氢能解决方案

西门子能源是值得您信赖的可持续制氢合作伙伴

  

氢气的作用

如今最重要的挑战之一是全球经济的脱碳。应对这一挑战的关键是不断发展可再生能源 以及多维能源交叉融合,即通过绿氢,将可再生能链接到发达的工业、能源和交通基础设施中。西门子能源使用 PEM 水电解技术,利用可再生能源生成“绿色无碳”的氢气,以这样的方式为全球能源转型做出重要贡献。Silyzer 产品系列可以帮助您将太阳能和风能等间歇性波动能源整合到工艺过程中。西门子能源正在为将来的可持续制氢制定标准。从规划、调试到运营,西门子能源将作为可靠的合作伙伴为您提供专业化定制的服务和技术支持,以满足您的需求。

氢 — 未来的燃料

可再生能源正在全球范围内发挥越发重要的角色。它是能源领域中可持续发展和去碳化的支柱,因此也是到 2100 年实现脱碳的关键技术。它在全球发电中所占的份额每天都在增长。但是怎样做才能将太阳能和风能这类波动性电力资源有效地整合到现有电网、正在进行的工业过程以及灵活的个人交通工具中?

氢并不只是未来地燃料,也是当下的燃料。

氢是宇宙中最常见的元素。几乎所有化学燃料都基于氢,但是以碳氢化合物或其他氢化合物等形式存在。为了限制因全球 CO2 排放量增加导致的气候变化,我们必须找到生成无碳的、可持续发展的燃料的解决方案。这尤其要求使用可再生能源制氢。

西门子能源公司与液化空气集团将建立合作伙伴关系,共同开发大规模电解槽以实现可持续制氢生产。

在法国和德国政府的支持下,法国和德国将共同启动开发电解和制氢技术的生态系统。这些合作伙伴已经确定开发大规模制氢项目,为工业规模的电解槽系统的开发奠定了基础。其中一个项目就是法国液化空气集团开发的项目-位于法国的容量为 200 兆瓦的 H2V 诺曼底项目。
Power-to-X

什么是 Power-to-X?

Power-to-X 描述的是通过水电解技术及后续合成工艺、将电力能源转化到液态或者气态的化学能源的方法。利用电流,水被分解为氢气和氧气,一个 100% 无碳排放的过程。作为能源转型的一项关键技术,氢气可以很容易地存储,并可以通过许多方式进一步使用或处理。

多维能源融合可以通过 Power-to-X,有可能将初级化石能源消耗降低 50%,即使电源需求增长了 25%

  1. 交通:Power-to-X 生产可立即使用的合成燃料:绿色甲烷,绿色甲醇,绿色柴汽油或绿色航空燃油-随时可以使用。
    它们可以逐渐与化石燃料混合,直到完全替代化石燃料作为主要能源。现有的存量基础设施,例如天然气管道,加气站或存储设施,以及现存的由绿色燃料驱动的低成本消费商业场景仍然可以延用。
  2. 电力:现代燃气轮机可以使用氢气和天然气的混合气运行,氢气份额为 5% 到 100%。氢气可以在燃气网中进行存储,运输,并在燃气轮机,联合循环或燃料电池发电厂中再发电。
  3. 工业:热需求大;氢气可实现脱碳的金属生产;绿氢可用作生产氨和其他产品的原料。

白皮书

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氢经济的机遇

将来自电力行业的风能或太阳能等可再生电力制取“绿色电子”用于其他行业的能源脱碳,可带来巨大的环境和商业利益。通过 Power-to-X 技术,发电以外的行业将从可再生能源中受益,并在从生产到应用的整个价值链中变得越来越绿色。

我坚信全球能源转型的下一步将基于氢经济-通过水电解将“绿色电子”转变为“绿色分子”。这些化学物质可以在各个行业进行转化,存储,运输和使用。这种行业耦合方法允许对电气化达到极限的应用进行脱碳处理。
Armin Schnettler 博士, 西门子能源执行副总裁,新能源事业部 CEO

