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下載手機(jī)APP 譯者按：氫能是全球動(dòng)力轉(zhuǎn)型與發(fā)展的新趨勢(shì)，被譽(yù)為21世紀(jì)最有前途的動(dòng)力之一。我國(guó)氫能工業(yè)的商業(yè)化腳步正在不斷加速，一些當(dāng)?shù)睾蛣?dòng)力企業(yè)紛繁布局氫能工業(yè)與運(yùn)用項(xiàng)目?？墒窃蹅儗?duì)氫能的認(rèn)知多局限于氫氣儲(chǔ)運(yùn)與氫燃料電池等方面，對(duì)氫氣焚燒發(fā)電范疇沒(méi)有給予足夠的重視，基于此，中國(guó)航發(fā)燃機(jī)編譯了這篇文章，以期引發(fā)職業(yè)更多有益的思考。
中國(guó)航發(fā)燃機(jī)一直致力于氫能的開(kāi)發(fā)與運(yùn)用，憑仗燃?xì)廨啓C(jī)與航空發(fā)動(dòng)機(jī)技能同源的優(yōu)勢(shì)，完成了航空發(fā)動(dòng)機(jī)焚燒技能和常識(shí)堆集向燃?xì)廨啓C(jī)的搬運(yùn)。AGT-2、AGT-12、AGT-25等多個(gè)自主燃?xì)廨啓C(jī)型號(hào)已完成分散焚燒方法的富氫燃料發(fā)電運(yùn)用，部分混氫焚燒發(fā)電項(xiàng)目的氫濃度最高到達(dá)了60%?，F(xiàn)在，公司正在展開(kāi)預(yù)混焚燒方法的富氫燃料干式低排放焚燒技能的開(kāi)發(fā)，這也被國(guó)際動(dòng)力巨子視為氫能工業(yè)化、規(guī)?；\(yùn)用的干流途徑?？傮w來(lái)看，中國(guó)航發(fā)燃機(jī)正為氫能大規(guī)模商業(yè)化運(yùn)用儲(chǔ)備技能，已具備展開(kāi)零碳排放燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)品研制的根底。
以下為譯文：
為什么氫燃料發(fā)電廠"將在動(dòng)力轉(zhuǎn)型中扮演重要人物"
西門(mén)子動(dòng)力(SiemensEnergy)和Equinor的高管以為，假如不焚燒清潔的氫能進(jìn)行發(fā)電，電力體系的深度脫碳是不或許完成的。2021年7月29日10：38GMT更新2021年7月30日0：49GMT由LeighCollins
乍一看，清潔氫能發(fā)電廠的概念似乎荒唐至極。為什么會(huì)有人用可再生動(dòng)力制造綠色氫能，之后再焚燒氫能來(lái)發(fā)電?功率低于40%，每10千瓦時(shí)的風(fēng)能或太陽(yáng)能供給的電力不到4千瓦時(shí)。
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為什么用碳捕獲和貯存(CCS)技能從天然氣中制取藍(lán)氫——加上甲烷改造和壓縮/液化、運(yùn)輸和貯存難以處理的氫氣而發(fā)生的一切額定費(fèi)用——當(dāng)你可以在現(xiàn)有的燃?xì)怆姀S中加入CCS技能時(shí)?
可是，西門(mén)子動(dòng)力(Siemensenergy)、Equinor和蘇格蘭公用事業(yè)公司(SSE)等大型動(dòng)力公司以為，氫能發(fā)電廠的遠(yuǎn)景光明。為什么?
綠氫發(fā)電廠
德國(guó)西門(mén)子動(dòng)力公司(SiemensEnergy)上一年從母公司剝離出來(lái)，向客戶供給氫能發(fā)電廠解決方案。西門(mén)子動(dòng)力公司氫能發(fā)電銷(xiāo)售副總裁ErikZindel表明：“假如將可再生動(dòng)力轉(zhuǎn)化為氫能并重新電氣化，總循環(huán)功率不到40%，明顯，只要將氫能用作長(zhǎng)期貯存和對(duì)各種可再生動(dòng)力的補(bǔ)償時(shí)，才有含義。”
“假如想幾天、幾周、幾個(gè)月，乃至幾個(gè)季度地貯存電力——或者想從夏天到冬天都運(yùn)用太陽(yáng)能，亦或者想從秋天到夏天都運(yùn)用風(fēng)能發(fā)電——就需求以化學(xué)方法貯存電力。”
“在冬天，當(dāng)兩三周都沒(méi)有陽(yáng)光和風(fēng)時(shí)，你依然需求(清潔的)電力——因而你需求氫能。”
ErikZindel以為，大規(guī)模儲(chǔ)氫也將有助于削減刮風(fēng)/晴天期間風(fēng)能和太陽(yáng)能的削減。他解說(shuō)道：“一旦你進(jìn)入綠色氫能范疇，就可以添加你期望在電網(wǎng)中構(gòu)建的可再生動(dòng)力數(shù)量，由于你可以運(yùn)用剩下的可再生動(dòng)力(不然，這些可再生動(dòng)力將因無(wú)法出售而被削減)。”
因而，經(jīng)過(guò)電解(運(yùn)用電力將水分子分解成氫氣和氧氣)，并且可以將剩下的能量貯存為氫能，你確實(shí)可以讓可再生動(dòng)力在電力體系中占有重要位置。反之，氫能很快就會(huì)受到限制，由于會(huì)有太多的剩下的能量需求傾倒?？墒牵坏┠憧梢赃\(yùn)用這種過(guò)剩的電力，你就可以將可再生動(dòng)力成倍(兩倍、三倍乃至四倍)添加。
藍(lán)氫發(fā)電廠
挪威石油巨子Equinor和蘇格蘭公用事業(yè)公司SSE最近宣告了一項(xiàng)方案，方案最快10年內(nèi)涵英格蘭東北部的Keadby制作一座全新的1.8GW氫燃料發(fā)電站。兩家公司表明，這家電廠會(huì)用低碳藍(lán)氫供給動(dòng)力，并用于支撐可變可再生動(dòng)力，比方海上風(fēng)能。那么，為什么藍(lán)氫發(fā)電比運(yùn)用CCS技能的天然氣發(fā)電更有優(yōu)勢(shì)?
