我國綠氫規(guī)模化應(yīng)用實(shí)現(xiàn)零的突破

操秀英

庫車綠氫示范項(xiàng)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(chǔ)存、氫氣輸運(yùn)和綠氫煉化全產(chǎn)業(yè)鏈，而且還形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大規(guī)模電解水制氫工藝與工程成套技術(shù)，將為綠電制綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供可復(fù)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(xiàng)目——新疆庫車綠氫示范項(xiàng)目全面建成投產(chǎn)，這標(biāo)志著我國綠氫規(guī)模化工業(yè)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)零的突破，也被業(yè)界認(rèn)為是我國綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)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(xiàng)目所用的光伏組件、電解槽、儲(chǔ)氫罐、輸氫管線等重大設(shè)備及核心材料全部實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，有效促進(jìn)了我國氫能裝備和氫能產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。

氫能被稱為“21世紀(jì)的終極能源”。國際氫能源委員會(huì)發(fā)布的《氫能源未來發(fā)展趨勢調(diào)研報(bào)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(yù)計(jì)，至2025年，我國氫能產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將達(dá)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(dá)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?xì)?、清潔氫與可再生氫的標(biāo)準(zhǔn)與評(píng)價(jià)》，氫氣一般分為低碳?xì)?、清潔氫與可再生氫，俗稱灰氫、藍(lán)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(qiáng)度相對(duì)較大；藍(lán)氫指的是利用化石燃料制取的氫，同時(shí)配合碳捕捉和碳封存技術(shù)，碳排放強(qiáng)度相對(duì)較低；綠氫指的是利用風(fēng)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(tuán)此前發(fā)布的報(bào)告認(rèn)為，綠氫已成為實(shí)現(xiàn)全球凈零排放的關(guān)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(fēng)電構(gòu)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(yùn)送到煉廠、鋼鐵廠等應(yīng)用端，替代原有的灰氫和藍(lán)氫。

占地9700多畝的庫車綠氫示范項(xiàng)目，安裝了50多萬塊光伏板。當(dāng)太陽光照射到光伏板表面時(shí)，受激發(fā)產(chǎn)生的游離電子會(huì)在內(nèi)部電場的作用下定向移動(dòng)，于是形成了電流。

項(xiàng)目作業(yè)團(tuán)隊(duì)通過專業(yè)的輻照計(jì)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(shí)，平均每天發(fā)電159萬千瓦時(shí)。

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(tái)電解槽中，遠(yuǎn)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(gè)巨大的球形儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)煉油產(chǎn)品綠色化。

“這是綠氫煉化首次實(shí)現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用，對(duì)煉化企業(yè)大規(guī)模利用綠氫實(shí)現(xiàn)碳減排具有重大示范效應(yīng)?！狈读炙杀硎?。

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(jìn)行加工。“我們的兩套天然氣制氫系統(tǒng)最終會(huì)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(shí)現(xiàn)綠色煉油的一個(gè)探索?！?/p>

范林松表示，作為我國首個(gè)規(guī)?；G電制綠氫項(xiàng)目，庫車綠氫示范項(xiàng)目建設(shè)中面臨著工藝技術(shù)新、規(guī)模大、無成熟工程案例可借鑒等難點(diǎn)。

中國石化通過聯(lián)合攻關(guān)、揭榜掛帥等形式，突破性地解決了新能源波動(dòng)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(yīng)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(dòng)，如果遇上雨天導(dǎo)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(shè)備與制氫設(shè)備同步響應(yīng)匹配，實(shí)現(xiàn)了“荷隨源動(dòng)”，大幅提升了設(shè)備對(duì)波動(dòng)的適應(yīng)性。該項(xiàng)目還形成了一套集合了預(yù)測光伏發(fā)電、電氫耦合自動(dòng)化控制等的創(chuàng)新性技術(shù)，可根據(jù)光伏發(fā)電情況預(yù)測產(chǎn)氫量和外輸量，實(shí)現(xiàn)氫氣制、儲(chǔ)、輸?shù)淖詣?dòng)計(jì)算和控制。

此外，項(xiàng)目中形成的萬噸級(jí)電解水制氫工藝與工程成套技術(shù)、綠氫儲(chǔ)運(yùn)工藝技術(shù)、晶閘管整流技術(shù)、智能控制系統(tǒng)研發(fā)等創(chuàng)新成果，均實(shí)現(xiàn)了工業(yè)應(yīng)用。

值得一提的是，范林松說，庫車綠氫項(xiàng)目所用的光伏組件、電解槽、儲(chǔ)氫罐、輸氫管線等重大設(shè)備及核心材料全部實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，有效促進(jìn)了我國氫能裝備企業(yè)發(fā)展。以電解槽為例，在該項(xiàng)目啟動(dòng)之前，國內(nèi)的1000標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時(shí)電解槽累計(jì)需求量不到30臺(tái)，而僅庫車綠氫示范項(xiàng)目就需要52臺(tái)，有力促進(jìn)了國內(nèi)電解槽產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化生產(chǎn)。

庫車綠氫示范項(xiàng)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(chǔ)存、氫氣輸運(yùn)和綠氫煉化全產(chǎn)業(yè)鏈，而且還形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大規(guī)模電解水制氫工藝與工程成套技術(shù)，將為綠電制綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供可復(fù)制、可推廣的示范案例。

除了庫車綠氫示范項(xiàng)目外，今年2月，中國石化還啟動(dòng)建設(shè)了鄂爾多斯3萬噸/年綠氫項(xiàng)目。該項(xiàng)目將通過風(fēng)光耦合所制綠氫就地供應(yīng)中天合創(chuàng)能源有限責(zé)任公司生產(chǎn)高端綠色化工材料。

但總體而言，范松林認(rèn)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(yīng)用主要面臨技術(shù)、成本、應(yīng)用場景不完善等問題。

當(dāng)前主流綠氫技術(shù)路線，主要為堿性水電解制氫技術(shù)（AE）和質(zhì)子交換膜水電解制氫技術(shù)（PEM）。業(yè)內(nèi)人士稱，我國AE制氫技術(shù)水平與國外相近，擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的設(shè)備制造、工藝集成能力。在PEM制氫技術(shù)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(shù)和裝備目前主要依賴進(jìn)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(shù)壁壘較高，因此電解槽的成本和技術(shù)的進(jìn)一步革新，是綠氫產(chǎn)能更上一層樓的關(guān)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(guān)鍵階段，綠電綠氫一體化生產(chǎn)、氫能基礎(chǔ)設(shè)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(shí)間，綠氫在主要應(yīng)用領(lǐng)域有望實(shí)現(xiàn)規(guī)模化部署。