2024氢能产业高质量发展大会：氢能产业发展趋势及一体化解决方案

《氢能利用进度表》(2019年)明确了2030年氢能应用的具体目标。从布局方向上看，脱碳成为氢能发展第一驱动力制氢领域，仍然以化石能源制氢为主储运领域，压缩气态储氢在国外广泛应用加氢领域，全球30%以上为液氢储运加氢站用氢领域，交通领域应用稳步推进1.2中国氢能产业发展政策体系和发展方向(2021~2035),有利于氢能产业的快速发展，也指明氢能是未来国家能源体系的重要组成部分。超过43家中央企业已开展氢能相关业务或布局，全面覆盖氢能制、储、输、用等环节，并积极探索氢能交通、氢冶金等多元应用场景，逐步推动基础设施建设、安全检测认证等综合服务能力建设。22中国发展氢能产业重点越发清晰，超过30个省份发布了氢能产业支持政策。围绕实现碳达峰、碳中和目标，中国围绕氢能产业全产业链发展的重点方向和思路越发清晰。全国已经发布或正在制定氢能政策的地区中国氢能产业发展存在明显短板。在绿氢制备、氢气储存、运输、用氢设施建设和各种氢能利用技术方面，中国与国际先进水平都存在差距。在关键产品方面，支撑氢能产业发展的关键材料(含金属材料、复合材料等)、仪器仪表、专用装备等核心产品大量进口，国产化需求迫切。全国已经发布或正在制定氢能政策的地区一、氢能产业发展现状和趋势中国石油工程建设有限公司根据《“十四五”能源领域科技创新规划》,氢气储运关键技术：集中攻关突破50MPa气态运输用氢气瓶；研究氢气长距离管输技术；开展安全、低能耗的低温液氢储运，高密度、轻质固态氢储运，长寿命、高效率的有机液体储运氢等技术研究。氢能应用氢能应用传统工业领域电解水地所SOFC天然气管道掺氢空交通领域有机液态储氢化工重整楼字热电联产铁路输送氢气储存高压气体储氢高压槽车运输能量来源可再生能源水热电氢气生产终端产品能量转换金属固态储氢低温液态运输低温液态储氢化石燃料一敏管道运输1.42024国家重点研发计划“氢能技术”1.液氢加氢站关键装备研制与安全性研究3.高可靠性高压储氢压力容器的设计制造技术4.基于液态载体的可逆储放氢关键材料与应用技术5.基于固态新材料的可逆储放氢技术6.加氢站用新型氢压机核心理论及关键技术2018-2020年，氢能专项技术方向集中在燃料电池环节，占比超55%。2020年后，技术布局逐步转向以制氢和储运为主的氢供应环节，2022年尤为突出，供应链技术方向占比近55%中国石油工程建设有限公司氢能专项技术方向布局趋势■前言交叉世燃料电池全链条全链条加氢1.5氨+甲醇=氢能2.0在氢能源快速发展过程中，氨走入人们视野，氨能量密度高。氨还具有清洁并可再生、热值较高、易储存运输、防爆特性好等优因此氨是天然的储氢介质氨和甲醇可作为燃机燃料进行分布式发电。交通领域，氨可以作为微(小)燃机的燃料，为使用混合动力的交通工具提供电能。截至2024年9月末，国内规划的绿氨项目约有84项，国内规划的绿氨项目总产能累计约达1429万吨/年。全球绿氨规划总产能：截至2023年9月，全球已布局超过60个绿氨项目，规划总产能超过3500万吨/年。截至2024年11月底，全球新能源制氢合成甲醇项目总数约为232个。2024年中国甲醇表观消费量预计为10284.34万吨，同比2023年的9757.7万吨增加了5.83%。国际能源化工巨头BP、道达尔、埃克森美孚、巴斯夫等已纷纷入局新能源氨、醇赛道。Nitrogea化工原料WaterAmmonia加氢站氢能(储氢能(储能)业务储能加氢站氢能(储氢能(储能)业务储能自2015年起结合传统天然气产业链等相关工程技术能力优势，开展氢能全产业链技术研究，覆盖制****性求青案序号名称项目级别1国家2纯氢与天然气掺氢长输管道输送及应用关键技术国家3集团456789昆仑新能源加氢站技术方案制氢站、加氢站设计技术研究CPECC积极参与氢能(储能)行业标准制定工作，为氢能行业技术体系实现标准化贡献力量，指导行业相关工程建设。