Equinor低碳技能副總裁HenrikSolgaardAndersen以為，在焚燒前階段捕獲碳比在燃?xì)獍l(fā)電廠焚燒后捕獲碳更具本錢(qián)效益。“在[燃?xì)獍l(fā)電站]的煙氣中，壓力十分低，二氧化碳濃度十分低…所以這十分困難，”他解說(shuō)道。“這就像大海撈針。你捕獲的二氧化碳越多，捕獲剩下二氧化碳的或許性就越小。最終，無(wú)法捕獲。”
“在藍(lán)氫電廠里，二氧化碳?jí)毫Ω?。因而，開(kāi)始有很多“針頭”，這便是為什么與后焚燒電廠比較，藍(lán)氫電廠可以取得更多二氧化碳的原因：壓力十分高。所以可以降到[97-98%]。”
在一個(gè)不到50%運(yùn)行時(shí)刻的燃?xì)獍l(fā)電廠獲取二氧化碳的本錢(qián)就更低了——就像Keadby備用發(fā)電廠那樣。Andersen說(shuō)：“不管運(yùn)行時(shí)刻長(zhǎng)短，后焚燒方法(即選用CCS技能的天然氣)電廠有必要預(yù)備好在每次運(yùn)行時(shí)捕獲90%以上的(二氧化碳)。”“咱們以為，一切這些發(fā)動(dòng)和中止都意味著捕獲裝置升溫文冷卻次數(shù)過(guò)多，所以無(wú)法捕獲足夠多的二氧化碳。”他彌補(bǔ)道：“曾經(jīng)沒(méi)有一家機(jī)構(gòu)運(yùn)用CCS技能運(yùn)營(yíng)過(guò)可調(diào)度發(fā)電廠。沒(méi)人真正知道動(dòng)力功率和捕獲率。因而，存在一些不確定性。”
高本錢(qián)
在Equinor和SSE方案制作一座全新的氫能發(fā)電廠的一起，西門(mén)子動(dòng)力公司正以現(xiàn)有化石氣體發(fā)電廠的改造以及新的“氫安排妥當(dāng)”聯(lián)合循環(huán)燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備的建設(shè)為其商業(yè)模式的根底。
可是，Zindel指出，盡管將一座天然氣發(fā)電廠改形成氫能發(fā)電廠“恰當(dāng)廉價(jià)”，但如今運(yùn)用清潔氫能發(fā)電“在經(jīng)濟(jì)上沒(méi)有含義。”他解說(shuō)說(shuō)，天然氣比綠氫、藍(lán)氫乃至有增無(wú)減的灰氫廉價(jià)得多。據(jù)估計(jì)，綠氫的本錢(qián)在每千克2.50～6美元之間，藍(lán)氫的本錢(qián)在每千克1.50～4美元之間。假如清潔氫氣的本錢(qián)是每公斤2歐元(合2.35美元)，可以使其與化石燃料具有本錢(qián)競(jìng)爭(zhēng)力，“需求每噸二氧化碳價(jià)格到達(dá)200～250英鎊，因而任重而道遠(yuǎn)”?，F(xiàn)在，歐盟發(fā)布的碳價(jià)格約為每噸53歐元。清潔氫能要到2035年才干用于大規(guī)模發(fā)電，部分原因是在運(yùn)輸和重工業(yè)等其他職業(yè)運(yùn)用氫能更具本錢(qián)效益。
他表明：“咱們估計(jì)，氫能電氣化將在2035年或2040年大規(guī)模完成——那時(shí)咱們真的有必要對(duì)電力職業(yè)進(jìn)行深度脫碳。”
Equinor表明，其Keadby氫能設(shè)備只要在“恰當(dāng)?shù)姆结槞C(jī)制到位的情況下”，換句話說(shuō)，假如它得到大量補(bǔ)助，才干繼續(xù)進(jìn)行。
Andersen說(shuō)：“咱們的市場(chǎng)失靈了。”咱們正在研究一種商業(yè)模式，這種商業(yè)模式或許更適合某種差異合同。因而，承購(gòu)商將為天然氣買(mǎi)單，而藍(lán)氫的生產(chǎn)商將得到某種補(bǔ)助[額定本錢(qián)]。
為什么是現(xiàn)在?
