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12月8日,记者从中国石化新闻办获悉,我国首座商业化分布式氨制氢加氢一体站--广西石油南宁振兴加能站在广西南宁建成并成功试投产。该一体站采用了中国石化自主研发的分布式氨制氢成套技术,每天能产出500公斤99.999%的高纯度氢气,制氢规模为同类型最大,可满足40多辆氢燃料车用氢需求。相较于广西之前的用氢方式,成本降幅达60%,为解决我国氢能产业发展面临的运输存储难题提供了新路径。
我国首座商业化分布式氨制氢加氢一体站--中国石化广西石油南宁振兴加能站
为氢能储运困境提供新的“解题之策”,产业发展基础良好。氢气的储存和运输是制约氢能产业链发展的关键环节。当前,我国的加氢站主要依靠长管拖车来运输,氢气运输能力低、成本高。氨分解制氢是制氢的一种技术路线,即通过氨分解催化剂将氨分解为氮气和氢气,经过氢气提纯后满足相关用能需求。氨是一种高效储氢介质,具有储运容易、储运成本低等优势,且氨分解制氢过程不排放二氧化碳,更加绿色环保。作为全球第二大化学品,氨的所用原料来源广泛。我国是世界上最大的合成氨生产国和消费国,合成氨产业遍布全国,发展分布式氨制氢具有良好的基础。2022年3月,国家发改委和能源局发布《“十四五”新型储能发展实施方案》,首次将“氨”作为重要储氢载体列入重点攻关方向,明确提出开展“氨氢储能”示范。
占地少易推广,结束了广西无高纯氢生产历史。广西区位优势独特,是西部陆海新通道的重要枢纽,具有丰富的风、光、水等可再生能源资源,氢能产业蓄势待发。现投用制氢装置占地面积仅80平方米,产氢能力为240标方/小时,每天可产500公斤99.999%的高纯度氢气,目前可满足南宁、柳州、北海等地车用氢气需求。此外,制氢设备采用单元模块化、撬装化设计,可实现现场快速安装、投运,便于快速推广复制。
自主研发技术,设备智能化水平国内领先。该一体站采用的分布式氨分解制氢技术由中石化石油化工科学研究院有限公司自主研发。生产装置能耗低,氨消耗小,安全性和经济性显著,其主要加氢设备与系统均由中国石化机械股份公司自主生产,可以实现对氢燃料车加氢、对长管拖车充装双重功能,装置自动化、智能化水平达到国内领先。
12月8日,中国石化牵头的广西氢能产业联盟在广西南宁揭牌
此外,中国石化牵头的广西氢能产业联盟当日同步揭牌,将围绕广西氢能发展方向、发展路径、技术攻关、市场机制和示范应用等开展前沿技术的探讨和研究,实现创新成果转化落地。广西氢能产业联盟将依托该一体站,打造广西氢能培训示范基地,推动广西氢能“建链、补链、强链、延链”,为广西氢能产业发展输送技术人才。
中国石化致力于打造中国第一氢能公司,引领我国氢能产业链高质量发展。在氢能交通领域,中国石化加快布局加氢网络,累计建成加氢站超100座,成为全球拥有、运营加氢站数量最多的企业。同时,中国石化积极探索站内制氢新模式,先后在辽宁、青海、安徽、四川、内蒙古、广东、福建等资源条件合适的地区,开展分布式电解水制氢、甲醇制氢、天然气制氢等制氢加氢一体化项目。此前,中国石化在大连投运了我国首座甲醇制氢加氢一体站,此次试投产的氨制氢加氢一体站是站内制氢的又一有益探索,中国石化已涵盖了所有分布式制氢主流路线。
参考素材
2022年国内外氢能发展情况
多国持续出台国家氢能发展战略,制定产业发展目标,明晰产业发展路线,以期把握“氢能浪潮”机遇。包括美国、德国、日本在内的41个国家和地区制定发布了国家级氢能发展战略;包括中国、南非在内的13个国家和地区出台了国家规划。欧美等国家和地区在支持氢能产业发展中持续发力,不断追加资金投入,制定了相对差异化的政策措施。
