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绿氢工业化规模应用实现零的突破!我国首个万吨级光伏绿氢示范项目全面建成投产

2023-08-30 14:15:44来源:央广网点击:1445 次

今天(30日),中国石化宣布,我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。随着配套的光伏电站实现全容量并网,该项目可以满负荷生产绿氢,每年生产2万吨绿氢,用于替代炼油加工中使用的天然气制氢,实现现代油品加工与绿氢耦合低碳发展,全面建成投产标志着我国绿氢工业化规模应用实现零的突破。“绿氢”究竟是什么,和我们之前常见的制氢方式有什么不同?对我国实现节能降碳、环境改善的目标又将发挥怎样的重要作用?

天山脚下,塔克拉玛干沙漠北缘的库车市,随着最后一块光伏板的安装完成,相当于900多个足球场大小的光伏电站,实现了全容量并网。利用当地丰富的太阳能资源,每年可发出近6亿度绿电。绿电电解水制氢,替代炼油加工传统的天然气制氢,中国石化塔河炼化实现炼油产品的绿色化。中石化新星新疆绿氢新能源有限公司副总经理方虎介绍,该项目是国内首次规模化利用光伏发电直接制绿氢的项目,电解水制氢能力2万吨/年、储氢能力21万标立方、输氢能力2.8万标立方每小时。

方虎说:“我们先由300兆瓦光伏发电,把电从光伏厂送到制氢厂,制氢厂降压以后,输送到电解槽生产车间进行使用,通过电解槽把碱性电解水进行电解,产生氢气和氧气,氢气这部分在进一步纯化以后,达到了我们的3个9以上的纯度以后,达到满足下游使用条件,全流程过程中是没有产生任何碳排放的。”

当前,作为节能降碳领域先锋的氢能产业逐渐进入发展快车道。我国是世界最大的制氢国,年制氢量约3300万吨,氢能在多个领域都发挥着举足轻重的作用,比如在炼油过程中,为了生产高标准的油号汽油,必须要用氢气加入其中进行化学反应。目前我国生产出的八成氢气用于石油炼化、合成氨、合成甲醇、现代煤化工等化工领域。

然而此前我国大部分制氢的途径来自化石能源,属于“灰氢”,这部分氢气主要通过煤炭、天然气等化石原料制取,制取每公斤氢气的碳排放强度约为10—20公斤。绿氢是通过太阳能、风能等可再生能源发电直接制取,生产过程中基本不产生温室气体,此前由于技术所限,所以占比较低。中国石化塔河炼化公司生产管理部刘子英介绍,项目运行后,能够完全替代现有天然气化石能源制氢,每年可减少二氧化碳排放48.5万吨,开创了绿氢炼化新发展路径。

刘子英说:“万吨级的光伏制氢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设备最终是完全停用,每年大概可以减少天然气的使用量是2.4万吨,这也是实现绿色炼油的探索。下一步正在积极推动百万吨乙烯和炼油转化结构调整,整个光伏制绿氢还要增加产能,可能要达到7.5万吨,探索让老的石化企业实现真正的脱碳。”

据介绍,这是我国首个贯通光伏发电、绿电输送、绿电制氢、氢气储存、氢气输运、绿氢炼化等绿氢生产利用全流程的典型示范项目,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。作为提供制氢设备的厂家之一,西安隆基氢能科技有限公司高级工程师王祥龙介绍,团队突破性解决了新能源波动电力场景下柔性制氢,并连续稳定供应难题,完成了万吨级电解水制氢工艺与工程成套技术、智能控制系统研发等创新成果。

王祥龙说:“我们的工艺是就是4台电解槽对一套分离框架,再对一套纯化装置,这套工艺是在国内首次示范使用,分离框架的作用主要是让气液混合物在分离罐的作用下达到重力分离,气体往上走液体往下走,然后达到重复循环使用的过程,从分离框架出来的氢气,我们可以达到99.5,然后再通过我们的纯化装置可以达到5个9。”

光伏发电的不稳定,与制氢需要连续稳定的供电形成了矛盾,为了克服这一矛盾,技术人员自主研发的综合控制系统,使得绿电大规模制绿氢成为可能。据了解,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已经全部实现国产化,有效促进了我国氢能装备和氢能产业链发展。中石化新星新疆绿氢新能源有限公司副总经理方虎说:“目前因为这个项目的规模在国内甚至全球来讲是首次,实现这么大规模的同步应用,所以说这套控制系统、控制软件肯定也是首创的,因为我们这个项目在建设的初期就定了一个目标,我们的项目国产化率不低于99%。”

目前,全国化工行业的碳排放占工业领域总排放的20%、占全国二氧化碳总排放的13%。此外,化工行业也是难减排行业,其能源和原料难以被电气化完全替代。因此,绿氢炼化被视为化工行业实现转型的重要路径。

同时,我国可再生资源丰富,绿氢制取潜力巨大,未来发展前景广阔。以光伏、风电等可再生能源制氢为主的绿氢产业作为战略性新兴产业,其产业发展和技术革新能够切实保障经济社会、环境能源等综合领域的提质增效,成为落实“双碳”目标的重要举措。中石化新星新疆绿氢新能源有限公司总经理范林松说:“项目对炼化企业大规模利用绿氢,实现碳减排具有重大的示范效应,为国内可再生能源企业制取绿氢并大规模工业化应用提供了可复制、可推广的示范案例,对当地经济社会的发展也必将起到有利的推动作用。”

随着装备的升级以及相关政策的落地,依靠绿氢发电,节能降碳也能实现可持续发展。

范林松说:“从长期来看,我们用的是自己建设的光伏发电,随着发电效率的提升,可以实现成本的降低。另外,随着我们装备制造业的不断更新迭代,电解的效率有提升的空间,直接会能够导致我们用电能耗的降低,这样也会带动绿氢成本的降低。”