假如西門(mén)子動(dòng)力不相信電力職業(yè)將在15～20年內(nèi)運(yùn)用氫能發(fā)電，那么它今日又為什么要營(yíng)銷(xiāo)氫燃料發(fā)電解決方案呢?
Zindel說(shuō)：“原因很多。其一，這是未來(lái)趨勢(shì)，現(xiàn)在有必要展開(kāi)工作，咱們的方案是具備10年內(nèi)焚燒氫濃度到達(dá)100%的才能——因而，當(dāng)咱們?nèi)〉玫谝粋€(gè)真正的商業(yè)項(xiàng)目時(shí)，它現(xiàn)已可用了。”“咱們估計(jì)，在徹底脫碳的情況下，聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠將成為供給剩下負(fù)荷的首要技能挑選，這些聯(lián)合循環(huán)的運(yùn)行時(shí)刻只要20～30%，不會(huì)再多了，由于體系中將有足夠的風(fēng)能和太陽(yáng)能。”“其次——也是更重要的一點(diǎn)——咱們的客戶現(xiàn)在需求制作天然氣發(fā)電廠。所以，假如你有一個(gè)天然氣發(fā)電廠正在建設(shè)，假設(shè)在2023～2024年投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)，這意味著，這些發(fā)電廠在本世紀(jì)50年代仍將運(yùn)營(yíng)，屆時(shí)咱們應(yīng)徹底脫碳”“這意味著，從現(xiàn)在起即將制作的每座新的(燃?xì)?發(fā)電廠都很或許在未來(lái)進(jìn)行改造，以焚燒氫能。因而，咱們今日就為這些發(fā)電廠做好預(yù)備是十分重要的。這便是咱們所說(shuō)的"氫安排妥當(dāng)概念"。因而，咱們要保證咱們具有正確的材料，挑選正確的電氣設(shè)備，[并且]咱們有足夠的空間來(lái)供給額定的體系，這些體系將在電廠轉(zhuǎn)換為氫能燃料時(shí)運(yùn)用。”“咱們看到，至少在歐洲，幾乎每個(gè)客戶都在談?wù)擃A(yù)備為他們的新發(fā)電廠運(yùn)用氫能。并且，世界其他地區(qū)現(xiàn)在也十分積極地削減碳排放。這是咱們職業(yè)中一個(gè)十分重要的論題。”“他們看到核電站在其商業(yè)和技能生命周期結(jié)束前好久就已中止運(yùn)行——他們現(xiàn)在也看到燃煤發(fā)電站也被要求離網(wǎng)……他們對(duì)財(cái)物停滯感到厭煩，因而他們期望現(xiàn)在的聯(lián)合循環(huán)能為未來(lái)供給保護(hù)傘。”
如何將燃?xì)獍l(fā)電廠轉(zhuǎn)化為氫能發(fā)電廠?
氫氣與天然氣特性不同，例如分子更小，動(dòng)力密度更低，會(huì)導(dǎo)致氫脆現(xiàn)象。因而，要使燃?xì)獍l(fā)電廠可以運(yùn)用氫能，需求做出許多改變。
Zindel解說(shuō)道：“體積密度下降首要對(duì)一切上游設(shè)備(燃?xì)廨啓C(jī)、燃?xì)怏w系)有所影響，需求添加燃料管道直徑。”“因而，假如你知道發(fā)電廠將來(lái)要運(yùn)用氫能，你需求直徑更大的燃料管道。假如你想改造，你或許沒(méi)有空間[用于更寬的管道]。”
他解說(shuō)說(shuō)，“假如燃?xì)廨啓C(jī)需求進(jìn)步中軸線以容納更寬的管道，"會(huì)被當(dāng)即質(zhì)疑改造的經(jīng)濟(jì)可行性。”
其他改變或許包括新的電氣和氣體檢測(cè)體系，以及——根據(jù)監(jiān)管要求——添加挑選性催化復(fù)原(SCR)體系，以削減NOx排放(氫在富含氮?dú)獾目諝庵蟹贌龝r(shí)發(fā)生的溫室氣體)。
但最明顯的改變是調(diào)整燃?xì)廨啓C(jī)以焚燒氫氣，這將需求改善焚燒室和新的焚燒器。
Zindel說(shuō)：“與天然氣比較，氫氣作為燃料，其反應(yīng)率要高得多，火焰速度也更高。"這意味著火焰離焚燒器越來(lái)越近，有或許將發(fā)生回火現(xiàn)象。因而，需求新的防閃回焚燒器規(guī)劃。一起，火焰溫度稍高，意味著NOx排放量將會(huì)添加。”
“然后一切都是關(guān)于……當(dāng)焚燒室的空氣流量現(xiàn)已很低時(shí)，如安在不損壞焚燒器的情況下發(fā)動(dòng)或關(guān)閉設(shè)備?”
