首个绿氢万吨项目投产，其“突破点”或将成为行业标杆
6月30日，中石化新疆库车2万吨/年绿氢示范项目顺利产氢，并通过管道输送到中石化塔河炼化替代现有天然气制氢。该项目绿氢规模可完全替代塔河炼化天然气制氢产能，是我国首次实现万吨级绿氢炼化工业应用。能景研究结合制氢行业发展情况，从规模、场景、制氢来源、技术、设备方案等角度对库车项目进行剖析，以供行业参考。
01 规模上：首次提出、首先落地的万吨项目，开启了大规模绿氢应用时代
(资料图片仅供参考)
从规划到落地，历时两年多。中石化库车项目从2021年2月进入可研阶段，2021年11月底宣布启动，2022年1月启动设计采购总承包招标（EPC），3月正式开工建设，5月完成电解水制氢装备招投标，11月制氢设备安装完成；到2023年6月，顺利建成产氢。
库车项目之后，陆续有更多万吨级项目规划诞生。根据能景研究统计，自2021年下半年开始万吨项目宣布陆续变多，其中2022年宣布有40多项，2023年上半年宣布有20多项。截止到2023年6月，我国已规划有80多项万吨级绿氢项目，其中明确用于工业应用的项目达到了40多项。
进入2023年，万吨级大项目陆续落地。在2023年已有近10项万吨级处于建设或前期可研、环评阶段，如3.2万吨/年大安风光制绿氢合成氨一体化示范项目，1万吨/年纳日松光伏制氢产业示范项目，3万吨/年乌审旗风光融合绿氢化工示范项目，9万吨/年中煤离网型风光制氢合成绿氨技术示范项目等。
能景研究统计，2023年上半年绿氢招标规模达790 MW左右，其中三项万吨级项目招标总规模达到550 MW。下半年，从项目筹备进展来看，预计还将有1-2项万吨级项目进入招标阶段，将产生250-700 MW碱性电解槽需求。全年电解槽需求或将达到1.5 GW。
02 消纳场景上：绿氢用于石油炼化场景，工业领成为绿氢消纳的重要场景
本项目的绿氢将用于塔河炼化厂。本项目的绿氢是替代20000 Nm3/h的天然气/炼厂干气重整制氢工艺。根据披露的相关资料，塔河炼化目前约有4万吨/年催化重整装置副产氢及20000 Nm3/h的天然气/炼厂干气重整制氢产能，主要用于航煤加氢、汽柴油加氢、硫磺回收等生产活动。库车项目绿氢用于替代天然气/炼厂干气重整制氢部分，补充副产氢气需求缺口。
实现天然气资源的替代具备可行性。我国天然气稀缺，天然气制氢的工业应用相对缺乏经济性及政策支持，具有一定的绿氢替代潜力。根据能景研究调研，东部地区（以北京、山东为例）天然气制氢成本可达20元/kg，新疆近14元/kg。东西部天然气制氢成本相差较大的原因在于东部地区工业用途天然气价格较高，约2.6-5元/m3，新疆工业用途天然气价格相对较低，约1.85元/m3。
2023年库车项目制氢成本约18元/kg左右。新疆地区存在较多的弃风弃光，月度弃电率可达10%。根据测算预估，正式投运后若结合外购弃电制氢，弃电价格达到0.1元/kWh时绿氢成本预计可降低到13元/kg以下，初步低于天然气制氢并接近煤制氢。
工业场景消纳开始变多，其下游消纳与运营企业相关。中石油、中石化等油气公司优先探索绿氢在油气化工领域的应用，而其他发电集团将更多选择绿氢替代煤制甲醇与煤制合成氨。如国家能源集团的国能宁煤绿氢耦合煤制油化工示范项目，中国能源建设集团的中能建辽宁台安县新能源制氢制氨项目，国家电力投资集团的大安风光制绿氢合成氨一体化示范项目等。
能景研究认为，一方面，我国各大发电集团与煤电、煤化工行业关系紧密，具有项目开展的技术及产业基础；另一方面，煤制甲醇、煤制合成氨碳排放约是天然气技术路径的4倍，每年产生碳排放接近化工部门总碳排的40%，而绿氢替代是重要的减碳探索方向。
03 制氢来源上：采用光伏直接制氢，立足资源禀赋设计经济、可靠方案
库车项目采用光伏制氢一体化建设模式。根据此前披露的数据显示，该光伏发电项目总装机规模为355 MWp，光伏发电和制氢工厂紧邻，同时项目建设电网、变电站等，所有光伏电力供应绿氢生产，光伏不发电时段的用电缺口由外购绿电补齐。新疆地区太阳能光照资源总量在全国排名第二，可充分保障绿氢规模化生产。新疆月度弃光率常常可达10%水平，且其戈壁滩地区大多属于光伏I类资源区。库车项目光伏发电厂位于新疆牙哈镇戈壁滩，年均日照小时数为 3200-3400 h，光伏年利用小时数可达1600 h，大幅超出东部地区年利用小时数1400 h左右的水平。
