寶豐能源首創(chuàng)將“綠氫”“綠氧”直供化工系統(tǒng)，用“綠氫”替代原料煤、“綠氧”替代燃料煤生產(chǎn)高端化工產(chǎn)品，打通了用新能源替代化石能源實(shí)現(xiàn)碳中和的科學(xué)路徑。圖為寶豐能源“國家級太陽能電解水制氫綜合示范項(xiàng)目”。（寶豐能源供圖）
眼下，寧夏的特產(chǎn)，除了枸杞，還要加上“氫”。
年產(chǎn)400萬噸煤制油、320萬噸煤基烯烴、600萬噸煤化工下游產(chǎn)品，這一串?dāng)?shù)字是寧夏寧東能源化工基地不俗的一張成績單。在瞄準(zhǔn)氫能這一全新的產(chǎn)業(yè)方向之后，光伏發(fā)電、綠電制氫、綠氫耦合煤制油、氫能源卡車多個氫能源項(xiàng)目，未來還會在西部的寧夏，開花結(jié)果。
千億化工園區(qū)用上氫能，“綠氫”“綠氧”污染減少
從銀川出發(fā)一路向東，跨過靜靜流淌的黃河，寧東能源化工基地就矗立在毛烏素沙地的邊緣。這里是我國重要的大型煤炭生產(chǎn)基地、煤化工產(chǎn)業(yè)基地和“西電東送”火電基地。
半年前，這個傳統(tǒng)能源化工基地出現(xiàn)了一個新家伙，就是氫能源卡車。沒有噪音和污染，開卡車20多年的王成武一下子就輕松了。2021年5月，寧夏首家，也是西北地區(qū)正式投運(yùn)的第一個加氫站建成，每天可以為50輛氫燃料電池重卡車加注氫氣。王成武的氫能源車每兩天就要到這里來加一次氫。
氫能源卡車和加氫站只是這個傳統(tǒng)的能源化工基地變化的一個小小縮影。在過去很多年，由于坐擁豐富的煤炭資源，寧東基地是我國最大的煤制油、煤基烯烴生產(chǎn)基地。隨著碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的提出，高能耗、高排放已成為懸在寧東基地頭頂?shù)囊话褎Α?/span>
寧東基地“依煤而建、因煤而興”，是西北唯一產(chǎn)值過千億元的化工園區(qū)，更是區(qū)域工業(yè)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定器和動力源。但寧東能源化工基地每年消耗煤炭9000多萬噸，除了火力發(fā)電之外，有5000萬噸用于煤化工，占比超過了50%。
作為煤化工的基礎(chǔ)原料，煤制氫的消耗量每年高達(dá)240萬噸。光是生產(chǎn)這些煤制氫，就需要消耗2880萬噸標(biāo)煤，并產(chǎn)生5600萬噸的二氧化碳排放。
站在轉(zhuǎn)型的十字路口，寧東基地急需找到一把破解能源資源環(huán)境瓶頸的“鑰匙”。最終，他們把目光瞄準(zhǔn)了氫能源。氫氣，是現(xiàn)代煤化工的重要基礎(chǔ)原料。
在寧東基地，大部分的氫氣主要是通過碳與水反應(yīng)得來的煤制氫，俗稱灰氫。盡管成本低，但這樣的方式，不可避免增加能耗、水耗和排放大量二氧化碳。
寶豐能源是寧東基地一家大型的煤化工企業(yè)，從2019年開始，寶豐能源集團(tuán)氫能公司總工程師劉飛就和各個部門抽調(diào)的工程師們一起，組成了技術(shù)攻關(guān)小組，研發(fā)以太陽能發(fā)“綠電”，電解水制“綠氫”“綠氧”，直供煤化工生產(chǎn)系統(tǒng)的總體技術(shù)方案。
過去，傳統(tǒng)的堿水電解槽主要用于電廠以及多晶硅生產(chǎn)等，制氫規(guī)模大多為每小時200~300標(biāo)準(zhǔn)立方米，最大的也不超過500標(biāo)方。但是劉飛的團(tuán)隊(duì)面臨的情況是，第一期就要建造可以每小時生產(chǎn)10,000標(biāo)方氫氣的廠房。
工程師們打造了全新的集散控制系統(tǒng)，針對各種儀表還專門設(shè)置了安全保護(hù)系統(tǒng)。經(jīng)過緊鑼密鼓的安裝、調(diào)試，2021年4月，這套每小時可產(chǎn)氫氣10,000標(biāo)方的電解水制氫廠房在寧東正式投產(chǎn)。隨后，這些由太陽能發(fā)電，電解水制出的綠氫和綠氧，成功耦合進(jìn)了寶豐能源的煤化工生產(chǎn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定運(yùn)行和規(guī)?；a(chǎn)。
這個目前世界單廠規(guī)模最大的電解水制氫項(xiàng)目，每年可產(chǎn)2.4億標(biāo)方的綠氫。1.2億標(biāo)方的綠氧直供煤化工，替代原來的煤制氫。