中国可再生氢产能倍增,在“三北”地区实现密集落地。2022年中国氢气产能约4882万吨/年,比上年增长约1.2%;产量约3533万吨,比上年增长约1.9%。可再生能源制氢项目加速推进,西北、华北、东北等地区引领大型可再生氢基地示范工程规划建设。已规划超过300个可再生能源制氢项目,建成运营项目达到36个,累计可再生氢年产能约5.6万吨;新增建成运营可再生氢项目23个,新增年产能约3.3万吨,比上年增长超过140%。
氢气价格稳中有降,交通示范保持较高热度,工业、发电领域进度加快。据“中国氢价指数”跟踪统计,2022年,生产侧和消费侧指数整体持稳,重点区域氢价稳中有降。各地围绕电价、项目建设运营等方面加大补贴力度,或通过整合供需资源实现规模化供应,促进消费侧价格进一步降低。以规模化工业应用推动供应链建设,成为中国氢能产业发展的重要抓手。燃料电池汽车加速推广,依托“燃料电池汽车示范城市群”等重大示范项目,2022年中国燃料电池汽车销售量比上年增长约36%,加氢站增幅超过40%。重型交通领域加快试点,工业领域示范项目陆续开建,累计建成运营发电/热电联产项目55个,总规模超12兆瓦,比上年增长118%。
氢能关键技术持续迭代,装备制造成本进一步下探。部分制氢技术路线达到国际先进水平,电解槽出货量大幅增长。主流厂家各类电解槽产能超过8吉瓦,出货量约800兆瓦。碱性电解槽成本优势仍然显著。燃料电池汽车推广聚焦商用车,运输车、自卸车、牵引车等重型商用车装载的燃料电池功率以110千~130千瓦为主,客车、公交车功率以60千~90千瓦为主。大功率燃料电池取得突破,多个企业发布的燃料电池产品功率超过200千瓦。
政策和标准体系持续强化,氢能管理规范陆续出台。地方政府围绕项目投资、装备制造、企业引进等方面完善政策体系以引导产业发展。26个省、区、市公开发布氢能及燃料电池产业专项政策316项,比上年增长约65%,新增政策中明确给予财政补贴的政策占比超过40%。氢能项目审批流程制度逐步明确。38个地方政府发布加氢站建设审批规范文件,山东、吉林、广东、上海等多个省市非化工园区制加氢项目管控放开。氢能标准体系逐步健全,已发布氢能相关国家标准102项、行业标准30项、团体标准136项。
中国石化聚焦氢能交通 引领产业发展
中国石化销售公司新能源管理部/数质量科技部副经理 周金广
氢能作为一种二次能源,具有来源多样、终端零排放、用途广泛、质量能量密度高等优点,在碳达峰、碳中和背景下,氢能将成为重要的储能载体,助力“双碳”目标实现。发展氢能是顺应能源结构调整、保障国家能源安全的大势。我国交通运输业碳排放占比10%左右,交通能源转型发展势在必行。
我国燃料电池汽车市场呈快速增长趋势
在全球关注气候变化、能源低碳转型的形势下,近年来国际能源巨头不断加大包括氢能在内的可再生能源与低碳技术相关领域的投资,部分公司对低碳清洁能源业务设定的投资上限已超过10%,并通过兼并收购加快业务布局。
在“双碳”目标下,氢能成为重要的储能载体,对助力实现“双碳”目标、保障国家能源安全意义重大。特别是在交通领域,氢能开始走上历史舞台。
2021年,我国氢气产量超过3300万吨,居全球第一。其中,煤制氢2124万吨、天然气制氢460万吨、工业副产氢708万吨、电解水制氢50万吨。2022年,我国氢气产量约3700万吨。目前氢气的生产主要以煤制氢、天然气制氢为主,在消费侧,氢能在能源领域使用占比不大。
我国多数氢气用于合成氨(32.3%)、合成甲醇(27.2%)和石油化工(24.5%),交通领域需求量占比非常小。乐观预测,2050年氢能在我国终端用能需求的比重将超过10%,消费量约9300万吨。其中,交通用氢2750万吨,相当于减少9350万吨石油;工业用氢4700万吨;建筑及其他领域用氢1800万吨。
