我国绿氢规模化应用实现零的突破

仓库绿氢示范项目投入运营,不仅首次通过光伏发电、绿电运输、绿电氢、氢储存、氢运输和绿氢炼油产业链,而且构成了具有独立知识产权的规模电解水氢工艺和一套工程技术,也为绿电绿氢产业的发展提供可复制、可推广的示范案例。

8月30日,中石化宣布,中国最大的光伏发电直接绿氢项目——新疆库车绿氢示范项目已全面投入运营,标志着中国绿氢工业化工业零突破,也被业界认为是中国绿氢工业发展的里程碑。

中国石化新秀新疆绿氢新能源有限公司总经理范林松表示,本项目使用的光伏组件、电解罐、储氢罐、输氢管道等重大设备和关键材料均已产业化,有效促进了我国氢能设备和氢能产业链的发展。

9700多亩土地上有50多万元光伏板

氢能被称为21世纪的终极能源。根据国际氢能委员会发布的《氢能未来发展趋势研究报告》,2050年全球氢能需求将增加到目前的10倍,产业链产值将超过2.5亿美元。

此外,据中国氢能联盟估计,到2025年,中国氢能产业产值将达到1万亿亿元。2050年,氢能将占中国终端能源系统的10%以上,产业链年产值将达到12万亿元。

那么什么是绿氢呢?根据中国氢能联盟发布的《低碳氢、清洁氢和可再生氢的标准和评价》,氢一般分为低碳氢、清洁氢和可再生氢,俗称灰氢、蓝氢和绿氢。

灰氢是指化石能源(原油、天然气、煤)产生的氢,碳排放强度较大;蓝氢是指化石能源产生的氢,碳捕获和碳密封技术,碳排放强度相对较低;绿氢是指风电、水电、太阳能、核电等可再生能源,无碳排放。

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

由光伏和风电组成的绿色电力是绿色氢最理想的能源。光伏发电直接生产绿氢,简单地说,就是将光伏产生的绿电输送到氢生产厂,根据电解槽等关键设备,通过电解水产生氢。产生的绿氢将被运输到炼油厂、冶炼厂和其他应用程序,以取代原来的灰氢和蓝氢。

仓库车辆绿氢示范项目占地9700多亩,配备光伏板50多万元。当阳光照射到光伏板表面时,激发产生的分散电子会在内部电场的影响下定向移动,从而形成电流。

项目团队通过专业的辐照计算软件计算光伏组件的优秀倾角,确保年度接受的太阳辐射最大化,并选择双玻璃面板来提高太阳能利用率。当这些光伏板每年发电近6亿千瓦时,平均每天发电159万千瓦时。

随后,这些绿色电力将从23.7公里长的电力线路运输到绿氢工厂。在制氢车间的52个电解槽中,远道而来的绿色电力将配置好的碱液电解成氢气和氧气。氢气净化后,将被送往10个巨大的球形储罐,然后送往中国石化塔河炼油公司,取代以往炼油加工中使用的灰氢,完成炼油商品的生态化。

所有重大设备和关键材料都实现了工业化

范林松表示:这是绿氢炼制首次实现大规模应用,对炼化企业大规模使用绿氢完成碳减排具有重要示范作用。

中国石化塔河炼油公司生产管理部副经理刘子英也表示,这是第一次将绿氢引入炼油企业进行加工。每个人的两套天然气制氢系统最终都会完全停止,每年可以减少2.4万吨天然气的使用,这是对绿色炼油的探索。

范林松表示,作为中国第一个工业绿色电气绿氢项目,库车绿氢示范项目建设面临着生产技术新、规模大、工程案例不完善等问题。

中石化在新能源起伏的电力场景下,突破性地解决了软性制氢问题,并通过联合攻关、揭榜等方式,持续稳定地向下游炼化企业供应。

例如,光伏和其他可再生能源的发电量有一定的起伏。如果雨天发电量减少怎么办?根据绿色电气制氢设备优化软件的自主研发,中石化将电气控制设备与制氢设备同时响应配对,完成了荷随源,大大提高了设备对变化的适应性。本项目还形成了一套集光伏发电预测、电氢莲花自动化控制于一体的创新技术,可根据光伏发电条件预测产氢和外部输送,完成氢气制造、储存和输送的快速计算和控制。

此外,工业领域还取得了1万吨电解水制氢技术和成套工程技术、绿氢储运生产技术、晶闸管整流技术、智能监控系统研发等创新成果。

值得一提的是,范林松表示,库车绿氢项目中使用的光伏组件、电解罐、储氢罐、输氢管道等重大设备和关键材料均已产业化,有效促进了我国氢能设备公司的发展。以电解槽为例。项目启动前,国内1000标准立方米/小时电解槽累计需求量不足30个,仅库车绿氢示范项目需要52个,有效促进了国内电解槽行业的大规模生产。

未来10-15年将是绿氢产业发展的关键阶段

仓库绿氢示范项目投入运营,不仅首次通过光伏发电、绿电运输、绿电氢、氢储存、氢运输和绿氢炼油产业链,而且构成了具有独立知识产权的规模电解水氢工艺和一套工程技术,也为绿电绿氢产业的发展提供可复制、可推广的示范案例。

除库车绿氢示范工程外,今年2月,中石化还启动了鄂尔多斯3万吨/年绿氢工程建设。本项目将采用景观莲藕制成的绿氢,供应最近的中天合创能源有限公司生产高档绿色化工材料。

但总的来说,范松林认为,绿氢产业仍处于产业发展的早期阶段,工业化产业的关键领域面临着技术、成本、应用不完善等问题。

目前主流绿氢技术路线多为偏碱水电解制氢技术(AE)水电解制氢技术与质子交换膜(PEM)。业内人士表示,中国的AE制氢技术水平与国外相似,具有完全独立知识产权的设备制造和工艺集成能力。在PEM制氢技术方面,中国仍处于工业化研发的早期阶段。目前,电解槽的质子交换膜、膜电极等核心技术和设备主要依靠进口。

其中,电解水制氢设备约占制氢站总成本的80%,技术要求较高。因此,电解槽的成本和技术的进一步创新是提高绿氢产能水平的关键。

据业内人士分析,未来10-15年将是绿氢产业从培育期到商业化初期的关键阶段。绿电绿氢一体化生产、氢基础设施和氢基碳中和解决方案将逐步成熟;大约15年后,绿氢预计将在主要应用领域实现大规模部署。