PEM 电解槽 – 动态,高效,清洁

J. H. Russell 及其同事于1973年率先认识到 PEM 电解在能源行业的巨大潜力。


PEM 得名于质子交换膜。PEM 的特性是允许质子渗透,但不允许氢气或氧气等气体渗透。因此,在电解过程中,该膜尤其具有分离器的功能,防止生成的气体混合。

 

膜的正面和背面是连接到电源正负极的电极。在电极处分解水分子。与传统的碱性电解相比,高动态 PEM 技术非常适合收集风能和太阳能生成的不稳定能量。此外,PEM 电解还具有以下特点:

  • 功率密度越大,效率越高
  • 即使在部分负载下,也能生成高质量的气体
  • 维护成本低且运行可靠
  • 无化学物质或杂质
产品组合

Silyzer 产品组合:通过优化的解决方案满足您的需求

要生成足量的氢气,需要创新的解决方案,例如 Silyzer 产品系列,这是一种创新的 PEM 电解系统,使用风能和太阳能生成氢气,而且完全没有 CO2。这使 Silyzer 的效率和清洁度都提高了两倍。

PEM 水电解的下一个典范

Silyzer 300 是 PEM 电解产品组合的 10 兆瓦以上范围内款式最新、功能最强大的产品系列。Silyzer 300 的模块化设计独特地利用了缩放效应,从而最大程度降低了大型工业电解厂的投资成本。由于设备效率和可用率高,优化的解决方案可以显著降低制氢成本。

 

通过具有以下特点的系统对您的行业脱碳:

  • 具有最高水平的效率和非凡的动态性能,价格有竞争力,维护要求低;
  • 无危险物质;
  • 只生成最优质的高纯度的氢气。

我们可为客户的个性化需求提供完美的解决方案。我们的服务范围从基本的维修服务到全面利用前沿技术进行的数据分析服务。因此,我们可保障用户的平稳生产运行。

针对不同客户的具体需求,我们可提供定制服务:

  • 基本服务:按需提供支持和故障排除服务
  • 高级服务:预防性维护、远程服务、状态监视、和 24/7 热线等
  • 集成服务:基于绩效的维护合同
参考案例

现场应用的系统

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常见问题

常见问题解答 — 关于氢的最常见问题

氢气(化学符号 H)是一种气体。作为分子 (H2),它在自然界中的存在量很少,主要是以化学键合形式存在,例如 H2O。

氢是宇宙中最丰富的元素。所有原子中 90% 是氢原子。它们的总量达到了宇宙总质量的四分之三。

氢气在 -253ºC 时变为液体。

按照质量,氢气是所有常规燃料中能量密度最高的燃料:几乎是汽油或柴油的三倍。这就是将氢气用作宇宙航行燃料的原因之一。

 

H2 高热值:39.4 kWh/kg;H2 低热值:33.3 kWh/kg

通过燃烧氢气提供热量。氢气用于燃料电池,通过电化学方式转化为电能。

在氢能在生产和使用方面已经有超过 200 年的历史。经验表明,可以安全地存储、运输和转换氢气。早在1808年,在伦敦的街道照明系统中首次大规模使用了氢。

有多种方法生产氢气(H2)。目前,全世界超过 95% 的氢的生产来自碳氢化合物,但同时会产生和排放有害的二氧化碳。电解水技术是一种更现代和更环保的二氧化碳中性制氢技术。

