近期，在中咨公司氫能中心和能景研究共同舉辦的“2024氫基能源綠色發(fā)展論壇”上，中國石化新星公司發(fā)展計劃部副經(jīng)理丁暢發(fā)表了題為“萬噸級制氫項目的建設經(jīng)驗”的演講。

演講中，丁暢圍繞我國首個萬噸級綠氫項目——中國石化新疆庫車綠氫示范項目在實施過程中遇到的挑戰(zhàn)、方案、寶貴經(jīng)驗與未來展望等為大家進行了精彩的介紹�，F(xiàn)能景研究截取演講中的部分內(nèi)容及觀點，供大家參考。部分內(nèi)容如下（第一人稱敘述）。

01

中國石化新星公司布局“熱氫風光”四大方向

隨著習近平總書記“四個革命，一個合作”能源安全新戰(zhàn)略和“碳達峰、碳中和”目標的提出，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革已經(jīng)開始。相應地，中石化提出了構建“一基兩翼三新”產(chǎn)業(yè)格局、“四供兩融”完善新能源業(yè)務架構、“打造中國第一氫能公司”愿景以及“實現(xiàn)世界領先潔凈能源化工公司”的目標。

新星公司是中石化旗下專注于新能源領域業(yè)務開發(fā)的企業(yè)。2013年，集團提出將新星公司逐步培育為“國際一流清潔能源專業(yè)化公司”的目標；2015年，集團明確將新星公司定位為中石化新能源專業(yè)公司，代表中石化投資建設運營新能源產(chǎn)業(yè)；2017 年將新星公司定位為綠色清潔能源公司，主營地熱、光伏、風電等業(yè)務；2021年新星公司開始承擔新疆庫車、內(nèi)蒙古鄂爾多斯、烏蘭察布等綠氫項目；2023年新星公司提出了以“地熱領先行業(yè)、綠氫示范引領、綠電支撐需求”為目標，構建“一人套馬、三塊牌子”架構，推動相關業(yè)務發(fā)展。

新星公司已形成了“熱氫風光（地熱、綠氫、風電、光伏）”的新能源業(yè)務產(chǎn)業(yè)格局。

地熱方面，是中國地熱能開發(fā)領軍企業(yè)。2006 年新星公司和冰島合資成立了綠源公司并啟動了公司第一個地熱供暖項目，2009年新星公司開始打造地熱開發(fā)利用的先進模式“雄縣模式”。截止2023年新星公司在全國11個省市、60 多個縣市共實現(xiàn)地熱供暖能力9600m2，預計“十四五末”超過1.2 億m2。

風電光伏方面，圍繞中石化系統(tǒng)內(nèi)部市場“替代、配套、規(guī)模效益”并重展開。通過優(yōu)質(zhì)開發(fā)綠氫所需風光項目實現(xiàn)“支撐”，通過精耕細作系統(tǒng)內(nèi)風光項目實現(xiàn)“替代”，通過效益開發(fā)系統(tǒng)外風光項目實現(xiàn)“互補”。依托系統(tǒng)內(nèi)油田、煉化企業(yè)閑置土地、屋頂資源建設“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”模式分布式光伏發(fā)電項目和陸上分散式風電，基本建成超過接近1GW的裝機容量，系統(tǒng)內(nèi)24家企業(yè)實現(xiàn)了綠電的替代。

綠氫方面，2021年集團綠氫項目啟動，新星公司承擔了新疆庫車、鄂爾多斯及烏蘭察布3個綠氫項目前期工作。2023年新疆庫車綠氫項目全面建成投產(chǎn)，標志著我國首次實現(xiàn)萬噸級綠氫煉化項目全產(chǎn)業(yè)鏈貫通。內(nèi)蒙古鄂爾多斯3萬噸風光制氫項目正在進行進一步優(yōu)化，所產(chǎn)綠氫將為中天合創(chuàng)公司的煤炭深加工設備項目提供原料，延伸EVA、醋酸乙烯等高價值的綠色產(chǎn)品鏈。烏蘭察布10萬噸/年綠電制氫項目已經(jīng)取得了開發(fā)指標，通過純氫長輸管道輸送到京津冀地區(qū)，為燕山石化、天津石化等工業(yè)用氫及周邊交通提供氫源。

新疆庫車項目運行，成為全球目前已投運規(guī)模最大的綠氫煉化項目。新疆庫車項目從2020年開始啟動前期工作，2021年啟動成套制氫設備“揭榜掛帥”實證，2021年啟動三地“云啟動”儀式，2022 年正式開工，2023年實現(xiàn)綠電產(chǎn)氫，2023年全面建成投產(chǎn)。目前處于試生產(chǎn)階段，項目投產(chǎn)后至今一直連續(xù)安全運行。