“這或多或少是咱們面臨的研制應(yīng)戰(zhàn)——規(guī)劃一個(gè)穩(wěn)定、安全的焚燒器來(lái)焚燒氫氣，一起使NOx排放在可控范圍內(nèi)。”
“不行徹底消除，但可明顯削減。”
Zindel說(shuō)，需求統(tǒng)籌分析一切溫室氣體。因而，不僅是削減二氧化碳和NOx排放，還觸及削減甲烷——一種強(qiáng)壯的溫室氣體——在運(yùn)用天然氣生成藍(lán)氫時(shí)，會(huì)向上游排放甲烷。
為什么不運(yùn)用燃料電池呢?
假如焚燒氫氣總是會(huì)發(fā)生一些氮氧化物和溫室氣體，為什么不運(yùn)用無(wú)排放的燃料電池將氫能轉(zhuǎn)化為電能呢?
“與燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)比較，燃料電池是一項(xiàng)有競(jìng)爭(zhēng)力的技能——但最終……出于經(jīng)濟(jì)考慮，”Zindel。
“假如你看看功率，今日的聯(lián)合循環(huán)技能…功率水平為63～64%。這現(xiàn)已高于一般的燃料電池——功率在60%以內(nèi)。”
“此外，聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠的出資本錢(qián)也比(相似規(guī)模的)燃料電池廉價(jià)得多。(燃料電池)完成與聯(lián)合循環(huán)的動(dòng)力本錢(qián)平等化還需求數(shù)年。”
“然后你要考慮燃?xì)廨啓C(jī)具有更高的燃料靈活性，以及改造現(xiàn)有的天然氣聯(lián)合循環(huán)以焚燒氫氣的或許性，這將進(jìn)一步削減所需的出資。”
“一切這些都闡明，聯(lián)合循環(huán)技能是未來(lái)氫能電氣化的首要技能。燃料電池雖然是一項(xiàng)極具吸引力的技能，具有明顯的改善潛力，但它的首要運(yùn)用范疇是移動(dòng)和小島電網(wǎng)，而這些當(dāng)?shù)芈?lián)合循環(huán)技能并不行行。”
試點(diǎn)工廠
Zindel解說(shuō)說(shuō)，西門(mén)子動(dòng)力公司現(xiàn)在正在建設(shè)和調(diào)試三座試驗(yàn)性發(fā)電廠，這些發(fā)電廠要么焚燒100%氫氣，要么焚燒富含氫燃料。
兩個(gè)新的商業(yè)熱電聯(lián)產(chǎn)工廠——一個(gè)在俄羅斯西部500MW，一個(gè)在巴西圣保羅州80MW——都將運(yùn)用煉油廠的副產(chǎn)品氫氣為這些煉油廠供給電力和熱量，濃度分別為27%和60%。這兩家工廠都在調(diào)試中。
但可以說(shuō)，西門(mén)子動(dòng)力公司最重要的試點(diǎn)是法國(guó)的12MW的Hyflexpower項(xiàng)目，該項(xiàng)目將在現(xiàn)有的燃?xì)鉄犭姀S運(yùn)用100%的綠氫，為位于法國(guó)中西部的一家造紙廠供給電力和熱量。
Zindel說(shuō)：“關(guān)于咱們新的焚燒器技能來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)很好的演示項(xiàng)目，它可以(焚燒)天然氣和氫氣之間的任何燃料組合，咱們估計(jì)到2023年，氫燃料濃度將到達(dá)100%，一起下降NOx排放。這將是咱們?cè)谠摲懂牭牡谝粋€(gè)真正的演示項(xiàng)目。”
現(xiàn)有設(shè)備將由包括EngieSolutions、德國(guó)航空航天中心和四所歐洲大學(xué)在內(nèi)的財(cái)團(tuán)轉(zhuǎn)換為氫能，并由歐盟委員會(huì)的地平線2020方案供給資金。
“十分十分大的可是”
Zindel表明，雖然西門(mén)子動(dòng)力公司估計(jì)2035年之前不會(huì)大規(guī)模建設(shè)氫電廠，但有"一個(gè)十分十分大的可是"。
他解說(shuō)道：“立法需求選用脫碳路線——并且要快。"各國(guó)需求強(qiáng)制脫碳。與在下屆選舉中的3000萬(wàn)選民比較，對(duì)50家大公司實(shí)施脫碳方針要簡(jiǎn)單得多。”
因而，電廠運(yùn)營(yíng)商面臨的風(fēng)險(xiǎn)是，他們或許會(huì)更快地完成脫碳方針(比較估計(jì))。他彌補(bǔ)道：“重要的是要理解，監(jiān)管引領(lǐng)變革，由于現(xiàn)在這些技能都沒(méi)有比現(xiàn)有技能更廉價(jià)?，F(xiàn)在沒(méi)有一家公司會(huì)改用氫能。”“不管是經(jīng)過(guò)補(bǔ)助或碳稅，進(jìn)步二氧化碳證書(shū)價(jià)格，還是經(jīng)過(guò)限制排放或其他辦法，真正實(shí)施這一改變的法規(guī)，遲早會(huì)到來(lái)。”“然后就取決于整個(gè)職業(yè)的體現(xiàn)了。”中國(guó)航發(fā)燃機(jī)
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氫燃料發(fā)電廠
