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氢远非未来的燃料,而是今天的燃料吗?

蓬勃发展的全球需求正在推动英国领先的绿色氢能公司之一的发展。 ITM Power 总部位于谢菲尔德,目前拥有世界上最大的电解槽工厂,第二家工厂正在建设中,国际扩张即将展开。强尼·威廉姆森报道。许多人将氢视为我们能源问题的答案。氢是宇宙中最丰富的元素,是一种可储存、重量轻、能量密集的燃料来源,具有众多的工业和化学应用。然而,几乎不可能找到纯氢。它几乎总是与另一种元素相连,主要是氧(水)或碳(甲烷)。每年生产的 7000 万吨氢气中的大部分(96%)是通过蒸汽甲烷重整过程从天然气中提取的。提取过程非常耗能,并排放大量二氧化碳——每年约 8.3 亿吨。ITM Power 总部位于谢菲尔德,目前拥有世界上最大的电解槽工厂。产生的氢气类型取决于这些碳排放是被捕获并安全储存(蓝色)还是排放到大气中(灰色)。与目前更常见的灰色品种相比,蓝色氢显然具有环境优势。然而,对商业规模部署和安全性的怀疑意味着它远非理想的解决方案。绿色氢是最清洁的类型,完全由可再生能源和水产生。电流用于将水分解成氢和氧的组成分子,这种技术称为电解。其结果是一种可持续的、零排放的燃料,可以以气体或液体的形式储存,用于电网平衡,或用于工业过程、运输和供暖的脱碳。随着世界各国政府寻求替代我使用的化石燃料,对绿色氢的需求正在加剧n 家庭、工厂和运输。这对 ITM Power 来说是个好消息。该公司基于其专有的质子交换膜 (PEM) 技术设计和制造绿色氢电解槽。其超级工厂位于谢菲尔德先进制造创新区内,拥有 350 多名员工,是全球同类工厂中规模最大的。它的电解槽年制造能力为 1,000 兆瓦 (1GW),相当于 364 台公用事业级风力涡轮机。在能源方面,它足以为 9,000 辆日产聆风充满电或为 1 亿个 LED 灯供电。Gigafactory 去年 8 月才正式开放,但该公司已经宣布计划在两英里外的谢菲尔德大学建造第二个自动化程度更高的工厂创新区。第二个站点的运营容量为 1.5GW,预计将为 ITM Power 的第一个国际设施提供模板。综上所述,公司预计年总产能到 2024 年底将达到 5GW——足够为 3,750,000 户家庭提供电力。

通电

这一计划中的未来增长的决定性因素将是氢工程师和科学家的现成可用性。认识到这一点,ITM Power 与谢菲尔德大学合作,共同开发国家氢研究、创新和技能中心。该中心靠近 ITM Power 拟议的新地点,将进一步研究使用可再生能源、核能或组合能源安全高效地制造氢气。该中心的研究预计将包括使用可再生能源制造氢气和/或核电生产、产品生命周期分析以及系统组件的回收和回收。它还将探讨 ITM Power 已经在使用的虚拟现实工具如何进一步加强制造和售后维护活动。到年底,40 多个国家宣布了氢能战略2021 年,欧洲的天然气供应危机预计将加速采用,我与商业经理 Barry Cunliffe 坐下来听听为什么 2022 年可能是 ITM Power 的突破年。

问。为什么氢气突然受到如此多的关注?

BC:越来越大的脱碳压力是主要因素之一。国内和工业用能源价格飞涨是另一个原因。其中很大一部分是因为我们对进口碳氢化合物燃料上瘾和依赖。很快,我们将看到能源收集方式的转变,而不是简单地支付进口汽油、石油和天然气的费用。有多种能源可用——风能、潮汐能、太阳能、热能、生物能。问题是能够存储它并在正确的时间使用它。 ITM Giggafactory 的工作人员:图片由 Shaun Flannery 提供 网格平衡是一个主要因素。平衡电网对于使能源供应与需求相匹配至关重要。但例如,由于风的不可预测性,越来越多的可再生能源被安装到电网中,这变得更具挑战性。风电场在夜间关闭是很常见的,因为电力需求低于白天。风电场甚至被支付以不发电。我们的电解槽能够将多余的能量转化为绿色氢气,储存起来并在需要时添加到电网中。这种能力使我们的能量系统转了一圈。

Q。国家天然气网能否应对氢气的引入?

我们知道,我们可以将高达 20% 的氢气混合到常规天然气供应中,这样做会显着减少二氧化碳排放量。 ITM Power 为 Cadent 和 Northern Gas 牵头的价值 2250 万英镑的开创性创新 HyDeploy 项目提供了核心电解槽系统。 HyDeploy 在技术和监管要求方面取得了重大进展,从而能够在英国天然气配送网络中引入绿色混合氢。该项目的第一阶段位于斯塔福德郡的基尔大学,该大学被专门选为英国最大的大学校园。基尔有一个私人天然气网络,其中 100 户家庭和 30 所大学教职工大楼接收混合天然气。该试验旨在确定天然气消费者在不改变现有家用电器的情况下可以安全使用的氢气水平。该阶段的成功于 2021 年 3 月结束,导致在盖茨黑德温拉顿的公共网络上进行了第二次更大规模的演示。该项目预计将持续到 2022 年 6 月。家庭和工业供暖占英国所有能源使用的近一半,占该国碳排放量的三分之一。如果在全国推广 20% 的混合氢气,每年可以减少约 600 万吨的碳排放,相当于减少 250 万辆汽车上路。

Q。您在哪里看到对您的系统的最大需求?

