解玉平: 新能源大基地制氢项目,碱液和PEM耦合将是比较理想的方案

能见App 2023年10月19日 3537

2023年10月16日-20日,2023北京国际风能大会暨展览会(CWP2023)在北京如约召开。作为全球风电行业年度最大的盛会之一,这场由百余名演讲嘉宾和数千名国内外参会代表共同参与的风能盛会,再次登陆北京,聚焦中国能源革命的未来。

本届大会以“构筑全球稳定供应链 共建能源转型新未来”为主题,将历时四天,包括开幕式、主旨发言、高峰对话、创新剧场以及关于“全球风电产业布局及供应链安全”“双碳时代下的风电技术发展前景”“国际风电市场发展动态及投资机会”“风电机组可靠性论坛”等不同主题的21个分论坛。

10月18日上午, 西门子能源有限公司可再生能源系统事业部总监解玉平在“氢能与新能源产业高质量发展论坛”上发表了题目为《可再生能源制氢及P2X解决方案》 的主旨发言。   

   以下为演讲全文:

 各位朋友大家好,我是来自西门子能源的解玉平。我今天主要想从系统集成角度来讲,跟大家探讨一下,真正做项目,我们经历了哪些系统优化和一些系统集成,以及怎么去做。海上风电制氢,这一块我们怎么去前沿探讨。

西门子能源主要在PEM这个方向上进行发力。好多人问我,你作为一个PEM的生产商怎么看碱液,碱液是非常好的技术,我也非常喜欢,未来在很多项目上,我们理想的状态是碱液和PEM一种耦合。

大家可以看到国内很多开发项目都在三北,新疆、内蒙古、吉林,这些项目的属性并没有非常好的上网条件,而且规模非常大,一批、二批、三批大基地项目。我们认为一定程度上是离网或者限制网的项目,像碱液和PEM耦合将是比较理想的方案。PEM可以在比较低的负荷区间进行非常稳定的产氢,变负荷能力比较强,它是PEM的一个特点。不可忽视的,碱液有非常好的经济性,对基本负荷的支撑足够,在我们看来,大概可以理解为80%或者85%左右碱液配上百分之十几左右的PEM,这是相对比较有机的状态。

说完技术路线,再说一下产品。西门子能源从1995年开始做电解水制氢研究,我为什么选择PEM?跟地方特点有关系。在国内我们很多时候有非常强大的电网,有全世界最好的电网,但是平时觉不出来,世界上很多地方并没有这么好的电网,大部分能源等同于我们经常说的“垃圾电”和波动性非常大的电,需要电网承载很大的义务。基于这种考虑我们选择了对电负荷响应能力比较强的PEM技术路线,沿着这个技术路线发布了几个产品。

现在经过对全球市场的研究,我们认为要走向大型化。要降低成本应对未来的应用,就要走向大型化,大概是单个设备4000方体量。它带来一个非常大的好处,单位成本比较低。刚才有一个领导问我,一般都说PEM价格是碱液的多少倍,有5倍、10倍,我跟他讲没这么多,300差不多能做到2.5倍。

    在座各位都是专家,上游、中游、下游的布局。西门子能源是全球链条最长的,我们最开始做传统业务,西门子能源做输电、发电,也有风机,实际上西门子能源做光伏很早,没有赶上市场,所以出去又回来。我们现在依然有做光伏EPC的能力,运维都有。我们有上游的设计团队,国内金融解决方案不需要,因为融资租赁比较强,国外是有的。可再生能源有风机,能提供光伏运维团队。另外有电网设备,在中国有其八个做变压器、整流器相关产品的工厂,执行设备也有。下游消纳有一个方向是掺氢燃机,我们在这一块做的比较领先,国内30%的掺氢上了差不多大半年或者一年了。

