施耐德电气化工油气行业应用白皮书https://www.se.com/cn如何借助技术推动绿氢倡议数字化和创新赋能化工油气行业可持续发展如何借助技术推动绿氢倡议作者：RajeshD.Sharma摘要在全球从化石燃料过渡到可再生能源的过程中，新技术将奠定良好的基础。绿氢是一种新兴的能源技术，它有助于降低对碳氢化合物的依赖。不过，该技术目前仍处于起步阶段，如何实现高效益的生产，是绿氢行业面临的一个艰巨的挑战。为了实现高效的绿氢生产，需要新技术和新理念。行业的发展孕育着大量的机会，但为了实现共同的远景目标，我们还必须充分发挥数字化技术在推动变革方面的重要作用。目录引言5估算绿氢的成本6增加绿氢产量所面临的挑战7有助于解决大规模氢气生产难题的技术8结语12如何借助技术推动绿氢倡议·5·施耐德电气化工油气行业应用白皮书在从碳基能源向可再生能源过渡的过程中，人类面临诸多挑战。而如果能充分利用可再生能源制造的绿氢，将可以大大推动这一进程。目前的大多数氢都是用化石燃料生产的，其工业用途包括炼油，生产氨、甲醇和钢铁等。随着绿氢技术近来取得的进步，这种能源对其他行业的吸引力也在不断增加。绿氢是通过可再生能源电解水来生产的，这种工艺过程不会产生碳排放。氧气是电解制氢工艺产生的另一种气体，这些氧气可以释放到空气中，也可以用于其他用途，如图1所示。目前，与直接使用可再生电力相比，制造和使用氢气发电的效率较低。据国际能源署的数据，现在只有不到0.1%的氢是通过水电解产生的，不过这种情况可能会在不久的将来发生变化。1为了使绿氢具有竞争力，需要进行大量投资，一些公司正在着手解决这方面的难题。预计未来十年将有5000亿美元投入到相关的研发项目中，其中约70%将用于绿氢的生产。预计到2030年，这些投资会促进超过1000万公吨/年的低碳氢产能。21IEA,TheFutureofHydrogen,June20192NSEnergy:Globalhydrogeninvestmentpipelinesurgesto$500bn,ByAndrewFawthrop,15Jul2021引言图1什么是绿氢图片来源：Fuelcellworks如何借助技术推动绿氢倡议·6·施耐德电气化工油气行业应用白皮书在作出关于绿氢的投资决策时，首先要确定氢气的生产成本。绿氢的成本取决于能源总需求量、能源总成本、电解槽及其配套系统的成本以及运营成本。根据这个简单的公式，电解槽生产企业应该提供一套估算方法，从而为开发商和工程单位提供一个清晰的概念，使其了解生产一千克氢气或者每小时生产一立方米氢气，需要多少原料/电力/耗材，折合为成本是多少。不过，目前最常见的方法还无法估算得足够精确。如果我们重点关注决定绿氢总成本的最关键变量，则可以提高估计精度：●资本支出：电解槽的投资费用（包括制氢厂房配套设施）。●运营支出：运行电解槽的费用。主要是电费，还有一些系统运维费用和水费。●寿命：为了评估氢的总成本，必须考虑系统寿命。“寿命”表示从系统性能的角度来看，应该在合适的时间更换装置，而不是运行到系统无法再使用为止。●效率：电解槽的效率取决于生产一定量的氢气所需的电量。效率越高，运营成本越低。绿氢装置通常包括电解槽、高/中/低压电气设备、整流器、气体分离装置、气体干燥装置、加工设施、压缩机、冷却风机、控制和安全系统。该装置可以分为电解槽组和工厂配套设施（BOP）。根据可持续工艺技术研究院（ISPT）的估算，在千兆瓦规模制氢厂的直接成本中，采用碱性电解槽技术时，电解槽组和BOP的成本分别占23%和77%，采用聚合物电解质膜（PEM）技术时，电解槽组和BOP的成本分别为48%和52%。可以看出，制氢厂配套设施成本对项目的总体成本有重大影响。根据上述变量和成本因素，在估算、设计、建造和运营绿氢设施的过程中，应该满足如下条件：1.拥有关于绿氢装置的设计和安全操作知识。2.了解影响生产效率的因素。3.最大限度缩短停运时间。估算绿氢的成本3可持续工艺技术研究院如何借助技术推动绿氢倡议·7·施耐德电气化工油气行业应用白皮书扩大绿氢生产规模所面临的挑战走向绿氢是大势所趋，但为了实现向绿氢能源的转变，需要完成如下三个方面的工作：1.提高相关知识水平，以提升设计和工程效果。2.确保安全和效率，以优化操作。3....