氢和电燃料进入了时代

绿色转型 2021年9月1日 伊娃Ravn尼尔森

向绿色氢燃料和电动燃料的转变已经开始,并将在2030年及以后占据主导地位. 安博的Power-to-X专家伊娃·拉文·尼尔森(伊娃Ravn尼尔森)研究了存储和生产选择以及用途.

专家列
6分钟

最初发表在储罐杂志,卷. 17, 2021

2021年6月14日, 波罗的海地区宣布了启动所有航运从化石燃料向可再生能源过渡的计划. 新的燃料可能是绿色氨, 由水电解制成的甲醇或氢,由风能提供动力. 特定的项目, 博恩霍尔姆地堡中心, 旨在建立燃料储存和加油的基础设施, 翻新船只以使用新燃料,并确保由当地生产或外部来源的燃料供应.

这个项目是一个非常典型的绿色氢气项目, 从这个意义上说,它将需要在港口大规模(集中)储存氢或氨的新设施和解决方案,而在较小规模(在当地作为设备的一部分)的燃料罐形式的船舶上.

Power-to-X和e-fuels

限制全球变暖的努力要求在许多领域采用脱碳和新技术. 化石燃料正在被风能、太阳能和水能等可再生能源所取代. 在家庭供暖中,可直接用电.g. 在把电高效地转换成热的热泵中. 类似的, 大多数客运可能很容易从化石燃料的乘用车转向电动汽车.

然而,一些行业不容易实现电气化. 哪里需要大量的能量, 电池将不足以储存和运输能源. 重型运输, 航运, 而且航空都需要液态或气态的燃料, 由于电池的重量使得它不适合这些应用. 对于这些应用,绿色氢、绿色氨和其他电子燃料将是解决方案.

这种新型绿色燃料通常是用电解法制造的,电解过程中用电将水分解成各种元素, 氢和氧. 如果能源来自可再生能源,拼搏体育官网客户端称之为绿色氢. 氢气可以直接使用,也可以用于化学合成生产其他物质,如甲烷(合成天然气), 甲醇(一种液体能量载体,可作为燃料或进一步工业生产的原料), 氨和航空燃料. 这些技术可以称为功率到X,其中X表示所生产的物质. 这些燃料通常被称为电燃料或电子燃料, 说明它们的来源是可再生电力,与化石燃料不同.

升级新技术

作为一家全球性的工程咨询公司, 安博正在协助能源公司和基础设施所有者进行示范项目,将电力升级为- X技术. 今天的电解槽通常在兆瓦级进行测试,目标是在2030年之前达到100兆瓦甚至10亿瓦. 给出产量的指示, 1兆瓦的电解装置通常每小时能生产20公斤氢气,即约220 Nm3.

地下储氢

将氢作为国家能源系统的重要能源载体,需要新的基础设施和大容量的氢存储. 这是一个独特的低成本机会, 大规模的, 在天然盐穴或含水层中发现了灵活的氢储存方式. The potential for hydrogen storage in bedded salt deposits and salt domes in Europe is estimated to be significant (>100 PWh) and is broadly distributed over several EU countries. 对于快速增长的欧洲氢经济来说,盐穴储氢可能也是实现大容量储氢的最快方式.

碳捕获和电解利用

在一个生物质燃烧的发电厂, 利用所有可再生能源生产电子燃料的准备拼搏体育官网客户端下载正在进行中. 对于含有碳的燃料,需要一个生物源的二氧化碳. 因此,将从电厂的烟气中捕获碳. 与此同时,将有一个电解槽从水中制造绿色氢. 最后, 二氧化碳和氢将被合成成一种绿色的电子燃料,可用于交通运输. 活动包括工程设计, 风险评估, 许可文件, 并购买将项目推向最终投资决策的文件.

氢的基础设施和现有管道的再利用

如果氢要在欧盟的脱碳努力中发挥关键作用, 必须以尽可能低的费用在整个非洲大陆提供这种拼搏体育官网客户端. 运输氢气的成本是一个关键挑战. 存在两种选择:要么将氢气生产高度分散,要么对管道基础设施进行重大投资.

对输气系统运营商的概念和策略进行了研究.