截至去年底,全球在营加氢站有727座,比上年增长22.4%。我国加氢站最近三年呈快速增长态势,数量居全球第一。我国加氢站主要集中在东部沿海等燃料电池汽车产业发展较领先的省市,有50%集中在五大示范城市群。
近三年虽然受疫情影响,但是我国燃料电池汽车市场仍呈现快速增长趋势,2022年,燃料电池汽车产量3628辆,销量3367辆,相比2021年分别增长105.4%和112.8%;截至2022年底,燃料电池汽车累计销售1.2万辆,到2025年,有望达到10万辆,2030年有望达到100万辆。
目前,燃料电池汽车已渗透各领域,包括公交、轻客、轻卡、冷藏车、重卡、工程车等。运营主要集中在上海、北京、天津、河北、河南、山西、山东、广东及陕西等地。
打通氢能交通氢制备、氢储运、氢应用三个环节,巩固在车用氢能源供应领域的主要服务商地位
中国石化以打造规模最大、科技领先、管理一流的中国第一氢能公司为目标,按照“加氢引领、绿氢示范、双轮驱动、助力减碳”的思路,聚焦氢能交通、绿氢炼化两大领域,大力发展氢能一体化业务。
坚持“国家有布局、市场有需求、发展有效益、战略有协同”原则,中国石化打通氢能交通氢制备、氢储运、氢应用三个环节,巩固在车用氢能源供应领域的主要服务商地位,积极稳妥地推进加氢站网络布局,规划到2025年,基本满足终端加氢消费需求,拉动整个产业链发展。油氢混合站(加氢站)网络初具规模,基本满足消费终端加氢需求,带动全产业链升级发展。
制氢环节的重点是做好集中式绿氢供应和探索站内制氢新模式。中国石化积极推进集中式绿氢供应,研究建设乌兰察布至北京的绿氢长输管道,将乌兰察布以集中式、规模化风光电资源所制的绿氢输送至燕山石化,供应北京并辐射周边地区。
中国石化积极探索站内制氢新模式,在辽宁、广东、四川、安徽、福建、陕西、内蒙古等资源条件合适的地区,开展站内电解水制氢、甲醇制氢、天然气制氢、氨分解制氢等制氢加氢一体化项目。
在氢能储备方面,中国石化依托炼化企业高纯氢供应中心,就近布局短管道微网输氢,计划在北京、上海、广东、山东、重庆、浙江、四川等地实施短管道微网输氢加氢一体站示范项目;研究将国内20兆帕氢气运输标准提高到30兆帕以上,提高氢气储运压力,有效降低运输成本,扩大经济运输半径;联合相关院所企业开展液氢技术和装备攻关,突破关键技术,推动液氢储运示范项目落地。
在加氢站网络建设方面,中国石化结合氢燃料电池推广情况,以“3+2”氢燃料电池汽车示范城市群和氢能产业发展意愿较强地区(山东、安徽、重庆、武汉、成都等“群外”区域)为重点,以重要港口、物流场所、高速公路氢走廊、煤化工基地为依托,建设加氢(油氢合建)站。
此外,中国石化适度超前落地城市间氢能走廊,布局10余条高速公路氢走廊,构建跨区域连通的氢能高速公路示范线,如成渝、京津冀、济青、上海—宁波、福建—广东—广西、郑汴洛濮线、沪宁、武汉—十堰高速等。
中国石化加大技术攻关力度,制氢装备方面,开发PEM制氢技术,实现PSA提纯关键设备旋转阀国产化;储运和加注方面,开发90兆帕氢气压缩机,建设45兆帕储氢井示范项目;燃料电池方面,实现铂碳催化剂工业化生产,形成燃料电池电堆整套组装工艺等。
中国石化在氢能交通领域,特别是加氢站建设和运营方面的主要实践
中国石化打造了一批燃料电池供应中心。结合“3+2”燃料电池示范城市群加氢站的用氢需求,已在燕山石化、广州石化、高桥石化、天津石化、上海石化、海南炼化、齐鲁石化、青岛炼化、茂名石化建成提纯装置,9家企业装置能力合计达到1.4万吨/年。
