氢气的高压海底管道输送

采用管道将氢气从制氢厂输送至终端用户是氢能源运输的最好方式。挪威REINERTSEN公司进行了这项研究,用来评估在高压下将纯氢气或天然气/氢气混合物通过海底管道从陆上工厂输送至海上或海外终端用户的可行性。研究表明,高压下的氢对材料脆性和疲劳裂纹扩展有一定程度的不利影响,不利影响的程度与材料类型和焊接工艺有关,在设计和安装海底氢气输送管道或将现有天然气管道转换为氢气输送时,必须充分考虑高压氢气可能引起材料性能的变化和使用限制因素。建议建立疲劳寿命评估的相关数据库和评定试验规范,以便简化海底输氢管道的设计。     

基于MILP模型的氢气供应链路径优化

随着中国对可再生能源重视程度的日益增加，氢能需求量可能会呈大幅度增长趋势。促进氢能产业的发展，首先需要考虑实现高效、经济的氢气供应运输途径。为此，综合考虑氢气需求量、制氢厂产量、供应链运输能力、不同方式运输费率、新建基础设施投资等因素，以氢气供应链系统运行总费用最小为目标函数，建立了混合整数线性规划（Mixed Integer Linear Programming,MILP）模型，并以中国南方某区域为研究实例，计算求解获得不同氢气需求量场景下的最佳氢气运输方案。研究结果表明：(1)现有模型主要考虑运输方式在制氢厂至氢气需求地之间的经济性，并在建立的模型上分析氢气供应链的安全性和减碳效果；(2)在现有氢气市场需求量的情况下，氢气通过长管拖车短距离输送、天然气掺氢管道输送是较好的选择；(3)随着未来氢气利用市场规模扩大、需求量增加，新建纯氢管道则逐渐表现出较好的经济性。结论认为，研究建立的MILP模型对优化氢气供应运输方案具有较好的效果，有助于为不同实践场景下的氢气运输方案选择提供参考与借鉴。     

海上风电制氢技术现状与发展趋势

氢能应用广泛,具有能源与脱碳“双载体”属性,被认为能源转型、工业及交通领域深度脱碳的关键路径。海上风电制氢靠近氢气消费中心,是支撑海上风电走向深远海的重要技术,也是重要的绿氢来源。本文围绕海上风电制氢各环节的技术、方式、产品方案以及成本,对比了碱性、质子交换膜、固体氧化物和固体聚合物阴离子交换膜4种电解水制氢技术,认为质子交换膜电解水技术更适合海上风电制氢;对比分析了海上风电制氢模式,认为海上风电并网陆上制氢是主流的电解槽布置方式,而离网海上中心平台制氢具有较大发展潜力;天然气管道掺氢是更具可行性的海上氢气储运方式但也存在挑战;电耗和电解槽投资是海上风电制氢的主要成本构成,预测海上风电发电成本、电解槽制造成本以及碳价格将共同推动海上风电制氢成本的逐步下降。本文研究成果可为海上风电制氢技术开发与示范应用提供思路和参考。     

长距离氢气管道运输的技术经济分析

管道输氢是实现氢气大规模、长距离运输的有效方式,然而受高投资和运行成本影响,实现管道输送氢气并非易事。现阶段,技术经济模型可对管道的各个阶段进行预可行性和可行性评估,并描述管道的技术内容和特点,而对于氢气管道,已有国内外氢气管道研究通常将氢气管道视为氢供应链流程中运输环节的一种运输方式进行宏观供应链系统优化,而无法反映管道的详细技术特征和市场变化,导致氢气管道成本的大幅度变化。为此,本文结合现有管道的技术特征与成本分析法,建立了氢气管道的预算型技术经济模型,分析了氢气管道的主要构成成本、氢气管道平准化成本与运输规模之间的关系,并采用氢气平准化成本为分析指标进行氢气管道运输与长管拖车、天然气掺氢管道和液氢槽车运输方式的对比,最终获取国内纯氢管道的投资建设成本范围和平准化成本范围。此外,本文提出降低氢气管道运输成本的主要方式为提高氢气输送规模、改造现有油气管道与优化包含氢气管道的运输方式布局。研究结果显示：(1)当设计输量为2040年的需求量时,氢气管道运行结果为选取管径为DN500的氢气管道进行运输,沿线站场压力满足要求且管线流速均在安全范围内。(2)对于给定的150～550 km管道,...     

