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绿色氢能:工业的下一个发展热潮
来源: 亚洲控制工程作者: 亚洲控制工程时间:2022-09-20 11:23:37点击:12204

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虽然社会在扩大可再生能源生产和降低成本方面取得了重要进展,但通往净零排放的道路仍然存在重大挑战。值得注意的是,阳光和风的间歇性,加上当前电池技术的局限性。特别是氢气,已成为帮助解决绿色电力的存储,传输和分配问题的主要候选者,并且建立必要的基础设施可能会使工业及其过程控制和仪表行业在未来几十年内保持相当繁忙。

氢经济正在加速,氢有一个特殊的属性,因为它可以使可再生电子无法进入的应用脱碳。氢气非常灵活,可以短距离或长距离运输,体积小,体积大,并且根据状态的不同,如果需要,可以储存很长时间。事实上,氢气可以以其纯形式作为高压液体储存和分布,背负到液态有机氢载体(LOHC)分子上,或作为氨以获得长期稳定性。它甚至可以与天然气混合,并通过现有的天然气传输网络进行分配,作为减少碳排放的过渡步骤。

氢气的可储存性为寻求稳定天然气或电网的国家和地区提供了战略灵活性,此外,氢为北非等电网基础设施不足的地区可再生能源发展提供了载体。这是一种新型的化学电池,可以完美地补充电气电池。

总的来说,可再生氢气可以大规模地将全球二氧化碳排放量减少25%。除了从家庭供暖到工业加工的最终用例外,他还引用了氢气在海上应用中的潜力,并指出当作为氨储存时,它在低压和低温下非常稳定,并且可以代替船用油作为船舶的首选燃料。大型港口将成为多能源枢纽,促进石油和天然气以及各种形式的氢气,二氧化碳和生物燃料的运输,所有这些都意味着增加灵活性。

全球40%的碳排放来自工业,深度脱碳将需要多管齐下的战略。特别是钢铁和水泥行业是该行业碳排放的主要贡献者,仅钢铁就占全球排放量的7-8%左右,约占所有道路运输排放量的一半。自1995年以来,水泥排放量增加了两倍,到2029年将继续增长5.1%。在这些行业中取代化石燃料将需要围绕绿色化学进行更大的过程重组。

现在至关重要的是思维方式的转变,从试点规模的实施到大规模的设施。由于生产和最终用途的例子种类繁多,并非所有例子都需要被充分利用,价值链才能成长和发展。

 

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1:氢价值链包括广泛的生产;传输;储存和配送;和最终使用/消费的可能性。随着我们了解到的更多,生产能力的增加,成本也会下降。来源:Emerson

规模扩大,成本更低

在其他可再生能源已经确立的模式中,增加的容量和更广泛的部署将不可避免地让位于更低的成本(图2)。全球可再生能源容量在过去八年中翻了一番,达到300万兆瓦。生产绿色氢气需要绿色电力——存在相关性。如果目前的趋势继续下去,碳氢化合物在一次能源流中的份额可能会从2018年的85%左右下降到2050年的20%。

氢气生产已经在加速,从2018年调试的不到20兆瓦到2020年的140兆瓦。但欧洲计划到2030年再投产80吉瓦,大幅提高赌注。这是G的千兆瓦,代表从现在到那时每年调试10,000兆瓦的氢气生产。

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2:在其他可再生能源已经确立的模式中,平准化能源成本(LCoE)随着生产/发电规模的扩大而降低。工业规模的氢气也不例外。来源:Emerson

大规模的预期成本节约将来自学习如何优化氢气生产过程。例如,1980年至2010年间联合循环发电厂一开始,它们不到100兆瓦,但现在是800兆瓦,效率从40%上升到60%,可用性从低80%到同期的高90%。真正的操作灵活性、预测性维护策略和增强的过程安全性现已成为常态。

这个过程的核心是燃烧涡轮机。对于绿色氢气生产,这个核心是电解槽。在过去的10年中,5-10兆瓦的单台电解槽是常态。现在,漏斗中项目的标准大小为100兆瓦或该数字的倍数。多个电解槽将部署在足球场大小的工厂中——但它们尚未得到优化,以实现最大的效率,可用性和可施工性。

与之前的燃烧涡轮机一样,未来10年的电解槽运行将加速学习速度,以优化运营,提高效率和可用性,预测性维护和增强整个工厂的过程安全性。自动化和仿真软件将在提高可靠性、性能、安全性和启停灵活性方面再次发挥关键作用。

最终,人们的心态正在转向电解槽车队的管理,这些电解槽在地理上分布并与天然气和电网协调管理。氢气将被用作缓冲剂,在过量的可再生能源可用时生产和储存氢气,并在缺乏时逆转这一过程。

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