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中國(guó)航發(fā)燃機(jī)一直致力于氫能的開(kāi)發(fā)與運(yùn)用，憑仗燃?xì)廨啓C(jī)與航空發(fā)動(dòng)機(jī)技能同源的優(yōu)勢(shì)，完成了航空發(fā)動(dòng)機(jī)焚燒技能和常識(shí)堆集向燃?xì)廨啓C(jī)的搬運(yùn)。AGT-2、AGT-12、AGT-25等多個(gè)自主燃?xì)廨啓C(jī)型號(hào)已完成分散焚燒方法的富氫燃料發(fā)電運(yùn)用，部分混氫焚燒發(fā)電項(xiàng)目的氫濃度最高到達(dá)了60%?，F(xiàn)在，公司正在展開(kāi)預(yù)混焚燒方法的富氫燃料干式低排放焚燒技能的開(kāi)發(fā)，這也被國(guó)際動(dòng)力巨子視為氫能工業(yè)化、規(guī)?；\(yùn)用的干流途徑?？傮w來(lái)看，中國(guó)航發(fā)燃機(jī)正為氫能大規(guī)模商業(yè)化運(yùn)用儲(chǔ)備技能，已具備展開(kāi)零碳排放燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)品研制的根底。
以下為譯文：
為什么氫燃料發(fā)電廠"將在動(dòng)力轉(zhuǎn)型中扮演重要人物"
西門(mén)子動(dòng)力(SiemensEnergy)和Equinor的高管以為，假如不焚燒清潔的氫能進(jìn)行發(fā)電，電力體系的深度脫碳是不或許完成的。2021年7月29日10：38GMT更新2021年7月30日0：49GMT由LeighCollins
乍一看，清潔氫能發(fā)電廠的概念似乎荒唐至極。為什么會(huì)有人用可再生動(dòng)力制造綠色氫能，之后再焚燒氫能來(lái)發(fā)電?功率低于40%，每10千瓦時(shí)的風(fēng)能或太陽(yáng)能供給的電力不到4千瓦時(shí)。
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為什么用碳捕獲和貯存(CCS)技能從天然氣中制取藍(lán)氫——加上甲烷改造和壓縮/液化、運(yùn)輸和貯存難以處理的氫氣而發(fā)生的一切額定費(fèi)用——當(dāng)你可以在現(xiàn)有的燃?xì)怆姀S中加入CCS技能時(shí)?
可是，西門(mén)子動(dòng)力(Siemensenergy)、Equinor和蘇格蘭公用事業(yè)公司(SSE)等大型動(dòng)力公司以為，氫能發(fā)電廠的遠(yuǎn)景光明。為什么?
綠氫發(fā)電廠
德國(guó)西門(mén)子動(dòng)力公司(SiemensEnergy)上一年從母公司剝離出來(lái)，向客戶供給氫能發(fā)電廠解決方案。西門(mén)子動(dòng)力公司氫能發(fā)電銷(xiāo)售副總裁ErikZindel表明：“假如將可再生動(dòng)力轉(zhuǎn)化為氫能并重新電氣化，總循環(huán)功率不到40%，明顯，只要將氫能用作長(zhǎng)期貯存和對(duì)各種可再生動(dòng)力的補(bǔ)償時(shí)，才有含義。”
“假如想幾天、幾周、幾個(gè)月，乃至幾個(gè)季度地貯存電力——或者想從夏天到冬天都運(yùn)用太陽(yáng)能，亦或者想從秋天到夏天都運(yùn)用風(fēng)能發(fā)電——就需求以化學(xué)方法貯存電力。”
“在冬天，當(dāng)兩三周都沒(méi)有陽(yáng)光和風(fēng)時(shí)，你依然需求(清潔的)電力——因而你需求氫能。”
ErikZindel以為，大規(guī)模儲(chǔ)氫也將有助于削減刮風(fēng)/晴天期間風(fēng)能和太陽(yáng)能的削減。他解說(shuō)道：“一旦你進(jìn)入綠色氫能范疇，就可以添加你期望在電網(wǎng)中構(gòu)建的可再生動(dòng)力數(shù)量，由于你可以運(yùn)用剩下的可再生動(dòng)力(不然，這些可再生動(dòng)力將因無(wú)法出售而被削減)。”
因而，經(jīng)過(guò)電解(運(yùn)用電力將水分子分解成氫氣和氧氣)，并且可以將剩下的能量貯存為氫能，你確實(shí)可以讓可再生動(dòng)力在電力體系中占有重要位置。反之，氫能很快就會(huì)受到限制，由于會(huì)有太多的剩下的能量需求傾倒?？墒牵坏┠憧梢赃\(yùn)用這種過(guò)剩的電力，你就可以將可再生動(dòng)力成倍(兩倍、三倍乃至四倍)添加。
藍(lán)氫發(fā)電廠
挪威石油巨子Equinor和蘇格蘭公用事業(yè)公司SSE最近宣告了一項(xiàng)方案，方案最快10年內(nèi)涵英格蘭東北部的Keadby制作一座全新的1.8GW氫燃料發(fā)電站。兩家公司表明，這家電廠會(huì)用低碳藍(lán)氫供給動(dòng)力，并用于支撐可變可再生動(dòng)力，比方海上風(fēng)能。那么，為什么藍(lán)氫發(fā)電比運(yùn)用CCS技能的天然氣發(fā)電更有優(yōu)勢(shì)?