针对综合能源站、输氢管道特点，形成多项专利技术，解决了含氢站场、管道能源耦合度差、安全性隐患高等难点问题。序号类型知识产权名称1标准规范2标准规范天然气掺氢混气站技术规程3标准规范氢气输送管道用钢管技术规定4标准规范5标准规范输氢管道工程设计规范SY在编6标准规范固定式高真空超低温压力容器SY在编7标准规范新能源及综合能源站设计规范8发明专利一种高含氢天然气管道站场安全泄放系统与方法9发明专利一种气电氢综合能源供应的方法及系统发明专利一种多能互补智慧供应热电氢的系统及方法发明专利发明专利一种含氢天然气管道停输安全保障的装置系统及方法实用新型专利一种混氢天然气管道阀室安全放空系统实用新型专利一种含氢天然气管道停输安全保障的装置系统中国石油工程建设有限公司中国石油工程建设有限公司1.3氢能技术服务光伏光伏燃料电池加氢站■燃料电池加氢站②电化学储能电②电化学储能■先后承担多项氢能科研课题，可再生能源制氢(绿氢)、氢气集输、甲醇及氨载体储运、液氢储运、加加氢站等20余项项目实施。中国石油工程建设有限公司ChinaPetroleumEngineering&Con中国石油工程建设有限公司ChinaPetroleumEngineering&Con联网氢是未来绿氢的重要发电解楷展方向，目前正在中石出出)整 寝寝画里星热岛鲁出汽轮发电机.高温熔盐罐藤汽发生器低温熔盐罐冷却塔光热发电场区吸热器定日镜●太阳能光热发电电解水制氢是利用大规模镜场收集太阳热能，通过换热装置提供蒸汽，结合传统●可以充分发挥光热发电的效率更●具备调峰储热能力，可以实现全天24小时连续运行。光热制氢系统直流缆缆交流线缆氯气流位号信息流 2.3氢气提纯技术·工艺路线：采用催化脱氧+吸附干燥技术实现氢气纯化·催化脱氧技术：利用催化剂使氢和存在于气体中的杂质吸附冷吹再生分离吸附冷吹再生分离器冷却器脱氧塔加热器粗氯冷吹再生冷吹吸附吸附·成撬设备供货：氢气纯化系统由脱氧器，冷却器，气水分离器，干燥塔，过滤器、积液罐、配套阀门管路管件 2.4加氢站/综合能源站技术CPECC拥有全套加氢站/综合能源站技术，覆盖气氢、液氢、氢载体不同路线。a(冷却)储压罐(短暂储存)LNG基地天然气(管道)站内供氢加氢站炼油厂等氢气制造装置压缩机(高压比)站外供氢加氢站注氢机(氢气注人)录录 3.1.1大范围高可靠常压电解水制氢技术●CPECC与宏泽海槿在电解水制氢技术上共同研发常压电解水制氢技术，延伸合成氨及甲醇产品，共同研制能源领域首台(套)重大技术装备。中国石油工程建设有限公司3.1.1大范围高可靠常压电解水制氢技术■单槽容量：100～2500Nm³/hH₂,单元槽结构，容量可通过单元数量调整电流效率：>82%(DC)电流密度：1000～12000A/m²负荷区间：10%～110%出口氢气纯度：>99.9%(干基)出口氧气纯度：>99.5%(干基)出口压力：20～50kPa3.1.1大范围高可靠常压电解水制氢技术共用配套设备：4套(或2套)电解槽+1套配套设备■模块容量：变压器变压器循环碱槽整流1整流3整流4碱槽DH₂气液分离器H₂气液分离器H₂气液分离器H₂气液分离器□工洗涤系统洗涤系统洗涤系统洗涤系统洗涤系统洗涤系统中国石油工程建设有限公司除雾系统除雾系统O₂业主除除雾系统除雾系统除雾系统氢压机气氢压机气柜系统中国石油工程建设有限公司氯气储罐压缩机合成氨碱性电解槽PPIM电解槽电池储能系统P可再生能源制氢经济评价和优化设计软件可再生能源制氢经济评价和优化设计软件输出：模块容量配置、8760小时模拟结果、技术经济结果3.1.3可再生能源制氢项目一体化协调控制技术发电侧制氢侧用户侧P氢气储罐压缩机合成氨碱性电解槽P合成甲醇PIM电解槽F电网电池储能系统运行设备带电注意触电运行运4行精准控制源荷功率、最大化消纳光伏发电量、减少下网电量、提高制氢效率的能力；通过协同控制多台电解槽，对功率指令进行最优化分配，实现指令的柔性跟踪，达成“荷随源动”的控制目标功能 3.2储氢技术3.2.1稀土金属储氢技术储氢方式·能耗低(低~10%)用氢成本降~30%稀土合金储氢压力低，安全性高，能耗小，是最有前景的储氢方式之一。