可以由通过天然气的蒸汽重整(通常称为甲烷蒸汽重整(SMR))和煤气化产生的碳氢化合物以及水(H2O)的电解过程来生产氢气。

可采用压缩气体或液体形式将氢气存放在储罐中。根据不同的应用,氢气可储存在储罐中,或者也可存放在天然气管网(如果该管网满足所有技术要求的话)中。

在大气压下,氢气的体积能量密度仅约为传统燃料的三分之一。为能够储存和运输更多的氢气,可采用压缩或液化方法来提高氢气的体积能量密度。

对于氢燃料汽车,已经建立了 300 至 700 bar 的行业标准。用于运输压缩氢气的车辆(也被称为“油罐车”)的工作压力通常最高为200 bar。

氢气可以采用压缩气体或低温液体的形式运输。当前主要有两种氢气(主要是气态)运输方法:适用于公路运输的油罐车(即长管拖车)以及输气管道(适用于短距离)。

氢气是一种无毒的透明气体。氢气无害、无臭无味。使用氢作为燃料源的燃料电池不会产生烟雾、也不会产生污染大气的二氧化碳或不会排放氮氧化物。

它本来就不会比其他燃料源更危险。氢是易燃的,因此必须像其他易燃燃料一样小心使用。必须在具有特定浓度的其他氧化剂(空气、纯氧或氯等)和点火源(火花)同时存在的情况下才能够点燃氢气。如果在最不良情况下点燃氢气,则氢气将会迅速燃烧。但是,氢气不会在事故现场上方产生像汽油或煤油那样危险的热辐射。

这些设施旨在永久性预防泄漏。采用专为氢输送设计的法兰接头,其可拆卸接头的数量减至最少。此外,在建筑物内,要确保稳定的空气交换,且设施上应配备安全阀和压力释放装置。

此外,还指定了防爆区。这些区域中的电气设备和其他设备必须符合 2014/34 / EU( ATEX 指令)的要求。

不是真的。氢气可以被安全地处理、储存和运输,因为工业气体已经被安全处理、储存和运输了一个多世纪。

与汽油和天然气相比,氢气由于密度低而在大气条件下将会上浮,因此泄漏氢气将会立即升空并扩散开,从而降低了在大气中被点燃的危险。

在电流作用下,水被分解为氢和氧。

电解过程的分类如下: 使用液态碱性电解质的碱性电解、使用固态聚合物电解质(如 PEM)的酸性电解以及使用固体氧化物作为电解质的高温电解。 

 

目前 PEM 电解和碱性电解系统可用在工业规模生产中,而固体氧化物电解技术只是处于早期开发阶段。

PEM 是质子交换膜的缩写。该膜是 PEM 电解槽中电解池的关键部分。该膜将收集氧气的阳极与产生氢气的阴极分开。

使电路闭合的离子的类型

 

  • PEM:H+
  • 碱:OH-
  • SOE:O2-
  • 气体纯度高 > 99,999%
  • 高动态  
  • 高效率(> 70%)
  • 高功率密度
  • 使用寿命长
  • 环保(无化学品,只有水和电)

生产 1kg 的氢气需要 10 升的除盐水。

生产 1kg 的氢气平均需要 50kWh 的耗电量,具体耗电量将取决于电解槽的效率和操作模式。

氢气市场分为三个领域。交通运输行业、能源和工业,其中工业是当今最大的氢气消费者(约 90%)。预计将来交通运输行业和能源领域的氢气使用比例将会提高。

当今,氢气是一种重要的工业气体,即用于精炼燃料、生产肥料和甲醇、氢化脂肪、生产钢铁、金属加工以及生产平板玻璃。

每行驶 100 公里需要不超过 1kg 的氢气。

客车或轻型汽车加油需要 3 至 5 分钟。

氢气可确保大量的剩余可再生能源被长期储存,以及允许使用新方法来使用绿色电力;即在现有管道中充入氢气来替代天然气,以用作燃料电池车辆或发电厂的燃料或用作氢气加工行业的原料。因此,氢气可为能源生成行业与工业和交通运输行业联系起来提供了可能性,这就是所谓的“行业耦合”。

不。氢将成为可持续能源行业的重要组成部分。

在将来,将使用可再生能源发电来生产更多的氢气。除此之外,沼气和各种燃料(如固态生物质)也可生产绿色氢气。

“绿色”氢 100% 来自可再生能源。 这意味着通过电解生产氢所需的能量已经实现了零排放。“灰色”或“棕色”氢气是指那些将会释放诸如 CO2 之类的排放物的化石燃料产生的氢气。如果生产氢气时能够捕获所排放的二氧化碳并存储(碳捕获及存储)以进行重新利用,则该工艺所产生的氢通常称为“蓝色”氢。