Equinor低碳技能副總裁HenrikSolgaardAndersen以為，在焚燒前階段捕獲碳比在燃?xì)獍l(fā)電廠焚燒后捕獲碳更具本錢(qián)效益。“在[燃?xì)獍l(fā)電站]的煙氣中，壓力十分低，二氧化碳濃度十分低…所以這十分困難，”他解說(shuō)道。“這就像大海撈針。你捕獲的二氧化碳越多，捕獲剩下二氧化碳的或許性就越小。最終，無(wú)法捕獲。”
“在藍(lán)氫電廠里，二氧化碳?jí)毫Ω?。因而，開(kāi)始有很多“針頭”，這便是為什么與后焚燒電廠比較，藍(lán)氫電廠可以取得更多二氧化碳的原因：壓力十分高。所以可以降到[97-98%]。”
在一個(gè)不到50%運(yùn)行時(shí)刻的燃?xì)獍l(fā)電廠獲取二氧化碳的本錢(qián)就更低了——就像Keadby備用發(fā)電廠那樣。Andersen說(shuō)：“不管運(yùn)行時(shí)刻長(zhǎng)短，后焚燒方法(即選用CCS技能的天然氣)電廠有必要預(yù)備好在每次運(yùn)行時(shí)捕獲90%以上的(二氧化碳)。”“咱們以為，一切這些發(fā)動(dòng)和中止都意味著捕獲裝置升溫文冷卻次數(shù)過(guò)多，所以無(wú)法捕獲足夠多的二氧化碳。”他彌補(bǔ)道：“曾經(jīng)沒(méi)有一家機(jī)構(gòu)運(yùn)用CCS技能運(yùn)營(yíng)過(guò)可調(diào)度發(fā)電廠。沒(méi)人真正知道動(dòng)力功率和捕獲率。因而，存在一些不確定性。”
高本錢(qián)
在Equinor和SSE方案制作一座全新的氫能發(fā)電廠的一起，西門(mén)子動(dòng)力公司正以現(xiàn)有化石氣體發(fā)電廠的改造以及新的“氫安排妥當(dāng)”聯(lián)合循環(huán)燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備的建設(shè)為其商業(yè)模式的根底。
可是，Zindel指出，盡管將一座天然氣發(fā)電廠改形成氫能發(fā)電廠“恰當(dāng)廉價(jià)”，但如今運(yùn)用清潔氫能發(fā)電“在經(jīng)濟(jì)上沒(méi)有含義。”他解說(shuō)說(shuō)，天然氣比綠氫、藍(lán)氫乃至有增無(wú)減的灰氫廉價(jià)得多。據(jù)估計(jì)，綠氫的本錢(qián)在每千克2.50～6美元之間，藍(lán)氫的本錢(qián)在每千克1.50～4美元之間。假如清潔氫氣的本錢(qián)是每公斤2歐元(合2.35美元)，可以使其與化石燃料具有本錢(qián)競(jìng)爭(zhēng)力，“需求每噸二氧化碳價(jià)格到達(dá)200～250英鎊，因而任重而道遠(yuǎn)”?，F(xiàn)在，歐盟發(fā)布的碳價(jià)格約為每噸53歐元。清潔氫能要到2035年才干用于大規(guī)模發(fā)電，部分原因是在運(yùn)輸和重工業(yè)等其他職業(yè)運(yùn)用氫能更具本錢(qián)效益。
他表明：“咱們估計(jì)，氫能電氣化將在2035年或2040年大規(guī)模完成——那時(shí)咱們真的有必要對(duì)電力職業(yè)進(jìn)行深度脫碳。”
Equinor表明，其Keadby氫能設(shè)備只要在“恰當(dāng)?shù)姆结槞C(jī)制到位的情況下”，換句話說(shuō)，假如它得到大量補(bǔ)助，才干繼續(xù)進(jìn)行。
Andersen說(shuō)：“咱們的市場(chǎng)失靈了。”咱們正在研究一種商業(yè)模式，這種商業(yè)模式或許更適合某種差異合同。因而，承購(gòu)商將為天然氣買(mǎi)單，而藍(lán)氫的生產(chǎn)商將得到某種補(bǔ)助[額定本錢(qián)]。
為什么是現(xiàn)在?
