可再生能源制氢是一种重要的能源转型路径,旨在通过电解水技术将可再生能源转换为氢气,从而实现能源的清洁、高效利用。可再生能源制氢的过程涉及将可再生能源通过发电机组转换成电能,随后利用电解水技术将电能转换为氢气。这种制氢方式不仅有助于大规模消纳和储能可再生能源,还能为氢能的应用提供清洁的氢源。氢气作为一种二次能源,具有高能量密度、清洁燃烧产物(主要为水)等优点,因此在能源转型中扮演着重要角色。
为了深入探讨可再生能源制氢技术发展,2024年7月4-5号“CGH2024 中国绿氢博览会&CEC2024 中国电解槽大会”现场,中集中电(扬州)制氢设备有限公司后处理事业部总监刘小寒将分享《中集可再生能源变负荷制氢解决方案》的主题报告。
嘉 宾 介 绍
刘小寒:中集中电(扬州)制氢设备有限公司 后处理事业部总监
工作经验/专业知识:
刘小寒,硕士,现任中集中电后处理事业部总监。在中集来福士集团曾担任海洋工程项目经理、研发设计经理等。在智能装备生产制造领域从事多年装备结构设计、系统集成、技术应用开发工作;具有丰富的装备开发、试产、工业化应用及工程建设经验。主持公司级项目《可再生能源制氢及氢能应用技术开发》和《高电流密度轻量化千方电解槽装备技术开发》的整体方案设计和研发工作。
中集中电(扬州)制氢设备有限公司
中集集电扬州制氢装备生产基地,既原“扬州中电”成立于2008年,是省级科技型企业、国家高新技术企业 。拥有一流的现代化厂房、配套齐全的机加工、总装、电控、冷作及压制等生产制造线。扬州基地为中集集电碱性电解槽生产基地,已形成 “规模化千方槽电解装备交付”能力。现有产能1GW,预留产能至2.5GW。
集电扬州生产基地先后与扬州大学、东南大学、南京大学等国内知名科研院校合作研发、生产节能型、环保型电解水制氢设备。扬州生产团队不断克服技术瓶颈,使电解槽体积更小、产量更大、耗能更低。应用最新的膜电极,已经成功制造电流密度5000A/㎡电解槽。目前,正与南京大学、东南大学合作研发电流密度6000A/㎡电解槽。拥有发明专利1项、实用新型11项、水电解制氢专有技术2项。
扬州生产基地集工程设计、装备制造、备品备件供应、售后服务、信息反馈于一体。其碱性电解槽及成套制氢系统产品广泛应用于电力、电子、能源、冶金、化工、环保、建材、宇航等行业,产品得到国内市场的高度认可,与中国电建、华电重工长期密切合作。并远销俄罗斯、哥伦比亚、印度、土耳其、越南、朝鲜、孟加拉等国家和地区。
产品
1)碱性电解槽产品
中集集电现有电解槽产品以碱性电解槽为主。现有三类水电解槽制氢产品能够匹配各类制氢场景,系统稳定可靠,以最优单位制氢成本LCOH为最终目标,可广泛应用于石化、 化工、电力、钢铁冶金、交通、其他制造业等领域。现主要包括一下三个系列产品:
a)SDQ制氢系列:框架电解槽,应用于大规模制氢场景
SDQ系列水电解制氢设备,适用于大规模制氢站。
单台套产氢量最大可达1500Nm³/h;可同时组合成多台套并列运行。
电解槽采用双极性压滤式结构,绝缘密封垫片的密封性能强。
气液处理器为框架组合式结构,流程简洁,便于安装、操作、维修。
全自动微机控制,自动化程度高,可进行远程集中管理,人机智能化界面,操作简便、安全可靠。
产品氢气纯度经纯化后达到99.9995%,氧气纯度达到99.2%。
b)集装箱制氢(CSDQ)设备
高度集成,适用于制储加氢一体站场景。
CSDQ系列是安装在集装箱内的独立制氢站,集成电解槽、气液处理器、纯化设备、控制柜、整流柜、变压器。
无需土建安装,可移动。用户只需要接入水、电即可制氢,制氢量可高达500Nm³/h。产品氢气纯度达到99.999%。
该系统能够被安放在任何需要生产氢气的现场。
CSDQ设备在出厂前已经完成组装并检测合格,简化客户现场的安装,易于运行,保障可靠性和安全性。
c)CHE制氢系列:即制即用,适用于就地制氢场景
CHE系列是一款即制即用的制氢设备,制氢设备用氢过程零储存,安装在用氢设备附近,无需建制氢站。
设备体积小,重量轻,全自动无人值守,氢气产量0.5Nm³~40Nm³/h,氢气纯度99.999%。
d)大型电解槽CIMC-GH系列
中集集电轻量化大型电解槽CIMC-GH系列,已实现制氢量1500Nm³/h商业化应用。具备以下性能优势:
●轻量化:电流密度4000A/㎡,小室数268左右。电解槽槽体只有40吨左右。
●稳定性高:极框较行业其他同类产品更薄,电解小室内部流通截面积大,电解液循环冷却充分,使得每个电解小室槽温一致性好,热胀冷缩均匀。不会让个别小室槽温超高,导致电解槽变形故障。
●寿命长:电解小室重量轻(30吨不到),密封垫片负载轻,使得电解槽大修周期寿命更长,稳定达到十年以上。
2)电解水制氢后处理装备