发展谷电制氢提高可再生能源部署能力的探讨

介绍了谷电制氢的必要性,并进行了谷电制氢的经济性分析。制氢装置可根据电网需求调节负荷,提高可再生能源部署能力,同时保障国家能源安全,并有效减排二氧化碳。所制氢气可用于氢气储能,注入天然气作为燃料气,用于炼油厂油品精制或炼钢,以及用于燃料电池汽车等。谷电制氢具有一定的经济性。应加大低成本、高能效电解槽的研发投入,开展管道掺氢输送的相关研究,以及可再生能源制氢在炼化企业应用的方案研究。     

海上风电制氢经济评价模型及关键影响参数

全球绿色低碳转型正在加速，多国聚焦可再生能源制氢技术，大力培育绿氢产业。其中海上风电制氢技术具有项目规模大、产能优势明显、毗邻水源地、制氢原料充足等优势，越来越受到各国的关注，但过去对该技术方案经济性的研究多局限于欧洲区域，结论具有局限性。为此，以中国广东省海域某海上风电项目为例，按照输电方式、售电比例、制/输氢技术等设计了5种方案，并计算了不同方案的项目内部收益率（IRR）和平准化制氢成本（LCOH），进而剖析了风场规模、离岸距离、制氢技术、氢气售价等多个敏感性因素对关键指标的影响程度。研究结果表明：(1)离岸距离是决定项目开发方案的关键因素，当离岸距离小于100 km时，采用交流输电技术的并网发电方案IRR最高，当离岸距离超过150 km时，离网制氢方案IRR整体更优；(2)对比不同离网制氢方案，海上制氢配合专用管道输氢模式，无论在IRR还是LCOH方面始终优于岸上制氢模式，两者的经济性差距随离岸距离的缩小而收窄。结论认为，提升项目规模、提高氢气售价、减少或不使用储氢设施以及采用碱性电解槽可以大幅提升海上风电制氢项目的经济性，使LCOH低于22.5元/kg，基本具备市场竞争条件。     

氢气的制取与固体储集研究进展

氢气是一种优质燃料,也是一种清洁和可持续的能源。目前全球氢能发展已迈入新的阶段,欧美日韩和我国都在加紧战略布局。为了加快构建清洁低碳、安全高效的能源体系,通过文献调研的方式研究了氢气在地下的生成机制及分布、氢气的人工制取及储集尤其是固体储氢等若干问题。研究结果表明:(1)氢气在地下的生成机制目前尚未明确,被认为主要与超镁铁质岩的蛇纹石化有关,此外也与水的辐射分解、断层机械摩擦等有关,氢气浓度高的气田主要分布在大陆裂谷系、火山岩广泛分布的沉积盆地等;(2)目前工业制氢主要采用甲烷气制氢和电解水制氢,而最理想的方法则应为太阳能制氢和生物制氢,但在目前的技术条件下还难以达成,实验室在一定的温度、压力条件下可以通过橄榄岩的蛇纹石化得到氢气;(3)固体储氢是通过吸附氢气或使氢气与材料反应来达到储氢目的的方式,然后通过加热或减压方式来释放氢气;(4)固态储氢密度可达相同温度、压力条件下气态储氢的1 000倍左右,能很好地解决传统储氢密度低的问题且吸放氢速度适宜,具有安全性高的优点,目前的固态储氢材料主要有碳质储氢材料、合金储氢材料和络合物储氢材料等。结论认为,氢能产业目前在我国尚处于起步阶段,技术和成本是决定制氢和储氢的关键因素;基于现状,应将氢能与可再生能源技术有机结合,以实现"灰氢"到"绿氢"的转化。     