3.2.1稀土金属储氢技术1BCCGiABCCBCCBCc11Yeo2—1000hopce稀土掺杂AB₂合金稀土掺杂AB₂合金2500次循环容量保持92%稀土超晶格储氢合金稀土改性钒系储氢合金有效储氢2.8wt%开发多种储氢材料，储放氢容量和循环寿命均国内领先。 3.2.1稀土金属储氢技术百克-千级制备50-300吨/年储氢材料产线1000吨/年熔炼炉■建成2条1000吨/年合金储氢材料熔炼制备产线(铸锭式和速凝甩带式)3.2.2液氢罐箱成套技术②液氢储罐支撑结构设计技术③液氢储罐绝热结构设计技术⑤液氢储罐安全系统设计技术⑥(移动式)液氢储罐框架和内部结构设计②液氢储罐支撑结构应力强度分析⑥(移动式)液氢储罐热响应分析3.2.3液氢罐箱成套技术 3.2.4超低温装备制造技术ASME“U”、“S”、“U2”设计制造许可证，特种设备检验检测机构核准证和特种设备检验检测机构级别评定A级证书等70多项资质。●夹层抽真空工艺●内外容器套装技术能力、中国石油工程建设有限公司中国石油工程建设有限公司①①储氢库整体技术路线及方案②已建天然气储气库掺氢工艺适应性分析③储氢库工艺模拟计算④储氢库关键设备选型⑤储氢库泄露的扩散分析和风险分析三-★新设备材料对不同氢气分压的适应性10%氢气浓度放空扩散模型15%氢气浓度放空扩散模型中国石油工程建设有限公司中国石油工程建设有限公司3.2.5地下储氢库地面配套工艺技术对于地下储氢，盐穴是地质储氢的理想选择。作为最轻的气体，氢易于扩散，因此氢储能对密闭性有着极为严格的要求。盐穴有良好的气密性，且盐不与氢气反应，是地质储氢的理想选择。若采用枯竭油气藏或含水层储氢，氢气可能会与储层中的古微生物或矿物成分发生反应，不仅消耗氢气、生成硫化氢有毒气体。氢气地下储库建设面临诸多挑战，主要包括：储层和盖层的地质完整性、氢气-卤水-微生物地下化学反应、井筒完整性、氢气采出纯度以及材料耐久性问题。注气一注水一槽m盐单井单腔双井单腔金属腐蚀水泥降解橡胶失效微生物反应橡胶失效地质反应岛H3.3输氢技术天然气掺氢后，将改变管道内原有天然气的气质条件，管道本体、焊维、配件、压缩机等均暴露在高压富氢环境中，对管道的运行工况、设备性能、安全维护产生影响，发生管道完整性风险天然气掺氢后对介质的燃烧性产生显著影响，掺氢天然气比天然气更容易发生燃烧，火焰传播速度更快，燃烧性风险将提高。天然气掺氢将造成管道超压的风险增大，增大气体流速与压降，影响泄漏检测准确性，并且改变泄漏扩散过程。掺氢后天然气的密度、热值、燃烧特性等发生改变，而燃气灶具、燃气发动机、锅炉及燃气轮机等燃烧设备由于各自燃烧性能的不同，对可接受的掺氢比范围也不同，需充分考虑掺氢后的燃气互换性及掺氢对燃烧性能的影响。受管道腐蚀、设备老化、第三方破坏等影响，掺氢天然气在管输过程中难免发生泄漏。泄漏后的掺氢天然气如果发生积聚，在受限空间内可引起窒息危险，受外界因素影响还可能引发燃烧和爆炸等。性质氢气密度(25℃,1bar)沸点(℃)爆炸极限(%)向空气的扩散系数(0℃)低热值(MJ/m³)高热值(MJ/m³)SS二D)#4%%岁全司行市地扰达绍适理新t或特祝究开展系列评价就不同掺氢比对于天然气管道水力和压缩机的性能的影响进行了敏感性分析，证明了压缩机功率随天然气中掺氢比增大而增加，管道压降和管输能力随天然气中掺氢比增大而降低，但是上述变化的幅度均不大。掺氢比例越高，管道喷射火影响范围越小；总体来看，掺氢比例越高，管道系统风险越小(受限空间除外，受泄漏概率、点火概率影响，业内尚未形成统一标准)管道系统对H₂含量的敏感性分析管道系统对H₂含量的敏感性分析uu0%5% 根据不同压力、流量、进行掺混设备的工艺设计，实现氢气与天然气的均匀分布，避免氢聚集掺氢的控制要点主要在于于流量计的计量范围与精度，调节阀的反应速度。