“綠電”制“綠氫”

文/Katrin Ehrenleitner

本文介紹了綠色電能（可再生能源）是如何制造綠色氫能的——由綠色電能（包括水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、太陽能、生物能、地?zé)崮芤约昂３蹦艿龋?qū)動(dòng)的緊湊型電解系統(tǒng)，以分布式的方式儲(chǔ)存綠色電能能源，將之用于各種應(yīng)用。但僅僅建立一個(gè)緊湊型電解槽系統(tǒng)是不夠的：如果想要實(shí)現(xiàn)分布式制氫，傳統(tǒng)的電化學(xué)制氫的方法則需要在有限的空間內(nèi)，與可再生電能（綠電）進(jìn)行適當(dāng)?shù)募珊瓦B接。能源轉(zhuǎn)換是任何一個(gè)工廠規(guī)劃皆不可規(guī)避的問題。

無論是每個(gè)屋頂上的光伏電池、風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的風(fēng)電機(jī)組還是小型水電站，能源的轉(zhuǎn)換也將是分步式實(shí)施的。但是如何處理所有這些綠色電能呢？如果電力客戶當(dāng)時(shí)用不到由太陽、風(fēng)和水轉(zhuǎn)化的能源，這些能源又該怎么處理？分布式電解系統(tǒng)制氫可為上述能源處理問題提供一個(gè)新思路。一些公司，例如能源系統(tǒng)制造商Igas 能源公司，正在研發(fā)綠色電解槽等緊湊型生產(chǎn)理念和方法。依靠質(zhì)子交換膜電解（PEM）技術(shù)，該技術(shù)具有運(yùn)行電流密度高、能耗低、產(chǎn)氫壓力高、效率高以及響應(yīng)速度快等優(yōu)勢(shì)。由于在PEM電解中，電極直接連接到質(zhì)子交換膜上，因此整個(gè)過程只需要蒸餾水——由可再生能源發(fā)電，具有波動(dòng)性。PEM電解水制氫技術(shù)具備快速啟停優(yōu)勢(shì)，能匹配可再生能源發(fā)電的波動(dòng)性特點(diǎn)。因此，PEM技術(shù)是“綠能”制“綠氫”的關(guān)鍵技術(shù)。

Igas能源公司依靠質(zhì)子交換膜電解水制氫（PEM）技術(shù)，PEM電解水制氫技術(shù)具備運(yùn)行電流密度高、能耗低、轉(zhuǎn)化效率高以及響應(yīng)速度快等優(yōu)勢(shì)，并可通過加壓提高產(chǎn)氫，備受工業(yè)界和科學(xué)界的廣泛重視

特別是在小型集成箱系統(tǒng)中，系統(tǒng)可用空間狹小，對(duì)管道的精準(zhǔn)規(guī)劃十分必要。

PEM可謂前沿科技，對(duì)于任何公司將 “綠色氫氣”電解系統(tǒng)推行開來，并迅速占領(lǐng)市場(chǎng)變得都重要。對(duì)于設(shè)計(jì)和規(guī)劃，Igas公 司正在尋找一個(gè)整體的解決方案，以構(gòu)建工藝工程、三維規(guī)劃和機(jī)械設(shè)計(jì)。Igas能源創(chuàng)始人兼總經(jīng)理Dipl.-Ing. Karl-Heinz Lentz強(qiáng)調(diào)說：“我們可以在一個(gè)集成的系統(tǒng)中工作，以避免由可再生能源帶來的波動(dòng)性，從而降低錯(cuò)誤率，這對(duì)我們來說很重要。”而Smap3D Plant Design （三維工廠設(shè)計(jì)軟件）可以很好地滿足這一需求，它是一個(gè)集成的軟件解決方案，基于在建筑、工廠工程和管道制造領(lǐng)域30多年的經(jīng)驗(yàn)，用于2D/3D工廠和管道設(shè)計(jì)，且與領(lǐng)先的CAD系統(tǒng)完全集成。

專門從事中型機(jī)器和設(shè)備制造商的同名開發(fā)公司能夠在這個(gè)項(xiàng)目中充分利用其全部資源?！靶疫\(yùn)的是，我們找到了一個(gè)在工廠工程方面有實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的解決方案合作伙伴。這意味著，早在咨詢階段，已經(jīng)可以對(duì)挑戰(zhàn)進(jìn)行高水平的討論，并引入合理的想法，以便找到符合我們要求的正確解決方案?！盠entz說。

