可復(fù)制可推廣的減碳示范案例——探訪全國(guó)最大光伏發(fā)電直接制綠氫項(xiàng)目

塔克拉瑪干沙漠北緣的庫(kù)車市以東，一座占地280畝的綠氫工廠拔地而起。20多公里外，天山腳下，浩瀚的戈壁灘上，55萬(wàn)塊光伏板如銀色海洋般鋪展開來(lái)，它們捕捉著每一縷陽(yáng)光，將其轉(zhuǎn)化為清潔的電能，源源不斷向這座綠氫工廠輸電，隨后，這些電力將進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為氫能。

中國(guó)石化新疆庫(kù)車綠氫示范項(xiàng)目綠氫工廠航拍圖。中石化新星新疆綠氫新能源有限公司供圖

這座被當(dāng)?shù)厝朔Q為“綠氫工廠”的建筑，是由中石化新星新疆綠氫新能源有限公司投資建設(shè)的我國(guó)規(guī)模最大的光伏發(fā)電直接制綠氫項(xiàng)目。2023年8月，隨著中國(guó)石化新疆庫(kù)車綠氫示范項(xiàng)目全面建成投產(chǎn)，完成了我國(guó)綠氫萬(wàn)噸級(jí)規(guī)?；I(yè)應(yīng)用從0到1的突破。該項(xiàng)目在成為當(dāng)?shù)匦碌貥?biāo)的同時(shí)，也將國(guó)內(nèi)綠氫規(guī)模化工業(yè)應(yīng)用水平推上新高度。

自2023年6月30日該項(xiàng)目順利產(chǎn)氫以來(lái)，截至2024年7月28日，項(xiàng)目已安全平穩(wěn)運(yùn)行394天，突破性解決了新能源波動(dòng)電力場(chǎng)景下柔性制氫并向下游煉化企業(yè)連續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)難題，開創(chuàng)了我國(guó)化工領(lǐng)域深度脫碳新發(fā)展路徑。后續(xù)還將進(jìn)一步在氫能交通、綠氨、綠色甲醇等方向進(jìn)一步延鏈補(bǔ)鏈。

萬(wàn)噸綠氫是這樣生產(chǎn)出來(lái)的

7月29日，記者跟隨2024自治區(qū)高質(zhì)量發(fā)展調(diào)研行主題采訪團(tuán)來(lái)到中國(guó)石化新疆庫(kù)車綠氫示范項(xiàng)目綠氫工廠，在該項(xiàng)目中心控制室大屏上，直觀顯示著綠氫示范項(xiàng)目流程圖。

在中國(guó)石化新疆庫(kù)車綠氫示范項(xiàng)目中心控制室，工作人員正在記錄分析生產(chǎn)數(shù)據(jù)。石榴云/新疆日?qǐng)?bào)記者張婷 攝

“所謂綠氫，是指利用可再生能源通過(guò)電解水的方式生產(chǎn)的氫氣。我們項(xiàng)目的整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈貫通光伏發(fā)電、綠電輸送、綠電制氫、氫氣儲(chǔ)存、氫氣輸運(yùn)、綠氫煉化生產(chǎn)流程。首先由300兆瓦光伏發(fā)電，把電從光伏廠送到制氫廠，制氫廠降壓以后，輸送到電解槽生產(chǎn)車間進(jìn)行使用，通過(guò)電解槽堿性電解水進(jìn)行電解，產(chǎn)生氫氣和氧氣，氫氣進(jìn)一步純化以后，達(dá)到5個(gè)9以上純度，可滿足下游企業(yè)使用條件，全過(guò)程中沒有產(chǎn)生任何碳排放?！敝惺滦切陆G氫新能源有限公司總經(jīng)理毛炎云通過(guò)大屏幕演示的畫面介紹道。

庫(kù)車有長(zhǎng)時(shí)間的日照、豐富的天山水資源以及大量的戈壁荒灘和沙地，當(dāng)?shù)乩霉夥l(fā)電制氫的條件十分優(yōu)越。毛炎云說(shuō)，白天光伏發(fā)電時(shí)，項(xiàng)目制氫設(shè)備大負(fù)荷生產(chǎn)，通過(guò)6公里輸氫管廊輸送到用戶端，還有一部分儲(chǔ)存到儲(chǔ)氫罐當(dāng)中，在夜間光伏不發(fā)電時(shí)可以調(diào)用儲(chǔ)罐里的氫，形成上游光伏發(fā)電，中游制氫，下游用氫的完整綠氫煉化產(chǎn)業(yè)鏈。

整個(gè)生產(chǎn)鏈條上，這些綠氫會(huì)被送往中國(guó)石化塔河煉化有限責(zé)任公司，用于替代煉油加工中使用的天然氣制氫，作為原料進(jìn)行加氫反應(yīng)，最終進(jìn)入油品中，實(shí)現(xiàn)煉油產(chǎn)品綠色化。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)。

如今，全國(guó)首個(gè)萬(wàn)噸級(jí)綠氫煉化項(xiàng)目每年制造綠氫2萬(wàn)噸，減碳48.5萬(wàn)噸，相當(dāng)于每年植樹約28萬(wàn)棵。

減碳示范項(xiàng)目解決多個(gè)技術(shù)難題

“作為全國(guó)最大規(guī)模的光伏發(fā)電直接制綠氫項(xiàng)目，項(xiàng)目建設(shè)中面臨著工藝技術(shù)新、規(guī)模大、無(wú)成熟工程案例可借鑒等難點(diǎn)?！泵自普f(shuō)。