目前各地项目因地制宜选择电力来源种类，总体上以光伏、光伏/风电为主。据能景研究不完全统计，截至2023年6月全国建成、在建及规划中绿氢项目的电力来源，按项目数量划分光伏约占46%，光伏/风电占35%，风电占13%，光热等其他类型占6%。部分地区因资源丰富程度而有所变化，如吉林西北部白城、松原、大安地区风能丰富，故其风电制氢项目较多，数量占比达到28%，光伏/风电占69%，光伏仅3%。
04 技术突破上：克服了柔性制氢与稳定供氢难题
风光波动性与制氢、用氢匹配是技术亟需突破点。带来了绿氢生产与供应的波动性，阻碍着绿氢的工业规模化应用。制氢方面，风电光伏的功率输出随机性危害设备寿命及生产安全。一方面，电解槽功率随风光电源功率频繁波动将损害电极等的寿命；另一方面，电解槽阴阳极气压差随运行功率波动，有可能导致氢气中氧含量提高，不利于生产安全。供应方面，风电光伏的昼夜周期波动性不利于绿氢稳定连续供应。而化工、冶金等工业部门的生产具有工艺严格、昼夜连续、不可中断等特点，需要绿氢供应同时实现供应平稳性与昼夜不间断性。
本项目突破适时适应风光耦合的柔性制氢技术。其中的关键要素和部件包括晶闸管整流技术、智能控制系统技术等。晶闸管整流是实现交直流电转换的核心部件，负责在风光波动性场景下实现快速响应波动、保证高效低能耗电力转换、保证谐波达标等目标，为电解槽工作提供稳定安全的电源环境。另一方面，智能控制系统技术是制氢系统控制及监管的核心技术，负责实现多台套制氢设备间的高效协调控制与管理、制氢设备运行状态的智能监测与分析，提高对风光波动的应对能力。
储运输工艺技术的方案突破了绿氢供应稳定性难题。绿氢储运输工艺技术由储氢罐、输氢管道等技术组成，关键在于协调平衡库车项目的绿氢存量与塔河炼化用氢需求量，通过高效调度保障绿氢供应稳定性。
其中，储氢罐是缓冲制氢、用氢供需关系的调度中心。库车项目配套10套2000 m3 1.55 MPa球形储氢罐，能够存储电解槽工作12 h左右的产氢量，可将日间未消纳的绿氢保存到夜间消纳。
输氢管道是及时响应下游需求的通道。库车项目建设了6.5 km管道输氢，配套3台14000 Nm3/h氢气外输压缩机升压制3.2MPa，将绿氢输送至塔河炼化。
05 设备选择上：具备项目经验及技术能力，对综合实力考验更大
库车项目优选经验丰富、技术布局强的设备企业。项目采购的52台1000 Nm3/h碱性电解槽主要由项目经验和综合实力较为突出的厂商提供，考克利尔竞立、隆基氢能、中船718所3家分别供应24、16和12台。
当前绿氢项目发展仍处于早期，更需要电解槽厂商具有丰富的供货经验以及技术积累，能够为大型项目提供从装备零部件到系统集成的可靠方案。如库车项目电解槽招标过程中，要求投标企业在开标20天内完成1000 Nm3/h碱性电解槽“四对一”方案（四台电解槽共用一套气液处理和一套纯化设施）实证测试工作，或提供已有同等技术证明。再此要求下，供货经验、技术能力缺一不可。
更多设备企业开启承担项目。随着产业不断发展，从2023年上半年招投标情况来看，逐渐也有更多企业进入到中标行列中。上半年已披露中标企业的483 MW绿氢项目中，阳光电源、隆基氢能、派瑞氢能、长春绿动四家企业约占了中标总规模的84%；其他7家企业中标共约78 MW，占约16%。可以预见，随着在较小规模项目中的经验及技术积累，其他电解槽企业的市场空间也将逐渐打开。
06 小结
库车项目是我国首个规划、首个落地的万吨级绿氢工业应用项目，其在绿氢替代天然气制氢、规模化光伏制氢等商业模式上做到了经济性、资源禀赋等方面相耦合，在柔性制氢、稳定供氢等技术难点上采取了智能控制系统、储运氢技术调度等方案，在制氢设备采购上选取了“四对一”的特有系统设计，较为完善地体现了规模化绿氢工业应用中遇到的挑战与解决方案。
另一方面，库车项目之后，绿氢工业应用项目的推进仍存在着GW级项目建设、完全离网制氢等诸多尚未探索的领域，也在柔性制氢、稳定供氢等方面也还存在着更多技术路径与解决方案等待验证。
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