绿电制氢技术在胜利油田应用前景分析

利用可再生能源发电进行电解水制氢是目前众多氢气来源方案中唯一碳排放量为零的工艺,氢能作为能源的载体和储能的方式,可以与新能源发电很好的结合。胜利油田新能源发电装机约2 900 MW,依托风光发电建设规模,并结合油田生产对电、热的用能需求,发挥氢能在电、气、热多种能源间的载体作用,探索石化炼厂场景下的绿电制氢应用,形成风、光、氢、储等多能耦合技术,打造胜利油田用能现场氢能热电联供的应用场景,推动油田能源消费结构由传统能源向绿色能源转变,实现油田能源转型。     

“碳中和”目标下分布式制氢技术优选

氢气因其使用过程“零碳排放”,是未来“碳中和”目标下的重要能量载体,并将在交通运输行业中发挥重要作用。然而氢气的体积密度小,运输成本高,在生产和储运过程中存在二氧化碳排放。为了选择合适的制氢用氢方式,对不同氢气运输方式的经济性和能耗进行了系统分析,对不同制氢技术的二氧化碳排放量进行了计算和对比,并分析探讨了制氢过程的二氧化碳减排路径。研究结果表明：(1)分布式站内制氢可以作为降低氢气储运成本,减少二氧化碳排放的重要制氢方式.其制氢技术包括天然气转化制氢、甲醇裂解制氢、水电解制氢和氨分解制氢4种;(2)以水电解制氢和氨分解制氢为基础可开发无二氧化碳排放的制氢技术,如采用分布式风电和分布式太阳能发电配合水电解制氢,可实现制氢和加氢过程的二氧化碳零排放,以可再生能源的弃电生产“绿氨”结合氨分解制氢也可实现二氧化碳零排放;(3)分布式“绿电”需要面临风电或光伏发电选址、储能系统建设以及投资大幅增加的问题,而弃电生产“绿氨”同样面临大量稳定的电源、降低氨合成的能耗以及较大的投资问题。结论认为,以“绿电”为基础的分布式制取“绿氢”技术,是氢能应用于交通领域的发展趋势,同时,经济稳定的“绿电”生产是...     

管道内移动式除垢机具的发展与应用前景

管道内壁腐蚀与结垢现象普遍存在。为满足管道检修而发展起来的新型管道内移动式除垢机具效率高 ,质量好 ,适用于油、气输送管道 ,化工液体和水输送管道等的除垢 ,代表了管道除垢技术的发展方向。按驱动方式 ,典型的管道内移动式除垢机具可分为电驱动移动式除垢机具、液力驱动移动式除垢机具和压缩空气驱动移动式除垢机具等三类。尽管这些机具都达到了实用阶段 ,但也存在通过性与越障性、能源供给、除垢气马达和配套技术等方面的问题。随着我国海上油气田和陆上新油气田的开发 ,以及西气东输工程的启动 ,我国的长输管网将不断延伸和扩大 ,为管道内移动式除垢机具提供了广阔的应用前景     

掺氢天然气分离工艺方案及经济性分析

目的天然气管道掺氢输送被认为是氢能大规模、低成本、长距离运输的重要途径之一。为了获得高纯度氢气,需要在终端将掺氢天然气进行分离。目前,单一的氢气分离手段难以直接适用于低含量氢的掺氢天然气分离。 方法对比了几种常见的氢气分离技术的原理、工艺参数、优缺点等,结合掺氢天然气的特点,选定了“膜分离+变压吸附”耦合工艺路线,并针对掺氢比(摩尔分数,下同)分别为10%、15%、20%的掺氢天然气分离工艺方案进行了经济性分析,获得了各分离方案的成本。 结果 掺氢比为10%、15%、20%的综合分离成本分别为0.846 7 元/m³氢气、0.519 7 元/m³氢气、0.382 6 元/m³氢气。 结论较低含量的掺氢天然气分离成本较高,大规模推广应用仍面临经济性制约和诸多挑战。      