中集集电为客户提供专业电解水制氢后处理装备的工艺研发、工程设计及生产制造,为客户提供标准化、系列化、及定制化新能源电解水制氢后处理装备,解决客户复杂制氢场景的后处理系统问题。
中集集电自主研发及设计“海派R”制氢后处理装备,以智慧节能、快速启动、宽幅调节、实现离网制氢为核心优势,为客户主要提供下述后处理装备系列:
□气液处理框架
□气体纯化框架
□智能控制系统
a)气液处理框架
从电解槽出来的氢(氧)气碱液混合体经换热器降温,进入氢(氧)气分离器,在重力作用下氢(氧)气与碱液发生沉降分离,分离出的氢(氧)气在分离器上部得到冷却、洗涤以及捕滴网捕滴,然后经分离器顶部氢氧综合塔分离,最大限度减少气体中的含碱量和含水量,最终经薄膜调节阀放空或进入纯化装置。
中集集电“海派R”气液处理框架适应新能源离网制氢,及规模化大型制氢场景,具备以下技术优势:
●智能:仪表校验、智能排水、智能氮气置换、自动排放不合格氢气;
●节能:根据风光电实际出力,智能匹配电解槽运行台套选择合适电流密度或调节电解槽之间的热量传递,确保最佳槽温;
●快启:通过预压、辅助充氮、快速泄压等方式,实现系统快速启动;
●宽调:通过多套电解槽组合,实现5%-100%负载波动调节;
●离网:根据可再生能源历史参数,设计最优的电解槽与锂电匹配方案
b)气体纯化框架
氢气纯化系统能够去除氢气中的氧气和水分杂质, 以满足对氢气的含氧量和含水量有较高要求的用户。氧气纯化系统与氢气纯化系统相似。
中集集电“海派R”气体纯化框架具备以下技术优势:
●智能:全自动分析氢中氧、露点,并定期校验分析仪,自动置换氮气、自动排水、自动排空等;
●节能:智能化脱氧热平衡,干燥再生、吹冷算法,通过余热利用,在运行电解槽与待机电解槽之间形成高效热平衡;
●快启:根据干燥塔脱水能力和再生周期参数,智能匹配干燥塔的状态,以适用变化的可再生能源制氢;
●宽调:通过缓冲或流量调节等手段,以适应可再生能源波动性;
●离网:储罐或智能计算干燥程序算法。
c)智能控制系统
电解水制氢后处理控制系统由氢、氧气体系统,碱液循环系统,水碱补给系统,冷却水系统,以及纯化系统组成,针对可再生能源电解水制氢的应用场景,只有通过科学、严谨的控制策略,才能确保整个系统的平稳、可靠、安全运行。
中集集电联合合作伙伴,针对可再生能源特点和大规模制氢特点,自主研发,打造新一代智能化控制系统“氢舸云控”,为可再生能源规模化制氢场景提供更稳定更可靠的只能控制服务。
3)制氢系统运维服务
中集集电基于逾10年的制氢系统现场运维经验,为客户提供专业全面制氢系统运维保障服务,包括:
●设备资产健康管理:装备的安装、调试、维保及设备全生命周期维护管理;
●设备检维修及规划;含全过程检修维保、零部件销售、业务标准化与培训;
●制氢系统能效管理;
●电能质量综合管理;
●为客户定制化建立制氢设备全生命周期大数据平台,提供预防性运维服务。
4)海上风电制氢解决方案
海上风电正向深远海及大规模化发展,随着海上风电场的离岸距离增加,海上风电的向岸输电成本上涨,为使海上风电资源最大化发挥价值,并同时填补我国绿氢需求,海上风电制氢成为首选途径。
中集集电依托中集海工的海洋工程能力,将氢能装备技术与先进海上风电装备及时紧密结合,具备海上风电制氢解决方案完整能力及海上氢能装备生产制造能力,包括:
●海上制氢设备及装备的研发、制造及规模化应用
●海上风电全离散制氢控制系统研发,解决海上风电与制氢能源耦合技术;实现海上风电全离散制氢微网系统的商业化应用。
●远海海上氢储运解决方案:为应对国内海上管网建设有限,无法复制欧洲海上风电制氢经海底天然气管道输送上岸的商业模式,中集集电旨在为深远海规模化海上风电制氢提供切实可行的海上绿氢储存运输解决方案,发展海上绿氢化工产业,包括海上氢制甲醇或氨模块及相关配套设施,掌握适用于海上氢制甲醇/氨模块核心技术,解决远海制氢的氢储运问题。
CGH2024 中国绿氢博览会
CEC2024 中国电解槽大会
“绿氢是发展氢能的初衷”,在助力国家碳达峰、碳中和目标实现的同时,绿氢规模化发展应用尤为重要。今年全国两会之后,国家能源局印发了《2024年能源工作指导意见》,进一步明确了氢能产业的发展方向,指出要”加快培育能源新业态新模式”,“编制加快推动氢能产业高质量发展的相关政策,有序推进氢能技术创新与产业发展,稳步开展氢能试点示范,重点发展可再生能源制氢,拓展氢能应用场景”,并将氢能技术列为能源领域国家重点研发计划项目。
为响应绿色环保理念,助力能源低碳发展。“CGH2024 中国绿氢博览会&CEC2024 中国电解槽大会”将在风景秀丽的杭州举办!“氢”风已来,让我们共同建立氢能产业供应链上下游信息沟通与传播的平台,为促进行业发展贡献一份力量!
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