假如西門(mén)子動(dòng)力不相信電力職業(yè)將在15～20年內(nèi)運(yùn)用氫能發(fā)電，那么它今日又為什么要營(yíng)銷(xiāo)氫燃料發(fā)電解決方案呢?
Zindel說(shuō)：“原因很多。其一，這是未來(lái)趨勢(shì)，現(xiàn)在有必要展開(kāi)工作，咱們的方案是具備10年內(nèi)焚燒氫濃度到達(dá)100%的才能——因而，當(dāng)咱們?nèi)〉玫谝粋€(gè)真正的商業(yè)項(xiàng)目時(shí)，它現(xiàn)已可用了。”“咱們估計(jì)，在徹底脫碳的情況下，聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠將成為供給剩下負(fù)荷的首要技能挑選，這些聯(lián)合循環(huán)的運(yùn)行時(shí)刻只要20～30%，不會(huì)再多了，由于體系中將有足夠的風(fēng)能和太陽(yáng)能。”“其次——也是更重要的一點(diǎn)——咱們的客戶現(xiàn)在需求制作天然氣發(fā)電廠。所以，假如你有一個(gè)天然氣發(fā)電廠正在建設(shè)，假設(shè)在2023～2024年投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)，這意味著，這些發(fā)電廠在本世紀(jì)50年代仍將運(yùn)營(yíng)，屆時(shí)咱們應(yīng)徹底脫碳”“這意味著，從現(xiàn)在起即將制作的每座新的(燃?xì)?發(fā)電廠都很或許在未來(lái)進(jìn)行改造，以焚燒氫能。因而，咱們今日就為這些發(fā)電廠做好預(yù)備是十分重要的。這便是咱們所說(shuō)的"氫安排妥當(dāng)概念"。因而，咱們要保證咱們具有正確的材料，挑選正確的電氣設(shè)備，[并且]咱們有足夠的空間來(lái)供給額定的體系，這些體系將在電廠轉(zhuǎn)換為氫能燃料時(shí)運(yùn)用。”“咱們看到，至少在歐洲，幾乎每個(gè)客戶都在談?wù)擃A(yù)備為他們的新發(fā)電廠運(yùn)用氫能。并且，世界其他地區(qū)現(xiàn)在也十分積極地削減碳排放。這是咱們職業(yè)中一個(gè)十分重要的論題。”“他們看到核電站在其商業(yè)和技能生命周期結(jié)束前好久就已中止運(yùn)行——他們現(xiàn)在也看到燃煤發(fā)電站也被要求離網(wǎng)……他們對(duì)財(cái)物停滯感到厭煩，因而他們期望現(xiàn)在的聯(lián)合循環(huán)能為未來(lái)供給保護(hù)傘。”
如何將燃?xì)獍l(fā)電廠轉(zhuǎn)化為氫能發(fā)電廠?
氫氣與天然氣特性不同，例如分子更小，動(dòng)力密度更低，會(huì)導(dǎo)致氫脆現(xiàn)象。因而，要使燃?xì)獍l(fā)電廠可以運(yùn)用氫能，需求做出許多改變。
Zindel解說(shuō)道：“體積密度下降首要對(duì)一切上游設(shè)備(燃?xì)廨啓C(jī)、燃?xì)怏w系)有所影響，需求添加燃料管道直徑。”“因而，假如你知道發(fā)電廠將來(lái)要運(yùn)用氫能，你需求直徑更大的燃料管道。假如你想改造，你或許沒(méi)有空間[用于更寬的管道]。”
他解說(shuō)說(shuō)，“假如燃?xì)廨啓C(jī)需求進(jìn)步中軸線以容納更寬的管道，"會(huì)被當(dāng)即質(zhì)疑改造的經(jīng)濟(jì)可行性。”
其他改變或許包括新的電氣和氣體檢測(cè)體系，以及——根據(jù)監(jiān)管要求——添加挑選性催化復(fù)原(SCR)體系，以削減NOx排放(氫在富含氮?dú)獾目諝庵蟹贌龝r(shí)發(fā)生的溫室氣體)。
但最明顯的改變是調(diào)整燃?xì)廨啓C(jī)以焚燒氫氣，這將需求改善焚燒室和新的焚燒器。
Zindel說(shuō)：“與天然氣比較，氫氣作為燃料，其反應(yīng)率要高得多，火焰速度也更高。"這意味著火焰離焚燒器越來(lái)越近，有或許將發(fā)生回火現(xiàn)象。因而，需求新的防閃回焚燒器規(guī)劃。一起，火焰溫度稍高，意味著NOx排放量將會(huì)添加。”
“然后一切都是關(guān)于……當(dāng)焚燒室的空氣流量現(xiàn)已很低時(shí)，如安在不損壞焚燒器的情況下發(fā)動(dòng)或關(guān)閉設(shè)備?”