該項目建設了年產(chǎn)氫規(guī)模2萬噸的綠氫廠1座，配置52 臺1000Nm3/h的堿性電解槽，10 臺2000Nm3的球罐，綠氫通過管道輸送至塔河煉化，替代原有天然氣制氫，每年可減少二氧化碳排放48.5萬噸。

02

首個萬噸級綠氫項目實施過程中克服9項挑戰(zhàn)，系統(tǒng)、裝備、成本、創(chuàng)新方案可行性通盤考慮

通過攻關，新星公司貫通了風光發(fā)電、綠電輸送、綠電制氫、儲存以及輸運應用等全流程的關鍵環(huán)節(jié)，為綠氫產(chǎn)業(yè)、煉化產(chǎn)業(yè)的提升提供有效的方案和實施路徑。主要是布局了氫能的安全、長距離管道、制氫測試、企業(yè)氫能技術規(guī)范等多項標準制定。接下來，我們將介紹不同階段的各個問題以及對應創(chuàng)新方案。

項目前期階段，主要是項目模式的優(yōu)選，關鍵在于綠氫產(chǎn)出時要降低對電網(wǎng)影響。

現(xiàn)有電網(wǎng)交易機制，新能源發(fā)電電力來源難以區(qū)分，綠電制氫困難，過網(wǎng)費增加綠氫生產(chǎn)成本。綠電或電解制氫項目購買綠電會影響電網(wǎng)。應直接利用新能源發(fā)電制氫，提出新供電模式確保綠氫產(chǎn)出和優(yōu)化成本。

新星公司采用了可再生能源制氫一體化發(fā)展模式的創(chuàng)新方案。結合新能源發(fā)電系統(tǒng)與自建線路，將綠電直接輸送至綠氫生產(chǎn)，僅需繳納備用容量費，并獲得政策支持。同時因為新能源發(fā)電波動性和時間限制，需建設自控系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)控制氫設備與供電。方案于2021年設計，仍符合歐盟2023年提出的綠氫判別標準之一，“直接連接新的可再生能源發(fā)電機所產(chǎn)生的氫氣”。

項目規(guī)劃階段，主要是規(guī)�；�綠電直接制氫的全流程優(yōu)化組合降本尋優(yōu)。

在預定的資金規(guī)模下，經(jīng)濟成本受光伏裝機、風電裝機、外購電比例、電解槽制氫及儲氫能力等因素影響，變量組合復雜。項目僅確定了制氫規(guī)模和區(qū)位，在開展研究前需要找出最低氫氣成本的參數(shù)組合。

新星公司采用了目標函數(shù)建模及優(yōu)化算法求解推演的創(chuàng)新方案。一是建立以制氫規(guī)模為約束條件，光伏、風電裝機、外購電比例、電解槽制氫及儲氫能力為變量，以氫氣成本最優(yōu)為目標函數(shù)模型；二是采用優(yōu)化算法求解推演出最佳配置方案；三是通過可再生能源優(yōu)化模型和加速算法的結合，形成新能源制氫優(yōu)化評價一體化軟件，幫助加速項目決策。

項目設計階段，系統(tǒng)方案、技術選型、上下游融合、降本策略等是主要考慮因素。

一是規(guī)�；�綠電制、儲、輸氫系統(tǒng)的集成及工藝優(yōu)化。在此項目之前，全球范圍內(nèi)尚無大規(guī)模綠氫生產(chǎn)系統(tǒng)及規(guī)范標準，在工藝流程、設備選型、參數(shù)設計方面需建立全套系統(tǒng)集成體系、標準和規(guī)范，大范圍優(yōu)化現(xiàn)有電解槽成套設備，相關設備定制生產(chǎn)。新星公司優(yōu)化形成了更適合規(guī)模化的成套綠電制氫系統(tǒng)。對全廠制氫設備進行整體工藝優(yōu)化，定制生產(chǎn)制氫設備，確保系統(tǒng)運行狀態(tài)最優(yōu)，有效降低運營成本，形成多對一的制氫系統(tǒng)。并針對上述方案，對循環(huán)系統(tǒng)、能量平衡、供配電進行了整體設計和優(yōu)化。

二是適合規(guī)�；�綠電制氫的電源技術。關鍵在于提升電解槽電源性能并匹配電解制氫系統(tǒng)，提升控制精度，精準控制公共電網(wǎng)用電，提高響應速度以降低棄電，確定最優(yōu)電解槽電源技術。新星公司針對制氫電源及系統(tǒng)整體展開了全方位的評價與探索。一方面，針對傳統(tǒng)電解槽電源技術，從電源的電網(wǎng)友好程度、控制響應速度、直流紋波、電流諧波方面開展研究；另一方面，篩選具備優(yōu)勢的新型電源技術，研究新型電源技術的可行性，中國石化首次提出在電解槽制氫方面開展IGBT電源技術規(guī)模化應用方案。