掺氢天然气管道输送研究进展

可再生能源发电制氢被认为是解决弃电消纳问题的一条有效途径,将氢气以一定的比例掺入天然气中,利用现有的天然气管道或管网进行输送,有可能是当前实现大规模氢气输送的最佳方式。为此,围绕掺氢天然气管道输送中的若干关键问题,通过文献调研的方式回顾和分析了近年来国内外掺氢天然气管道输送的主要研究进展。研究结果表明:(1)天然气管道允许的掺氢比上限仍不明晰,需重点揭示掺氢天然气对典型管材氢脆和氢腐蚀的影响,建立典型管材关键力学性能数据库和相容性评价体系;(2)要探究掺氢天然气的泄漏、积聚、燃烧和爆炸等安全事故特征和演化规律的变化,需明确掺氢对安全事故产生的新影响,发展缺陷在线智能监测和应急修复技术;(3)目前掺氢天然气管输风险评估和可靠性评价方法研究不足,需要开展考虑掺氢影响的天然气管输完整性评价和智能管理;(4)进一步完善掺氢天然气管输配套设备、输送工艺、掺氢及氢分离工艺等,并尽快制订掺氢天然气管输技术标准和安全运行技术体系。结论认为,该研究成果可以为掺氢天然气管道输送关键技术的研究和推广应用提供有益的参考。     

油气产业氢能利用的经济性与CO2减排效益分析

中国在实现“双碳”目标和新型能源体系的构建过程中，油气产业发展中氢能利用具备独特的地域、技术和基础设施等优势。为此，总结了氢能产业的技术特点和油气产业发展氢能的优势，提出了4种典型的油气产业氢能发展路径，并运用蒙特卡罗模拟方法，从平准化成本和CO₂减排效益2个方面分析了各路径在不同资源禀赋条件下的发展趋势。研究结果表明：(1)蓝氢路径中，煤制氢耦合碳捕获与封存技术可以凭借其成本和CO₂减排优势作为油气产业氢气清洁化生产的过渡路径；绿氢路径的CO₂减排效益优于蓝氢路径，可以作为中长期的发展路径。(2)在天然气资源丰富、价格低于1.38元/m³的地区，天然气制氢耦合CCS技术具有较好的经济性和CO₂减排效果。(3)年光照有效发电小时数大于1 390 h的油气田布局光伏制氢向加氢站供应清洁氢气将具有一定的经济可行性。(4) 2030年，油气产业布局海上漂浮式风电制氢+天然气掺氢混合使用的业务在风力条件优越、年有效发电小时数大于2 900 h的资源区将具备可行性。(5)其他资源区氢能利...     

辽河油田稠油集肤效应加热输送研究与应用

文章结合了国内外学者对集肤效应电伴热系统和超稠油管道输送过程的研究成果,首先通过试验研究辽河油田超稠油的流变特性,再通过对辽河油田超稠油集肤效应电伴热试验确定实际伴热效果、伴热功率和伴热可靠性.通过比较多种的超稠油管道输送方式,结合辽河油田超稠油的特点,确定了加热输送为最优的输送方式.稠油管道输送伴热方式上,电伴热法比传统的热媒伴热法更先进,不但有利于环境,同时也大大降低了管道输送的人力和占用面积.     

长距离中压海底电缆输电电压损失计算及补偿方法

海洋平台之间的电力输送主要通过海底电缆。长距离海底电缆传输电力,将造成一定的电压损失,对平台的安全生产造成不利影响。本文主要介绍海上长距离中压海缆输电电压降的计算方法,以探讨减小电压损失的常用方法,并对无功补偿的两种方法进行了比较,文中的研究过程和结论可供同行参考。     

