在全球从化石燃料过渡到可再生能源的过程中,新技术将奠定良好的基础。绿氢是一种新兴的能源技术,它有助于降低对碳氢化合物的依赖。不过,该技术目前仍处于起步阶段,如何实现高效益的生产,是绿氢行业面临的一个艰巨的挑战。
为了实现高效的绿氢生产,需要新技术和新理念。行业的发展孕育着大量的机会,但为了实现共同的远景目标,我们还必须充分发挥数字化技术在推动变革方面的重要作用。
在从碳基能源向可再生能源过渡的过程中,人类面临诸多挑战。而如果能充分利用可再生能源制造的绿氢,将可以大大推动这一进程。目前的大多数氢都是用化石燃料生产的,其工业用途包括炼油,生产氨、甲醇和钢铁等。随着绿氢技术近来取得的进步,这种能源对其他行业的吸引力也在不断增加。
绿氢是通过可再生能源电解水来生产的,这种工艺过程不会产生碳排放。氧气是电解制氢工艺产生的另一种气体,这些氧气可以释放到空气中,也可以用于其他用途,如图1所示。
目前,与直接使用可再生电力相比,制造和使用氢气发电的效率较低。
据国际能源署的数据,现在只有不到0.1%的氢是通过水电解产生的,不过这种情况可能会在不久的将来发生变化。1为了使绿氢具有竞争力,需要进行大量投资,一些公司正在着手解决这方面的难题。预计未来十年将有5000亿美元投入到相关的研发项目中,其中约70%将用于绿氢的生产。预计到2030年,这些投资会促进超过1000万公吨/年的低碳氢产能。2
在作出关于绿氢的投资决策时,首先要确定氢气的生产成本。
绿氢的成本取决于能源总需求量、能源总成本、电解槽及其配套系统的成本以及运营成本。根据这个简单的公式,电解槽生产企业应该提供一套估算方法,从而为开发商和工程单位提供一个清晰的概念,使其了解生产一千克氢气或者每小时生产一立方米氢气,需要多少原料/电力/耗材,折合为成本是多少。不过,目前最常见的方法还无法估算得足够精确。如果我们重点关注决定绿氢总成本的最关键变量,则可以提高估计精度:
●资本支出:电解槽的投资费用(包括制氢厂房配套设施)。
●运营支出:运行电解槽的费用。主要是电费,还有一些系统运维费用和水费。
●寿命:为了评估氢的总成本,必须考虑系统寿命。 “寿命”表示从系统性能的角度来看,应该在合适的时间更换装置,而不是运行到系统无法再使用为止。
●效率:电解槽的效率取决于生产一定量的氢气所需的电量。效率越高,运营成本越低。
绿氢装置通常包括电解槽、高/中/低压电气设备、整流器、气体分离装置、气体干燥装置、加工设施、压缩机、冷却风机、控制和安全系统。该装置可以分为电解槽组和工厂配套设施(BOP)。
根据可持续工艺技术研究院(ISPT)的估算,在千兆瓦规模制氢厂的直接成本中,采用碱性电解槽技术时,电解槽组和BOP的成本分别占23%和77%,采用聚合物电解质膜(PEM)技术时,电解槽组和BOP的成本分别为48%和52%。可以看出,制氢厂配套设施成本对项目的总体成本有重大影响。
根据上述变量和成本因素,在估算、设计、建造和运营绿氢设施的过程中,应该满足如下条件:
1.拥有关于绿氢装置的设计和安全操作知识。
2.了解影响生产效率的因素。
3.最大限度缩短停运时间。
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