三是創(chuàng)新集成制氫系統(tǒng)方案的可行性的驗證。關鍵在于如何驗證綠氫項目中提出的創(chuàng)新方案——規(guī)�；�制氫系統(tǒng)和電源設計方案的實際可行性。新星公司結合綠氫示范項目先行性及“揭榜掛帥”科技舉措將其應用于工程實踐。組織制氫廠家“揭榜掛帥”，提前完成設計方案中型實驗，降低項目風險。實證過程中，驗證四對一成套方案可穩(wěn)定/波動生產(chǎn)，達到額定產(chǎn)氣量，氫氣質(zhì)量合格。在測試過程中形成系統(tǒng)的規(guī)�；�電解槽測試方法體系。

四是規(guī)�；�綠電制氫控制技術。電解制氫系統(tǒng)與波動電源響應特性對制氫效率、設備性能等方面影響較大，尤其在規(guī)�；�生產(chǎn)中，要考慮不同設備、多臺生產(chǎn)設備之間啟停及熱備等集群控制策略，相關技術要在確保項目安全可靠的同時提高效率。新星公司建立了優(yōu)化控制系統(tǒng)以適應波動電力制氫與下游煉化用氫需求。結合中石化大型煉化項目經(jīng)驗，根據(jù)波動電源出力情況，結合制氫系統(tǒng)特性，建立了適應復雜工況的控制系統(tǒng)。通過該技術，可實現(xiàn)調(diào)整制氫設備投運數(shù)量及負荷，適配最優(yōu)運行工況，提高產(chǎn)量，降低能耗，延長電解堆運行壽命。

五是新能源波動性與用氫場景需求的融合。新能源具有波動性問題，煉化等場景需求各異。最小化儲氫儲能可以解決新能源制氫波動和化工用氫穩(wěn)定性需求矛盾，對保障煉化生產(chǎn)、降低綠氫成本至關重。新星公司開展了平衡光伏綠電制氫高波動性氫源的儲運技術開發(fā)，主要是應用到了我們前面提到的球罐儲運技術。

六是綠氫的降本策略。相比煤制氫、天然氣制氫技術，現(xiàn)有電解水制氫成本較高，降低成本是解決綠氫商業(yè)化推廣應用瓶頸關鍵。新星公司從設計、裝備、控制等方面提高經(jīng)濟性。一是通過創(chuàng)新用發(fā)電包括共建模式來控制整體的用電成本；二是采用模型完優(yōu)化優(yōu)選風光組合方案，控制整體的投資；三是結合風光系統(tǒng)，包括設備的選型，提升我們的發(fā)電效率、電源效率；四是再造制氫系統(tǒng)工藝流程，整合了制氫的配套系統(tǒng)，來降低制氫部分的投資。五是采用了先進的控制集群系統(tǒng)，提升整體的制氫效率等效果。提升制氫效率。

生產(chǎn)運營階段，如何對萬噸級綠氫項目進行生產(chǎn)運行控制是關鍵。

新星公司從仿真培訓、虛擬技術、數(shù)字化、智能控制4方面入手。第一是開發(fā)了項目生產(chǎn)運行仿真平臺，提前讓生產(chǎn)人員熟悉生產(chǎn)控制；第二是建立三維虛擬工廠，可以開展虛擬巡檢；第三是建立生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息化系統(tǒng)，從平臺實時監(jiān)控項目運行情況；四是將光伏發(fā)電與制氫負荷跟蹤耦合，投用智能生產(chǎn)控制系統(tǒng)，建立雙向跟蹤方案，在持續(xù)優(yōu)化的同時也為今后實現(xiàn)少人值守或無人值守做好支撐。

03首個萬噸級綠氫項目落地，形成了5大成果

成果一：實現(xiàn)規(guī)�；�光伏直接制氫零的突破。解決光伏波動與電解槽波動間動態(tài)電力控制、分時電價與電網(wǎng)下電低成本匹配、制氫量波動與外輸穩(wěn)定耦合等難題。如針對分時電價和電網(wǎng)下的低成本匹配，以及制氫波動和外穩(wěn)外輸穩(wěn)定耦合等難題，自主開發(fā)了相應的自控系統(tǒng)技術的開發(fā)器，并形成了首個規(guī)�；�制氫的工藝包；同時也完成了首個也是國內(nèi)首個新能源規(guī)模電工規(guī)模電解制氫的測試方案，目前正在開始系統(tǒng)的測試。