不同的运行工况下选择不同的混合器，包括：文丘里式、静态混合器、动态强制混合器、旋风混合器等。天天然气氢气ChinaPetrolesimEngineering&ConstructianCorpChinaPetrolesimEngineering&ConstructianCorp3.3.1可调节掺氢管道一体化解决技术PLC控制混合气m二ti实验验证混合效果：均匀性、混合时间、气体压降均匀度(5D)≥98%中国石油工程建设有限公司3.3.2掺氢天然气分层评估分析技术H体积分数(%)H2体积分数(%)H体积分数(%)H2体积分数(%)0.04aaa中国石油工程建设有限公司中国石油工程建设有限公司3.3.3混氢站场输氢泄漏安全评价技术独立喷射火焰平面幅时mm事事混氢爆炸危险性分析技术形成不同含氢比例站场、管道放空、孔泄漏的扩散和热辐射、爆炸危险性分析和预防措施技术。针对放空、孔泄漏等关键问题，有效指导今后混氢储运工艺设计。高压分级动态泄放分析技术通过对放空规模、放空方式、高压放空系统动态模拟分析，形成完善的放空系统配置方案。安全风险量化分析技术利用QRA软件对制氢系统进行安全风险量化分析，从安全管α理、泄漏防控措施、防火防爆技术及事故应急处置等方面提双出事故风险管控对策，计算安全间距，优化系统布置。双3.3.3混氢站场输氢泄漏安全评价技术·提出采用比对分析的方法开展纯氢站场安全间距评价，以弥补现行规范中纯氢管道开展基于PHAST的纯氢、天然气泄漏后果比对，进一步针对氢气进行参数修正。·研究表明，站场泄漏后，纯氢站场的热辐病0在相同压力泄漏场景下对比，可认为参考天然气站场相关的防火间距作为氢气或含氢天然气管道工程站场的总体布局间距要求是合理和保守的。3.4用氢技术3.4.1混氢天然气高效分离技术根据不同进口压力与组分，可选择不同的分离工艺流程、自主开发甲烷/氢分高效离膜提高分离效果，降低分离能耗。①②③④⑤分离提纯过程中主要利用管道原有压力能，能耗低。流速和组分改变时容易实施控制和调整。易扩展性，可用于不同压力，和不同规模的气体分离。·可在较短的时间间隔内启动和停止设备的运行，确保了高度的灵活性。→根据压力指示以及产品纯度波动分析两重标准检测，避免误操作，系统可靠性高。 3.4用氢实现氢气合理利用及CO2经济化利用的手段，通过可再生能源制氢、碳捕集、催化反应合成甲醇及下游产品实现碳循环。催化剂性能：催化剂转化率、选择性、时空收率、寿①催化剂性能：催化剂转化率、选择性、时空收率、寿①⑤命。驰放气驰放气合成气联合压缩甲醇合成合成气联合压缩甲醇合成中国石油工程建设有限公司中国石油工程建设有限公司水气化航空煤油绿色生物甲醇H₂绿氢气3.4.4甲醇应用场景H9甲醇替货牵引车配置表(JHC4251GM6)品牌最高车速(km/h)中后桥HL439(后桥主减3.7/4.1)发动机功率(KW)甲醇箱甲静510L+620L电动车窗电动电加热号流罩+扰意板(时选)多功邮方向盘504顺座(可珠90座)180Ah蓄电池自动空密10寸多媒体屏(可法)动力性(辛烷值/压缩比)1.醇耗：~85L/100km远期绿醇价格：2100元/吨绿醇车成本：~1.414元/km2.油耗：~40L/100KM柴油价格：7.49元/L油车成本：~2.99元/km能源安全/双碳目标石油对外依赖度：>70%天然气对外依赖度：>40%录加氢站规模3000kg/d,掺氢管线掺氢比例最高10%,单工程掺氢管道260干米。序号时间类型1分2宁夏清水营制氢站项目15000Nm³/h制氢3内蒙圣圆正能制氢加氢一体化项目20000Nm³/h制氢4张家口市现代产业园加氢站项目氢量)5包头-临河输气管道工程掺氢输送方案水电厂35kV变电所公网110kV中央控制室功率变换单元开关站代制氢单元纯化单元H₂压喧装车光伏场区复单元并网光伏交流耦合制氢系统并网光伏交流耦合制氢系统采用光伏交流耦合，光伏发电接入油田自备电网，形成一个微电网结构，实现制氢电力和光伏电力的动态匹配；采用碱性电解水制氢，变功率制氢；·压缩储运系统：