如何拓寬電解槽運(yùn)行負(fù)荷波動(dòng)范圍，是電解水制氫行業(yè)面臨的共性難題。

為了克服這一矛盾，技術(shù)人員自主研發(fā)了一套適合大規(guī)模綠氫生產(chǎn)的先進(jìn)智能控制系統(tǒng)，充分利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將新能源發(fā)電、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)”的智慧生產(chǎn)模式，以一體化智能控制等方式有效解決新能源波動(dòng)電力場(chǎng)景下穩(wěn)定供氫難題，助力項(xiàng)目開啟“綠氫+煉化”行業(yè)規(guī)模應(yīng)用先河。

2024年3月，該項(xiàng)目入選工業(yè)和信息化部發(fā)布的2023年工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)試點(diǎn)示范項(xiàng)目名單。

“我們這套控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)排產(chǎn)情況智能化選擇運(yùn)行模式，實(shí)現(xiàn)制氫成本最低。光伏電站每個(gè)時(shí)段的發(fā)電能力都不一樣，先進(jìn)智能控制系統(tǒng)引入了很多大數(shù)據(jù)算法分析，使得電控設(shè)備和制氫設(shè)備實(shí)現(xiàn)同步響應(yīng)匹配，提高制氫對(duì)波動(dòng)的適應(yīng)性，達(dá)到最優(yōu)化運(yùn)行?！敝袊?guó)石化集團(tuán)新星石油有限責(zé)任公司氫能項(xiàng)目管理專家方虎說(shuō)。

據(jù)了解，該項(xiàng)目所用的光伏組件、電解水制氫“心臟”電解槽、電解質(zhì)制備、閉式冷卻塔、儲(chǔ)氫罐等重大設(shè)備及核心材料全部實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，有效促進(jìn)了我國(guó)氫能裝備和氫能產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。

方虎介紹，在運(yùn)行過(guò)程中，企業(yè)不斷改進(jìn)技術(shù)，取得一些突破性進(jìn)展，先后完成了萬(wàn)噸級(jí)電解水制氫工藝與工程成套技術(shù)、綠氫儲(chǔ)運(yùn)輸工藝技術(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，項(xiàng)目已申報(bào)專利及專有技術(shù)10余項(xiàng)。

目前，企業(yè)還在研究源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化項(xiàng)目基礎(chǔ)上，試驗(yàn)進(jìn)一步匹配一定規(guī)模的電化學(xué)儲(chǔ)能，來(lái)完善優(yōu)化源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)，降低整個(gè)生產(chǎn)成本。

氫能應(yīng)用場(chǎng)景在不斷拓寬

在“雙碳”目標(biāo)的大背景下，減碳已是一道“必答題”。

隨著中國(guó)石化新疆庫(kù)車綠氫示范項(xiàng)目順利產(chǎn)氫，產(chǎn)出的氫氣通過(guò)管道輸送到中國(guó)石化塔河煉化有限責(zé)任公司，這也標(biāo)志著我國(guó)首次實(shí)現(xiàn)萬(wàn)噸級(jí)綠氫煉化項(xiàng)目全產(chǎn)業(yè)鏈貫通，對(duì)煉化企業(yè)大規(guī)模利用綠氫實(shí)現(xiàn)碳減排具有重要示范效應(yīng)，為國(guó)內(nèi)可再生能源制取綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了可復(fù)制、可推廣的示范案例。

“萬(wàn)噸級(jí)的光伏制氫把綠氫與傳統(tǒng)煉油工藝相耦合，替代了塔河煉化原有的兩套天然氣制氫工藝，每年大約可減少天然氣使用量約1億方，這是實(shí)現(xiàn)綠色煉油的一個(gè)探索。”方虎說(shuō)。

7月29日，2024自治區(qū)高質(zhì)量發(fā)展調(diào)研行主題采訪團(tuán)來(lái)到中國(guó)石化新疆庫(kù)車綠氫示范項(xiàng)目綠氫工廠。石榴云/新疆日?qǐng)?bào)記者張婷攝

隨著項(xiàng)目的深入實(shí)施，中國(guó)石化新疆庫(kù)車綠氫示范項(xiàng)目正逐步構(gòu)建起一個(gè)完整的綠色能源產(chǎn)業(yè)鏈，帶動(dòng)光伏、儲(chǔ)能等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的協(xié)同發(fā)展。據(jù)了解，燃料電池的生產(chǎn)企業(yè)、電解水制氫設(shè)備的生產(chǎn)企業(yè)等均被盤活。

“以電解槽為例，在該項(xiàng)目啟動(dòng)之前，國(guó)內(nèi)的1000標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時(shí)電解槽累計(jì)需求量30-40臺(tái)，而僅庫(kù)車綠氫示范項(xiàng)目就需要52臺(tái)，有力促進(jìn)了國(guó)內(nèi)電解槽產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；a(chǎn)?！泵自普f(shuō)，產(chǎn)業(yè)發(fā)展起來(lái)也會(huì)有很多技術(shù)上的突破，能帶動(dòng)風(fēng)光制氫項(xiàng)目更好發(fā)展，通過(guò)拓展下游市場(chǎng)，打造更多氫能應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)國(guó)家能源轉(zhuǎn)型有良好促進(jìn)作用。

“當(dāng)前，在阿克蘇地委、行署和庫(kù)車市委、市政府幫助下，我們正在開展氫能交通場(chǎng)景全產(chǎn)業(yè)鏈推進(jìn)工作，將一部分運(yùn)煤重卡換成氫能汽車。此外，作為制氫企業(yè)，我們也在吸引一些周邊企業(yè)落戶園區(qū)，嘗試在儲(chǔ)能、工業(yè)、民用等領(lǐng)域逐步擴(kuò)展綠氫應(yīng)用場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈延鏈擴(kuò)鏈?！泵自普f(shuō)。