高效率

綠色電解槽每小時(shí)生產(chǎn)5 000～6 000 Nm3的氫氣（相當(dāng)于25 kW～30 MW的電能），專為無人操作而設(shè)計(jì)，除了電力之外只需要純水。該系統(tǒng)的核心是緊湊的電解堆，在電流密度為2 A/cm2時(shí)，其效率超過80%（4.47 kW·h/Nm3氫氣）。該系統(tǒng)是模塊化的且結(jié)構(gòu)緊湊——尤其是如果進(jìn)行戶外使用時(shí)，需精確地規(guī)劃通往系統(tǒng)的管道。以下就是用于端到端3D管道規(guī)劃和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟件發(fā)揮作用的地方：Smap3D Plant Design （三維工廠設(shè)計(jì)軟件）完全集成到現(xiàn)有的CAD解決方案中，包括用于工藝工程的Smap3D P&ID，用于管道工程的Smap3D Piping和用于管道生產(chǎn)的Smap3D Isometric。該程序完成從2D流程圖到3D管道規(guī)劃再到單線圖的完整過程鏈，并確保了模塊之間的平滑且無損的數(shù)據(jù) 傳輸。

做出該決定的另一個(gè)原因是，Igas公司需要為工藝工程要求較高的工廠進(jìn)行非常詳細(xì)的設(shè)計(jì)，而市場(chǎng)上的其他解決方案無法復(fù)制這些詳細(xì)設(shè)計(jì)。這可以通過閥門的例子來說明：在傳統(tǒng)的CAD軟件中，閥門通常是用符號(hào)表示的。然而，系統(tǒng)規(guī)劃師不能通過CAD知曉閥門安裝到管線后周圍的實(shí)際空間，不能通過CAD軟件模擬實(shí)際操作中手動(dòng)操作閥門或更換閥門。

整體支持

“采用Smap3D Plant Design （三維工廠設(shè)計(jì)軟件），通過CAD中的詳細(xì)規(guī)劃，我們可以確保工廠的可操作性和可維護(hù)性。對(duì)于我們和我們的客戶來說，在工廠正常運(yùn)行階段，不會(huì)因?yàn)楦鼡Q閥門帶來成本的巨大損失。”工程師解釋說。

"通過CAD中的詳細(xì)規(guī)劃，我們可以確保工廠的可操作性和可維護(hù)性。對(duì)于我們和我們的客戶來說，在工廠正常運(yùn)行階段，不會(huì)因?yàn)楦鼡Q閥門帶來成本的巨大損失。"

Karl-Heinz Lentz，Igas能源公司

除了集成軟件解決方案外，軟件供應(yīng)商的客戶支持也是成功的關(guān)鍵。Smap3D Plant Design的董事總經(jīng)理Maxim Lich解釋說：“我們的重點(diǎn)特別放在解決方案的引進(jìn)和實(shí)施上，以便Igas能源公司能夠快速而高效地工作，這不僅有利于企業(yè)，最終也有利于環(huán)境。除此之外，所提供的標(biāo)準(zhǔn)零件庫和已經(jīng)大量用于環(huán)境系統(tǒng) 3D 規(guī)劃的預(yù)定義工業(yè)管道類別，分別擴(kuò)展為包括更多標(biāo)準(zhǔn)零件和更廣泛的管道類別。此外，開發(fā)公司還為設(shè)計(jì)人員舉辦了多次培訓(xùn)課程，以便他們熟悉軟件的使用。

“完全集成的解決方案和引進(jìn)階段的支持是我們的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。”Lentz說，“得益于快速高效的3D系統(tǒng)和管道規(guī)劃設(shè)計(jì)，我們?cè)谀茉春铜h(huán)境領(lǐng)域的業(yè)務(wù)得以全面發(fā)展。在持續(xù)運(yùn)營(yíng)期間，我們?yōu)橛脩籼峁┘夹g(shù)支持熱線，該熱線始終提供可靠的技術(shù)和服務(wù)支持。如果我們接到任何問題，我們的技術(shù)熱線專員將盡快為客戶提出解決方案?！?/p>

綠色電解槽每小時(shí)從30 MW的電能中輸送高達(dá)6 000 Nm3的氫氣

緊湊的電解堆只需要電源和水連接即可運(yùn)行