中国石化已成为全球建设和运营加氢站最多的企业。按照“有规划、有政策、有需求、有资源”的发展原则,截至2022年底,中国石化已建成加氢站98座,在全国加氢站占比近30%。中国石化发挥现有3万多座加油站的网络优势,向“油气氢电服”综合能源服务商转型取得了积极进展。
中国石化为服务北京冬奥会建成庆园街、王泉营、兴隆、西湾子4座加氢站,设计总加氢能力达到5.5吨/日。北京冬奥会期间累计加注氢气87吨,服务涉奥车辆8689车次,加注量和服务冬奥车辆占比约45%。赛事结束后,169辆氢能大巴经过改造作为氢能公交在北京延庆陆续投入运营,日均加氢量达到2吨。
为引领氢能产业发展,科学化、规范化、标准化打造氢能公司,中国石化积极制定氢能标准体系。参编国家标准《汽车加油加气加氢站技术标准GB50156》;牵头编写《制氢加氢一体站技术规范》《加氢站、油氢合建站安全技术规范》《加氢站氢运输及配送安全技术规范》等地方标准、团体标准;《加氢站、油气氢合建站工程技术规范》《加氢站、油气氢合建站安全技术规范》《加氢站氢运输及配送安全技术规范》《车用氢气质量管理指导意见》等企业标准。
中国石化还积极探索多种技术路线的建站模式,积极试点和推广70兆帕、35兆帕/70兆帕混合站、短管道输氢加氢一体站、制氢加氢一体站等多类型建设方式。目前,中国石化已建成上海青卫站、浙江嘉兴平湖滨海大道站等5座70兆帕加氢站,后续将根据场景需求提高建站比例,以满足如广州、成都等地区乘用车发展的需要,抢占配套服务先机。在福建打造了全国首个氢氨技术转化制氢站,主要解决氢氨关键技术转化问题,继续推进更大规模的氨分解项目。
甲醇制氢。燃料油公司与石科院合作在大连盛港加氢站建设站内甲醇橇装制氢系统,装置占地面积60平方米,制氢能力每小时500标准立方米,于2023年2月投入运营。该制氢装置采用中国石化自主研发的甲醇重整与催化氧化耦合技术,研制出高活性、高稳定性催化剂,利用过程强化实现了设备的高效和小型化,推动地方政府出台了制氢加氢一体站技术规范。
氨分解制氢。氨是高效储氢介质,具有能量密度高、储运容易、储运成本低、安全性高、用户终端无碳排放等优势,全球范围内绿色合成氨和低温氨分解制氢技术日益受到重视。2022年8月,在福建雪人内部站打造了全国首座氨现场制氢加氢一体站示范项目。该示范项目以氨作为氢气的储能载体,通过氨在线低温制氢、分离纯化、升压加注等实现车用氢气制备,制氢能力为每小时50标准立方米,满负荷运转每日可制氢100千克,解决了氨-氢转化关键技术难题。
电解水制氢。中国石化青海石油分公司通过对接政府和物流企业打造了可再生能源制氢加氢一体化应用场景,该场景包含两兆瓦的光伏发电项目、每小时500标准立方米的电解水制氢项目、综合加能站项目及300辆氢燃料电池商用车。
微网短管道输氢加氢。微网短管道输氢可以满足大规模运输和用氢需求,进一步降低氢气运输成本和风险。中国石化第一座短管道输氢站——嘉兴平湖滨海综合能源站全部实现管道进氢,管道1.7千米,压力1.2兆帕,同时可以作为加氢母站具备氢气充装批发功能,每天可为5~6台管束车提供氢气充装。
储氢井。在重庆石油半山环道加氢站建成全国首座采用储氢井储氢的加氢站,共设置3口高压储氢井,设计压力50兆帕,深度150米,解决了半山环道加气站增加加氢功能面积不足的问题。高压储氢井自投入使用后运行平稳,具有储氢安全性高、占地面积小、使用年限长、综合使用成本低等优点,有望在加氢站规模化推广。
氢能走廊。发挥燃料电池重卡适合长途重载运输等优势,打造城市间氢能走廊,构建跨区域连通的氢能高速公路示范线。销售公司、上海石油、浙江石油联合华东化销、高桥石化、上海石化等,通过燃料电池重卡将上海的ABS非危化品运送至宁波,打通了上海—宁波氢能走廊,开启了沪浙线化工产品零碳物流新模式。