制、儲、加、用，氫能的產(chǎn)業(yè)鏈完美閉環(huán)
目前，采用光伏發(fā)電來進(jìn)行的電解水制綠氫，行業(yè)內(nèi)大部分項(xiàng)目的成本為每標(biāo)方1.7元~2元之間，而煤制氫因?yàn)楫a(chǎn)業(yè)鏈更加成熟，成本僅為每標(biāo)方0.6元~0.7元。生產(chǎn)利用綠氫無疑可以釋放巨大的環(huán)保效益，但企業(yè)運(yùn)行還需要算一筆經(jīng)濟(jì)賬。在劉飛的電解水制氫車間，綠氫的成本可以控制到每標(biāo)方0.7元，幾乎與煤制氫的成本相當(dāng)。這是怎么做到的？
除了技術(shù)工藝和流程優(yōu)化，規(guī)模效益，是降低成本的法寶。劉飛說，早在2016年，寶豐能源就已經(jīng)布局了太陽能光伏發(fā)電項(xiàng)目。
單晶硅組件每一塊將近2平方米，每天能發(fā)電約1.8度。目前，這家企業(yè)總的光伏發(fā)電的建設(shè)規(guī)模已經(jīng)達(dá)到了100萬千瓦。
不僅是寶豐能源的綠氫項(xiàng)目，在寧東基地，還有新的氫能源項(xiàng)目正在加速上馬。2020年年底京能寧東發(fā)電公司申報的氫能制儲加一體化示范項(xiàng)目得到了批復(fù)。
在這個示范項(xiàng)目上，京能寧東發(fā)電公司總經(jīng)理劉偉一直主導(dǎo)采用質(zhì)子交換膜(PEM)電解水制氫的技術(shù)路線。這個技術(shù)最早主要是用來為潛艇和宇航員提供新鮮充足的氧氣。
現(xiàn)在，國外主要的氣體龍頭企業(yè)大部分采用的也是這個技術(shù)，但是在國內(nèi)，目前還沒有成熟的項(xiàng)目。劉偉認(rèn)為，質(zhì)子交換膜（PEM）電解水制氫環(huán)保、占用場地小，是未來具有潛力的技術(shù)路線。
寶豐能源這樣的煤化工企業(yè)，制造綠氫是為了改造煤化工生產(chǎn)流程不同。劉偉所在的發(fā)電企業(yè)，之所以要上馬制氫項(xiàng)目，還要從電廠調(diào)峰的角度考慮。
制、儲、加、用，在寧東基地氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)劃上，從上游的綠色發(fā)電到中游的綠電制氫，再到下游的煤化工產(chǎn)業(yè)耦合應(yīng)用，是一個完整的氫能的產(chǎn)業(yè)鏈閉環(huán)。
寧東能源化工基地氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中心的負(fù)責(zé)人趙瑞表示，寧東基地年日照時間超過3000小時，太陽能有效發(fā)電時間可達(dá)1700小時，利用太陽能光伏電制備綠氫具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。
事實(shí)上，早在2019年，寧東就已經(jīng)率先開始了氫能源的布局。根據(jù)寧東基地最新的發(fā)展規(guī)劃，到2025年，綠氫的年產(chǎn)能將達(dá)到30萬噸以上，每年可以降低煤炭消費(fèi)360萬噸，減排二氧化碳700萬噸。
有了明確的發(fā)展規(guī)劃，在寧東基地，申請綠氫生產(chǎn)項(xiàng)目正在成為一股新的風(fēng)潮。眼下，他們其中一家企業(yè)正打算將生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品氫通過氫氣液化項(xiàng)目進(jìn)行對外銷售，另一個企業(yè)正在想盡辦法降低光伏電解水制氫項(xiàng)目的運(yùn)行成本。
目前，寧東基地用綠氫部分替代煤制氫，理論可替代量達(dá)每年120萬噸左右。圍繞著綠氫，寧東基地正在煤化工耦合、綠氫制氨、精細(xì)化工用氫、氫儲能、氫能交通等多個領(lǐng)域重點(diǎn)發(fā)力。一項(xiàng)項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新、一個個應(yīng)用場景，都在見證記錄著寧東基地從煤化工“領(lǐng)跑者”向氫能“領(lǐng)跑者”的蛻變。
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