有必要在连接斯堪的纳维亚半岛的专用氢气网络中,将当地的氢气生产站点与非成功者连接起来, 德国,荷兰和欧洲其他国家. 这个管网可能是新建立的专门的氢气基础设施,也可能是对现有天然气管道的重新利用. 氢燃料的反对者将计算氢燃料补给站, 特别是重型车辆,如卡车和公共汽车, 但工业也将成为绿色氢的最终用户,由一个连接电网提供.

能源的岛屿

丹麦将建立世界上第一个能源岛, 这标志着大规模海上风力发电新时代的开始. 两个能源岛将于2030年完工,将能够提供5吉瓦的电力.

该计划设想在北海建立一个人工岛,作为海上风力发电场的枢纽,提供300吉瓦的能源, 长期扩张潜力达1000万千瓦. 在波罗的海, 能源岛将会是博恩霍尔姆岛, 岛上的哪些电气技术设施将成为离岸风力发电场的枢纽, 提供2千兆瓦的能源. 这两个地方都考虑了生产氢或氨的潜力. 甚至可以考虑在北海的人工岛上为船只加油, 从而使生产和开采都远离海岸.

目前,重点是概念发展和不同背景下的分析. 从成本的角度来看,能够减少电缆形式的电力连接到岸上是高度相关的. 此外,电力到x发电厂可能能够平衡间歇性的可再生能源. 生产氢气的电解槽可能在电力生产过剩时运行,而在需要为其他目的生产所有电力时关闭. 这可能会改善氢生产的商业案例,因为电力成本在生产成本中占主导地位, 电力供需的波动将导致电价的波动.

将沼气升级为绿色天然气

天然气主要由甲烷(CH4)组成. 今天的天然气网由化石燃料填满. 未来,脱碳需要绿色或所谓的合成天然气. 生产绿色天然气的途径多种多样. 一种方法是利用沼气并对其进行升级. 沼气通常含有60%的甲烷和40%的二氧化碳. 甲烷部分可以直接进入气网(当从二氧化碳中分离出来时). 二氧化碳是生物碳的重要来源,可与水电解制氢反应转化为甲烷.

目前正在分析升级沼气和将管道从黑色改为绿色的潜力.

农业用绿色氨

目前,氨气的排放量占全球温室气体排放量的1%以上. 氨主要用于农业化肥. 今天, 它是通过一种叫做蒸汽甲烷重整的过程,从化石天然气中提取氢气生产出来的. 因此,该行业脱碳的潜力是巨大的, 用基于可再生能源和电解的绿色氢取代化石燃料中的灰色氢.

除了在农业中利用氨, 它也被预见为远洋船舶的主要燃料. 因此,氨的生产预计将成倍扩大.

大规模扩张预见到

基于可再生能源和电解技术的绿色燃料的大量增加是可以预见的. 欧盟制定了一项海上可再生能源战略,目标是将海上风电产量从目前的12gw扩大到2030年的60gw以上,到2050年达到300 GW. 其中大部分将用于能源系统的电气化,但相当一部分将用于电力到x过程.

此外, 欧盟已经启动了一项氢战略,目标是在2024年实现6gw电解,在2030年实现80gw电解. 其中一半计划在欧盟国家,另一半计划在邻国.

然而, 让投资和实施迅速启动, 有必要澄清未来的监管框架. 在决定对10亿瓦规模的电厂进行大规模投资之前,必须明确未来的电力关税或对竞争技术征收二氧化碳税.

氢并不是解决未来全球变暖和实现足够的二氧化碳减排挑战的灵丹妙药. 直接电气化将是脱碳的主要解决方案, 但从2030年起,绿色氢燃料和电子燃料将成为难以实现电气化的行业的主要解决方案.

在COP26 Ramboll 

兰博正在参加联合国气候变化大会第26次缔约方会议,并分享见解,以支持政府和企业采取气候行动减少碳排放, 适应并推动可持续变革. 

了解更多关于Ramboll在格拉斯哥参加COP26及其附属活动的信息, 找到在COP26与Ramboll见面的地方.

COP26标志

在COP26与Ramboll会面

 
Power-to-X插图

“氢并不是解决未来全球变暖和实现足够的二氧化碳减排挑战的灵丹妙药. 直接电气化将是脱碳的主要解决方案, 但从2030年起,绿色氢燃料和电子燃料将成为难以实现电气化的行业的主要解决方案."

伊娃Ravn尼尔森

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