成果二：帶動國內(nèi)制氫產(chǎn)業(yè)規(guī)模量的提升。庫車項目的啟動堅定了國內(nèi)綠氫應用產(chǎn)業(yè)的行業(yè)信心，國內(nèi)堿性電解槽生產(chǎn)能力由2021年不足0.5GW擴增到5GW，生產(chǎn)企業(yè)由不足10家增長至近百家，配套規(guī)�；�新能源制氫所需高功率IGBT技術實現(xiàn)研發(fā)突破并進入生產(chǎn)應用；庫車項目的光伏組件、電解槽、儲氫罐等設備及材料實現(xiàn)了國產(chǎn)化，促進國內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

成果三：項目取得一系列支撐綠氫開發(fā)的科研成果。開發(fā)的科研成果包括《堿性電解制氫技術導則》等標準，《一種大型綠氫制備晶閘管整流電源系統(tǒng)》等2件專利，《新能源制氫決策及評價一體化系統(tǒng)》軟件著作權1項，開發(fā)光伏發(fā)電制氫一體化軟件和智能控制策略軟件各1套，正申編專利2件、申編標準16項。

成果四：形成適于可再生能源制氫的生產(chǎn)運行模式。項目開發(fā)了符合智能生產(chǎn)4級成熟度的綠氫智慧工廠管理系統(tǒng)，現(xiàn)場生產(chǎn)裝置和輸配電站采用少人或無人值守；發(fā)揮氫儲能調(diào)節(jié)優(yōu)勢，確保輸氫平穩(wěn)情況下盡量使用光伏發(fā)電，降低綠氫生產(chǎn)成本。

成果五：為利用可再生能源實現(xiàn)工業(yè)化低碳轉(zhuǎn)型探索了道路。庫車項目突破性解決了可再生波動電源條件下制氫的技術難題，貫通利用全流程關鍵環(huán)節(jié)，將中國石化打造為綠氫煉化原創(chuàng)技術策源地企業(yè)。項目是煉化產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)低碳生產(chǎn)轉(zhuǎn)型的示范，擴大了綠氫應用場景，為其他行業(yè)大規(guī)模應用綠氫探索了可行之路；推進了國產(chǎn)化設備和技術的更新迭代，有力的促進了氫能相關產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展；為氫能推廣和應用提供了有效解決方案和實施路徑，對探索可行、可復制、可推廣的新能源-氫能發(fā)展模式具有重大意義。

04建議強化氫能政策支持，加強氫能體系標準建設

最后我再來匯報分享一下，通過這些項目，我們形成的一些在實施建設過程中對于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一些建議。

建議一是支持鼓勵氫能生產(chǎn)應用項目發(fā)展。我們覺得還是需要進一步強化國家和省級層面對氫能產(chǎn)業(yè)的頂層規(guī)劃，促進區(qū)域的協(xié)調(diào)發(fā)展，推動氫能的應用場景落實落地。一是在體制機制方面建立各省工業(yè)領域和交通領域綠氫配額機制和監(jiān)測考核機制，出臺綠電制氫項目碳排放方法學及認定標準，支持氫能項目的碳減排量參與碳交易，開展綠氫及延伸產(chǎn)品綠色認證等；二是制定相關政策支持綠氫副產(chǎn)品（綠氧）消納，提升可再生能源制氫附加價值；三是對于新型氫能應用場景開發(fā)給與政策支持，支持電力、鋼鐵、化工等高碳排放領域積極推進消納綠氫措

建議二是強化頂層設計和政策支持。研究制定能體現(xiàn)綠氫綠色低碳屬性的定價機制。氫氣成本是決定綠氫競爭力的關鍵因素，預計碳達峰前，碳交易價將達到200-300元/噸，若屆時綠電價格達到0.15元/kWh，電解水制氫電耗達到4.5kWh/Nm3時，則綠氫成本可降至12元/kg左右，將在石油（煤）化工、冶金行業(yè)中大規(guī)模應用，經(jīng)濟性將得以體現(xiàn)。具體來說我們的建議：一是強化電力政策扶持，盡快將綠電制氫一體化項目納入非煤自備電廠范圍，在綠電儲能、以電育氫等方面給予政策支持。二是制定氫能相關產(chǎn)業(yè)的金融支持和財稅支持政策，將綠氫生產(chǎn)納入新興產(chǎn)業(yè)稅收優(yōu)惠清單等。三是取消綠電制氫一體化項目政府性基金中可再生能源電價附加的收取。四是明確制氫和儲氫工程在儲能政策中的地位，享受儲能政策支持等。

建議三是加強氫能體系標準建設。建立適合大規(guī)模工業(yè)化氫能制儲輸運和安全技術標準體系，盡快修訂氫能行業(yè)現(xiàn)有的標準，使政府審批有章可循，從而提高行政效率。同時使企業(yè)投資建設有合理標準可依，從而降低成本。建立電解槽與風光可再生波動電源的匹配性評價標準等體系，同時我們也建議開展綠氫裝備測試標準和平臺建設。

END

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