十年前,我们主要关注欧洲大陆,因为那里是所有发展和理解的地方,当然是在电解槽方面。今天,我们看到了世界上每个主要经济体的兴趣。我们看到了对我们电解槽的所有三个关键应用的强烈需求——汽车氢燃料站、电转气项目和脱碳行业,尤其​​是石化精炼。我们还看到,钢铁、玻璃和陶瓷生产商等能源密集型行业对氢气产生了浓厚兴趣,将其作为脱碳议程的一部分,并降低了能源的高成本。

Q。您如何扩大生产以满足需求?

我们在产品标准化和降低制造成本方面进行了大量开发,以实现规模化生产。我们的制造有两个方面。我们制造完全集成的交钥匙电解槽容器,其中包括电解槽ck、工艺设备、水管理、氢气净化和PLC控制系统。我们还提供集成到10MW及以上大型工业项目的电解槽。我们的专长在于核心技术的开发和销售,而不是土木工程和浇筑混凝土地基。 2019 年,我们与全球最大的工业气体供应商之一林德工程公司建立了合资企业和合作伙伴关系,以大规模提供绿色氢气。该电解槽将使 Porsgrunn 工厂的碳排放量减少约 41,000 吨:图片由 Yara International
Sustainability 提供,我们最近向 Linde Engineering 出售了一台 24MW 电解槽,该电解槽将安装在 Yara International 的 Porsgrunn 工厂,距奥斯陆约 140 公里。 Porsgrunn 是我最大的工业基地n 挪威,每年生产 300 万吨化肥。在全球范围内,当今氢气的最大用途是生产用于化肥的氨,由碳氢化合物生产。雅苒打算用绿色氢取代目前的灰色氢,以提供世界上第一个非化石氨产品。除了制造之外,核心技术的研发一直并将继续对我们的业务非常重要。我们一直是研发税收抵免的接受者,并参与了多个 Innovate UK 资助计划等。有趣的是,我们现在看到拨款的重点转向实际应用,而不是基础研发。我们还看到越来越多的最终用户将资本支出投入到这些项目中,尤其是在能源密集型行业。

Q。您是否在监控您的活动项目?如果是,这对未来的项目有何影响?

我们有一个控制中心,它每天 7 天 24 小时不间断地运行,从中提取数据om 我们在现场的设备,客户从我们这里购买了保修和维护服务。目前它相对较小,但我们预计随着我们在世界各地安装更多系统,它会显着增长。这些数据提供了性能洞察,我们可以将其用于预防性维护目的并反馈给我们的研发团队。我们还在探索机器学习和人工智能如何帮助我们提前预测问题,这将使我们能够提供预测性维护。Q。将您的一个容器集成到现有站点有多容易? 我们有充分的理由使用术语“即插即用”。终端客户提供饮用水和电力,自治单位负责其余工作。最终结果是高纯度氢气,可用于加氢站、天然气网络注入和任何其他需要氢气的工业过程。绿氢市场广阔和多样化,我们甚至还没有看到它的全部潜力。 Porsgrunn Norway 使用的电解槽:图片由 ITM Power 提供

氢的类型

绿色 – 仅通过电解过程由可再生能源和水制成。这产生了一种清洁、零排放的燃料。蓝色——通过蒸汽甲烷重整过程从天然气中提取——然而,这会产生二氧化碳,然后必须将其捕获并安全储存。粉红色——由电解产生,由来自核电。生产取决于核能的可用性。TURQUOISE – 使用称为甲烷热解的过程从天然气中生产氢气和固体碳。布朗——将富碳材料——如煤——转化为氢气和二氧化碳。这导致了大量的碳排放。灰色——是最常见的 hy 形式通过重整天然气(甲烷)产生的氢气。这导致了大量的碳排放。

炼油厂脱碳

氢气在炼油作业中不可或缺。它通常用于降低所有煤油、汽油和柴油的硫含量,而且需求只会上升。然而,这种氢气是通过使用天然气作为原料的蒸汽甲烷重整制成的,导致高碳排放。利用可持续生产的绿色氢可能被证明是炼油厂脱碳的关键一步。为期五年的泛欧 REFHYNE 项目于 2018 年 1 月启动,旨在为炼油厂提供清洁、绿色的氢气。该项目在 2021 年 7 月达到了一个重要的里程碑,由 ITM Power 建造的 1600 万欧元 10MW REFHYNE PEM 电解槽在德国韦瑟灵的壳牌能源和化工园区。该电解槽使用可再生电力,每年可生产 1,300 吨绿色氢气,是欧洲同类电解槽中最大的pe,并且是同类中规模最大的大规模部署。电解槽产生的脱碳氢气可以完全整合到炼油厂工艺中,包括常规燃料的脱硫。氢气将用于在 Wesseling 工厂加工和升级产品,并以迄今为止最大规模的方式测试 PEM 技术。它还将探索其他领域的应用,包括工业、发电、建筑供暖和交通运输。 2021 年 10 月,REFYHNE II 财团获得 3240 万欧元的资金,用于在壳牌能源和化工园区开发一个 100 兆瓦的电解槽。寻找有关可持续性的更多功能?
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