年左右时间,绿氢在主要应用领域有望实现规模化部署。 

    

   

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