    往下游走,合成甲醇、合成氨是未来很大的方向。我们做了全球链条最长的合成甲醇、合成汽油项目。整个链条上我们有产品,基于这个布局全了有什么好处?我有非常大的动力做更上一层的系统集成。引出另外一个西门子非常擅长的控制系统,自动控制系统做了优化,上一层横跨,从上游电源到中游转化,到下游合成,到区块链绿证产出可以做整体的系统集成,我们走的比较靠前。几位专家提到国内做制氢项目有一个痛点,业主至少需要找两个设计院,下游是化工设计院,细分的比较厉害,西门子能源有一些项目可以提供前期的支持和咨询进行连接。

下面讲几个项目,应用场景差不多。我们在德国美因茨做了一个综合示范园,绿电制氢可以进管网,也可以进加油站,进了管网联产进行电网,它比较综合,虽然是一个示范项目,但是总体来讲给了我们比较好的方向示范。

国内氢冶金也在如火如荼推进,西门子能源在奥钢联,在厂区丰富的绿电资源集中起来做厂区内的电解水制氢,用于冶金、氢冶金的示范,非常小,但是示范意义比较明确。国内宝武在引领国家战略这条线,氢冶金如果真的能推广对电解水制氢需求量非常大。

    现在讨论比较热烈,绿氨甲醇的出口,除了港口,除了一些用户难点之外,其实还有很大的挑战就是绿证。圈里一般说氨和甲醇只要办了绿证价格就翻倍,氨三四千一吨,办了证大概1000到1200美金一吨,绿证是未来很大的刚性需求,对绿色能源的全球转移。国外用海运,主要几大海运公司都在做,95%以上改甲醇,5%地中海行业改一些氨,总体来讲趋势是不可逆转的,因为航运界脱碳路线图比较清晰。

这就是我刚才讲的全球链条最长,跨度最大的。德国缺能源,尤其缺天然气,保时捷和德国的一些资本跑到南美的智利,把制电转化成氢气,转化成甲醇,再转化成汽油,再拉回到德国,链条非常长,中间大概有十几个环节。中试装置去年已经投产了,每年产生3万升的汽油,我们正在做2025年投产,大概是5500升汽油。这是离网的项目,大基地,链条非常长,能源储存和运输时间、空间非常大。

欧洲为什么要花高价买这些南美智利风电合成的汽油?因为有绿证是减碳的。这个项目有十几个合作伙伴,西门子能源在里面作为方案集成商,西门子能源在氢这个链条上一直想扮演方案集成,不是拘泥于电解槽生产或者变压器的生产。这些产品即便是我都能生产,有一些项目上也可以跟其他合作伙伴去合作,这是我们一个方案集成。它是风电,电解水制氢,。很多专家一听不太靠谱,因为成本非常高,我们在做第二期的时候发现二氧化碳不够了,DAC完全跟不上规模化需求,在280兆瓦这个项目上用的生物质,签的生物质二氧化碳合同。

合成甲醇有专门的专利,跟第三方合作,甲醇合成汽油最开始用X美孚,中石化通过授权的一些方式在参与二期、三期。

最后一步绿证怎么做?我们经过很多轮探讨,离不开3家,一家是技术支持方,在这个项目上整个系统的支持方西门子能源。另外标准的认定方,第三方TOV(德国TOV检测),还有买方所在市场的政府,这个是绕不开的,往日本卖,不管是当地的能源还是工信要去打交道。德国能源署和西门子能源一起做的绿证,基于区块链技术做计账,每15到18分钟刷新一次,它是挺复杂的系统,从做风电开始,比如发100份绿证转化到氢,我把这100份消掉,氢侧60个绿证单元,一个环节一个环节导,中间每一步都是由第三方认证。最后出来的产品里面有多少份绿证也都是有计账的,都可以查,每十几分钟更新一次。目前这个系统得到了欧盟认可,前一段时间欧盟发布一些官方的文件里面提到绿证探讨,它会把西门子能源作为一个比较典型的案例去讲。