“這或多或少是咱們面臨的研制應(yīng)戰(zhàn)——規(guī)劃一個(gè)穩(wěn)定、安全的焚燒器來(lái)焚燒氫氣，一起使NOx排放在可控范圍內(nèi)。”
“不行徹底消除，但可明顯削減。”
Zindel說(shuō)，需求統(tǒng)籌分析一切溫室氣體。因而，不僅是削減二氧化碳和NOx排放，還觸及削減甲烷——一種強(qiáng)壯的溫室氣體——在運(yùn)用天然氣生成藍(lán)氫時(shí)，會(huì)向上游排放甲烷。
為什么不運(yùn)用燃料電池呢?
假如焚燒氫氣總是會(huì)發(fā)生一些氮氧化物和溫室氣體，為什么不運(yùn)用無(wú)排放的燃料電池將氫能轉(zhuǎn)化為電能呢?
“與燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)比較，燃料電池是一項(xiàng)有競(jìng)爭(zhēng)力的技能——但最終……出于經(jīng)濟(jì)考慮，”Zindel。
“假如你看看功率，今日的聯(lián)合循環(huán)技能…功率水平為63～64%。這現(xiàn)已高于一般的燃料電池——功率在60%以內(nèi)。”
“此外，聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠的出資本錢(qián)也比(相似規(guī)模的)燃料電池廉價(jià)得多。(燃料電池)完成與聯(lián)合循環(huán)的動(dòng)力本錢(qián)平等化還需求數(shù)年。”
“然后你要考慮燃?xì)廨啓C(jī)具有更高的燃料靈活性，以及改造現(xiàn)有的天然氣聯(lián)合循環(huán)以焚燒氫氣的或許性，這將進(jìn)一步削減所需的出資。”
“一切這些都闡明，聯(lián)合循環(huán)技能是未來(lái)氫能電氣化的首要技能。燃料電池雖然是一項(xiàng)極具吸引力的技能，具有明顯的改善潛力，但它的首要運(yùn)用范疇是移動(dòng)和小島電網(wǎng)，而這些當(dāng)?shù)芈?lián)合循環(huán)技能并不行行。”
試點(diǎn)工廠
Zindel解說(shuō)說(shuō)，西門(mén)子動(dòng)力公司現(xiàn)在正在建設(shè)和調(diào)試三座試驗(yàn)性發(fā)電廠，這些發(fā)電廠要么焚燒100%氫氣，要么焚燒富含氫燃料。
兩個(gè)新的商業(yè)熱電聯(lián)產(chǎn)工廠——一個(gè)在俄羅斯西部500MW，一個(gè)在巴西圣保羅州80MW——都將運(yùn)用煉油廠的副產(chǎn)品氫氣為這些煉油廠供給電力和熱量，濃度分別為27%和60%。這兩家工廠都在調(diào)試中。
但可以說(shuō)，西門(mén)子動(dòng)力公司最重要的試點(diǎn)是法國(guó)的12MW的Hyflexpower項(xiàng)目，該項(xiàng)目將在現(xiàn)有的燃?xì)鉄犭姀S運(yùn)用100%的綠氫，為位于法國(guó)中西部的一家造紙廠供給電力和熱量。
Zindel說(shuō)：“關(guān)于咱們新的焚燒器技能來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)很好的演示項(xiàng)目，它可以(焚燒)天然氣和氫氣之間的任何燃料組合，咱們估計(jì)到2023年，氫燃料濃度將到達(dá)100%，一起下降NOx排放。這將是咱們?cè)谠摲懂牭牡谝粋€(gè)真正的演示項(xiàng)目。”
現(xiàn)有設(shè)備將由包括EngieSolutions、德國(guó)航空航天中心和四所歐洲大學(xué)在內(nèi)的財(cái)團(tuán)轉(zhuǎn)換為氫能，并由歐盟委員會(huì)的地平線2020方案供給資金。
“十分十分大的可是”
Zindel表明，雖然西門(mén)子動(dòng)力公司估計(jì)2035年之前不會(huì)大規(guī)模建設(shè)氫電廠，但有"一個(gè)十分十分大的可是"。
他解說(shuō)道：“立法需求選用脫碳路線——并且要快。"各國(guó)需求強(qiáng)制脫碳。與在下屆選舉中的3000萬(wàn)選民比較，對(duì)50家大公司實(shí)施脫碳方針要簡(jiǎn)單得多。”
因而，電廠運(yùn)營(yíng)商面臨的風(fēng)險(xiǎn)是，他們或許會(huì)更快地完成脫碳方針(比較估計(jì))。他彌補(bǔ)道：“重要的是要理解，監(jiān)管引領(lǐng)變革，由于現(xiàn)在這些技能都沒(méi)有比現(xiàn)有技能更廉價(jià)?，F(xiàn)在沒(méi)有一家公司會(huì)改用氫能。”“不管是經(jīng)過(guò)補(bǔ)助或碳稅，進(jìn)步二氧化碳證書(shū)價(jià)格，還是經(jīng)過(guò)限制排放或其他辦法，真正實(shí)施這一改變的法規(guī)，遲早會(huì)到來(lái)。”“然后就取決于整個(gè)職業(yè)的體現(xiàn)了。”中國(guó)航發(fā)燃機(jī)
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氫燃料發(fā)電廠
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