提高光伏发电经济性关键设计要点分析

我国光伏产业近年迎来迅猛发展,在新能源平价上网的规定要求下,如何提高光伏发电的经济性一直是各界关注焦点。光伏发电经济效益主要受初始投资、发电量、运维成本等因素影响。文章结合光伏电站平准化度电成本原则和方法,重点对影响光伏电站发电量的因素进行分析,提出为确保光伏电站经济效益最大化,需要结合项目特点,对光伏组件、逆变器等关键设备选择及容配比设置等关键设计要点进行综合全面的对比研究,从而得出最优的设计方案。以某100MW山地光伏发电项目为例,分析对比结果为：相同边界条件下,N型光伏组件转化效率、经济性优于P型组件,组串式逆变器的度电成本优于集中式,光伏电站度电成本随着容配比例提高出现先降后升趋势。     

油管输送射孔多级可控声波起爆技术探讨

目前油管输送射孔的起爆方式主要采用投棒撞击或者井口加压这2种方式,但因起爆装置、延时装置和安全传爆装置均为一次性消耗品,且配套使用的火工品数量多,导致油管输送射孔起爆的成本比电缆射孔高很多.针对这一问题,开展了油管输送射孔多级可控声波起爆技术研究.利用地面系统发出特定的声波编码信号,信号沿油管向井下传输,井下装置接收信号后,控制雷管及射孔枪起爆.应用该技术不仅可以降低油管输送射孔起爆成本,同时也为现场施工提供更加安全、可靠的技术保障.通过不同深度声波传输试验和编码控制传输试验,声波信号接收比较稳定,初步验证了多级可控声波起爆技术的可行性.     

电气化甲烷重整技术研究进展

甲烷重整是强吸热反应,通过燃烧甲烷供热(约占甲烷总消耗的30%),不仅会导致排烟热损失,还会伴随CO₂排放,无法满足双碳目标下对清洁氢能的需求。电气化甲烷重整技术通过高效电热转化形式,将可再生电能引入甲烷重整反应器,可大幅减少甲烷重整过程的CO₂排放,消除传统甲烷重整过程的排烟热损失,提升甲烷和可再生电能制氢效率。综述了传统甲烷重整技术、电气化甲烷重整反应器(电阻加热、微波加热、电磁感应加热和等离子体加热)、电气化甲烷重整系统和电气化甲烷重整催化剂的研究进展。电加热不仅可以有效提升反应器功率密度、减小反应器规模,还可以通过与催化剂相互作用,实现催化活性和甲烷转化率的提升。电气化甲烷重整技术为我国能源绿色低碳转型提供了新的途径。     

天然气制氢技术及经济性分析

氢能是当前最有前景的清洁能源之一,天然气制氢是目前全球最主要的制氢方式,重点介绍和分析了主要制氢技术路线天然气水蒸气转化制氢,该工艺主要包括水蒸汽重整转化、合成气变换及变压吸附三个单元;同时还介绍了非水蒸气转化制氢路线,包括甲烷部分氧化法制氢、天然气催化裂解制氢及CH₄/CO₂干重整制氢。比较了几种制氢技术的经济性。目前,虽然煤制氢的成本优于天然气制氢,但随着天然气开采技术的进步,未来天然气制氢有可能成为国内最主要的制氢技术路线。      

CO_2管道输送技术研究

在CO2回注油气藏提高油气采收率可获得经济效益与环境效益双赢的背景下,研究了CO2热物性参数及管道输送技术。通过调研国内外CO2管输工艺及经验,借鉴油气管道的设计理念和计算方法,针对CO2低临界点的特性,探讨了高含CO2混合物气相、液相和超临界相三种相态输送工艺。在单一相态输送的前提下,比较了不同输量、不同管径下,高含CO2混合物的单向流输送距离。计算表明,超临界管道的单相流最远输送距离Ld最大,气相和液相管道的单相流最远输送距离Ld较小。对于一定输量和输送距离的CO2管道,采取不同输送方式,对应的最优管径不同,对于大输量、长距离工况,气相输送的最优管径最大,超临界输送的最优管径最小。CO2管输技术的研究为CO2不同相态输送方式的经济性对比提供了借鉴。