    我在国内跑过好多项目,新疆有做航油的,内蒙古有合成氨想去卖的,吉林有想做绿氨出口日韩的。我了解行业内的朋友都在推这个东西,需要整个行业一起抱团推动,不是某一个厂商去突破,属于整个行业。能源格局大家期待非常高,主要需求目前来看是日、韩、德国,所以这就是为什么有这么大的热情去做这件事。

我们怎么做的全离网项目?用两个系统,一个系统叫ESD仿真系统,另外一个是(英)设计系统。国内很多设计院都在做,能源系统优化软件,我们一直觉得我们用的是最好的,因为在里面集成了风机模型、电解槽模型、储能模型、氢合成等等,我们认为比较准,打磨过很久。

我跟好多客户做过类似的项目,把一些边界条件给我,测风测光数据、上网比例、电网要求,还有储能的要求,距离分布,下游一些初步的方向。很重要的一点,你需要把财务数据给我,怎么融资,20%的贷款,20%自由资,怎么还钱,利息多少。整个都带进去之后,我会在系统里面不断地去跑寻出一个最优解,寻优的方向大家需要探讨,通常要单位最低成本,整个系统里面去跑,时间长短跟测光颗粒度有关系,最后做出一个配置。这个配置告诉你风电光伏配置出来之后用多大的储电,多大的储能,多少中间储氢,甚至储甲醇,以及多大投资,选什么样的型,怎么去配,出来以后可以达到最低的单位成本。

这是一个实际的案例,设计院给客户第一版是这个样子,电源侧跟电池储能,跟碱液电解槽这三者极度不匹配。右面电池一直处于高位储能,没法把电能平滑顺畅转化成氢。我们做了多极优化,最终的结果是可以把储能降一半,通过一些电解槽优化配置把电尽可能比较舒畅转化成氢,同时降低投资,提高回收率。

有两个大方向,一个降低储能的投资。一般项目20年,储能通常来讲七八年换一波,至少考虑两批、三批储能投资。另外把边边角角电转化成氢,提高一点采收率,你可以这么理解,这是我们大概的逻辑。

基于某一版的边界条件,大概做2块多钱,客户说必须做到1.5块以下。你做项目的时候比较顺畅,协调也比方便,另外避免一些坑。在国内内蒙古、吉林给客户做迭代,大家感兴趣可以跟控制专家聊。

海上风电制氢是非常热的话题,海水直接制氢让这个话题到了一个新高度。西门子德国有动力,是因为德国的能源供给很多程度是北海的风电在供应全国的能源。德国有很大的痛点,有些人把它作为一个有意思的玩笑来讲,德国永远打不通从北到南的输电通道,德国一些环保标准成本比较高,所以一直没有打通,电网支离破碎经常停电。北海的电输不过来,那就制成氢,用氢的管网来做,西班牙的光伏转化成氢,这是它的想法。德国从国家战略上把海上风电制氢放到几大战略之一的高度,西门子能源作为这个项目的负责人。

    一说海水制氢直接想把电解槽放到海上平台就可以了,但是去跑就会遇到很大的问题。变负荷、低负荷对辅助系统冲击很大,控制系统和安全报警系统以及电解水之前的处理系统,如果负荷比较低,变化比较大,膜的压力,对里面滤芯的损坏都是比较大的冲击。现在的路线是这样子的,西门子能源自己做风机,14兆瓦、15兆瓦风机上做了一套电解水制氢系统,重新设计3套,每套5兆瓦,大概这么一个体量,现在正在测试。目前已经投了1亿多欧元做测试,目标是在2025年发布成果。海上风电制氢国内也在做,还想往前推动,我们对于氢能源具有非常大的期待。现在不管是碱液,还是PEM,还是其他的技术路线,目前还达不到我们的期待值,需要各位一起抱团一起开拓。

我今天的内容就是这些,谢谢大家!   

(根据演讲速记整理,未经演讲人审核)

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