我國綠氫規(guī)模化應用實現(xiàn)零的突破
發(fā)表時間：2023-09-14
來源：科技日報
作者：操秀英
新疆庫車綠氫示范項目制氫廠。中國石化供圖
庫車綠氫示范項目的建成投產(chǎn)，不僅首次貫通了光伏發(fā)電、綠電輸送、綠電制氫、氫氣儲存、氫氣輸運和綠氫煉化全產(chǎn)業(yè)鏈，而且還形成了具有自主知識產(chǎn)權的大規(guī)模電解水制氫工藝與工程成套技術，將為綠電制綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供可復制、可推廣的示范案例。
8月30日，中國石化宣布，我國規(guī)模最大的光伏發(fā)電直接制綠氫項目——新疆庫車綠氫示范項目全面建成投產(chǎn)，這標志著我國綠氫規(guī)模化工業(yè)應用實現(xiàn)零的突破，也被業(yè)界認為是我國綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個里程碑。
中國石化新星新疆綠氫新能源有限公司總經(jīng)理范林松表示，該項目所用的光伏組件、電解槽、儲氫罐、輸氫管線等重大設備及核心材料全部實現(xiàn)了國產(chǎn)化，有效促進了我國氫能裝備和氫能產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。
9700多畝土地上安裝50多萬塊光伏板
氫能被稱為“21世紀的終極能源”。國際氫能源委員會發(fā)布的《氫能源未來發(fā)展趨勢調(diào)研報告》稱，2050年，全球氫能源需求將增至目前的10倍，產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值將超過2.5萬億美元。
另據(jù)中國氫能聯(lián)盟預計，至2025年，我國氫能產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將達到1萬億元。2050年，氫能在我國終端能源體系中占比將超10%，產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值將達12萬億元。
那么何謂綠氫？根據(jù)中國氫能聯(lián)盟發(fā)布的《低碳氫、清潔氫與可再生氫的標準與評價》，氫氣一般分為低碳氫、清潔氫與可再生氫，俗稱灰氫、藍氫和綠氫。
灰氫指的是通過化石燃料（石油、天然氣和煤）制取的氫，在制取過程中碳排放強度相對較大；藍氫指的是利用化石燃料制取的氫，同時配合碳捕捉和碳封存技術，碳排放強度相對較低；綠氫指的是利用風電、水電、太陽能、核電等可再生能源，通過電解的方式制取的氫，制氫過程完全沒有碳排放。
國際投資銀行高盛集團此前發(fā)布的報告認為，綠氫已成為實現(xiàn)全球凈零排放的關鍵支柱，有助于減少15%的全球溫室氣體排放，是深度去碳化的最終解決方案。
由光伏電和風電構成的綠電，是生產(chǎn)綠氫最理想的能量來源。光伏發(fā)電直接制造綠氫，簡單來說，就是將光伏產(chǎn)生的綠電輸送到制氫廠，通過電解槽等核心裝置，以電解水的形式產(chǎn)生氫氣。由此產(chǎn)生的綠氫將被運送到煉廠、鋼鐵廠等應用端，替代原有的灰氫和藍氫。
占地9700多畝的庫車綠氫示范項目，安裝了50多萬塊光伏板。當太陽光照射到光伏板表面時，受激發(fā)產(chǎn)生的游離電子會在內(nèi)部電場的作用下定向移動，于是形成了電流。
項目作業(yè)團隊通過專業(yè)的輻照計算軟件測算光伏組件的最佳傾角，確保組件全年接受的太陽輻射最大化，并選擇雙玻璃面板增加太陽光利用率。這些光伏板年發(fā)電量近6億千瓦時，平均每天發(fā)電159萬千瓦時。
隨后，這些綠電將由23.7公里長的輸電線路輸送至綠氫工廠。在制氫車間的52臺電解槽中，遠道而來的綠電將配置好的堿液電解成氫氣和氧氣。氫氣經(jīng)過提純后，將被送往10個巨大的球形儲罐，并最終被送往中國石化塔河煉化公司，用于替代過去煉油加工中一直使用的灰氫，實現(xiàn)煉油產(chǎn)品綠色化。
重大設備及核心材料全部實現(xiàn)國產(chǎn)化
“這是綠氫煉化首次實現(xiàn)規(guī)模應用，對煉化企業(yè)大規(guī)模利用綠氫實現(xiàn)碳減排具有重大示范效應。”范林松表示。
中國石化塔河煉化公司生產(chǎn)管理部副經(jīng)理劉子英則表示，這是第一次把綠氫引入煉油企業(yè)來進行加工。“我們的兩套天然氣制氫系統(tǒng)最終會完全停用，每年大概可以減少天然氣使用量2.4萬噸，這是實現(xiàn)綠色煉油的一個探索。”
范林松表示，作為我國首個規(guī)模化綠電制綠氫項目，庫車綠氫示范項目建設中面臨著工藝技術新、規(guī)模大、無成熟工程案例可借鑒等難點。
中國石化通過聯(lián)合攻關、揭榜掛帥等形式，突破性地解決了新能源波動電力場景下柔性制氫并連續(xù)穩(wěn)定向下游煉化企業(yè)供應難題。
舉例來說，光伏等可再生能源發(fā)電量具有一定的波動，如果遇上雨天導致發(fā)電量減少怎么辦？中國石化通過自主開發(fā)綠電制氫配置優(yōu)化軟件，將電控設備與制氫設備同步響應匹配，實現(xiàn)了“荷隨源動”，大幅提升了設備對波動的適應性。該項目還形成了一套集合了預測光伏發(fā)電、電氫耦合自動化控制等的創(chuàng)新性技術，可根據(jù)光伏發(fā)電情況預測產(chǎn)氫量和外輸量，實現(xiàn)氫氣制、儲、輸?shù)淖詣佑嬎愫涂刂啤?/div>
此外，項目中形成的萬噸級電解水制氫工藝與工程成套技術、綠氫儲運工藝技術、晶閘管整流技術、智能控制系統(tǒng)研發(fā)等創(chuàng)新成果，均實現(xiàn)了工業(yè)應用。
值得一提的是，范林松說，庫車綠氫項目所用的光伏組件、電解槽、儲氫罐、輸氫管線等重大設備及核心材料全部實現(xiàn)國產(chǎn)化，有效促進了我國氫能裝備企業(yè)發(fā)展。以電解槽為例，在該項目啟動之前，國內(nèi)的1000標準立方米/小時電解槽累計需求量不到30臺，而僅庫車綠氫示范項目就需要52臺，有力促進了國內(nèi)電解槽產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化生產(chǎn)。
未來10—15年是綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展關鍵階段
庫車綠氫示范項目的建成投產(chǎn)，不僅首次貫通了光伏發(fā)電、綠電輸送、綠電制氫、氫氣儲存、氫氣輸運和綠氫煉化全產(chǎn)業(yè)鏈，而且還形成了具有自主知識產(chǎn)權的大規(guī)模電解水制氫工藝與工程成套技術，將為綠電制綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供可復制、可推廣的示范案例。
除了庫車綠氫示范項目外，今年2月，中國石化還啟動建設了鄂爾多斯3萬噸/年綠氫項目。該項目將通過風光耦合所制綠氫就地供應中天合創(chuàng)能源有限責任公司生產(chǎn)高端綠色化工材料。
但總體而言，范松林認為，綠氫工業(yè)還仍處于產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期階段，規(guī)模化工業(yè)應用主要面臨技術、成本、應用場景不完善等問題。
當前主流綠氫技術路線，主要為堿性水電解制氫技術（AE）和質(zhì)子交換膜水電解制氫技術（PEM）。業(yè)內(nèi)人士稱，我國AE制氫技術水平與國外相近，擁有完全自主知識產(chǎn)權的設備制造、工藝集成能力。在PEM制氫技術方面，我國尚處于研發(fā)走向工業(yè)化的前期階段，電解槽的質(zhì)子交換膜和膜電極等核心技術和裝備目前主要依賴進口。
其中，電解水制氫系統(tǒng)在制氫站總成本中的占比約為80%，且技術壁壘較高，因此電解槽的成本和技術的進一步革新，是綠氫產(chǎn)能更上一層樓的關鍵。
業(yè)內(nèi)專家分析，未來10—15年將是綠氫產(chǎn)業(yè)從培育期走向商業(yè)化初期的關鍵階段，綠電綠氫一體化生產(chǎn)、氫能基礎設施和氫基碳中和解決方案等將逐步走向成熟；再用15年左右時間，綠氫在主要應用領域有望實現(xiàn)規(guī)模化部署。