5 可再生能源制氢及P2X解决方案 20231017_西门子能源 解玉平(1).pdf

《5 可再生能源制氢及P2X解决方案 20231017_西门子能源 解玉平(1).pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《5 可再生能源制氢及P2X解决方案 20231017_西门子能源 解玉平(1).pdf（24页珍藏版）》请在三个皮匠报告上搜索。

1、Restricted Siemens Energy,2023SIEMENS ENERGY|SES1西门子能源商标由西门子股份公司授权使用。可再生能源制氢可再生能源制氢及及Power-to-XPower-to-X解决方案解决方案西门子能源|2023年Restricted Siemens Energy,2023SIEMENS ENERGY|SES2目录目录1 1可再生能源制氢技可再生能源制氢技术路线及应用方向术路线及应用方向2 2西门子氢能解决方案西门子氢能解决方案产品、系统特点及优产品、系统特点及优势势3 3应用项目案例应用项目案例Silyzer 系列产品业绩和案例分享4 4离网离网/限制并网项

2、目限制并网项目设计优化及控制仿真系统5 5海上风电制氢探讨海上风电制氢探讨技术路线和开发进度Restricted Siemens Energy,2023SIEMENS ENERGY|SES3西门子能源商标由西门子股份公司授权使用。可再生能源制氢技术路线可再生能源制氢技术路线及应用方向及应用方向Restricted Siemens Energy,2023SIEMENS ENERGY|SES4 4西门子能源商标由西门子股份公司授权使用。现有三种可行的电解水技术现有三种可行的电解水技术电解质KOH3高分子膜陶瓷膜循环介质KOH3水水蒸气操作温度160-90 C室温-80 C700-900 C技术成熟

3、度1工业上已成熟商用实验室领域经验1冷启动2间歇运行2可扩展至兆瓦级2反向（燃料电池）模式1碱性电解碱性电解质子交换膜（质子交换膜（PEMPEM）电解电解高温电解高温电解+-OHOH-KOH KOH 电解质电解质阳极阳极阴极阴极隔膜隔膜 O O2 2H H2 2+-H H+水水阳极阳极阴极阴极气密膜气密膜 O O2 2H H2 2+-水蒸气水蒸气阳极阳极阴极阴极固体氧化物固体氧化物 O O2 2H H2 2O O2-2-来源:1)Fraunhofer,2)IndWede;3)KOH:氢氧化钾现有/可用 开发中/有限制 不支持/不可用西门子能源Restricted Siemens Energy,

4、2023SIEMENS ENERGY|SES5西门子能源商标由西门子股份公司授权使用。“碱液碱液+PEM+PEM”混合式方案混合式方案碱液方案的初期投资低，碱液方案的初期投资低，PEMPEM方案启停快、效率高、能源利用率高方案启停快、效率高、能源利用率高PEMPEM功率提升速度快功率提升速度快PEMPEM（10%-110%10%-110%）vs vs 碱液（碱液（40%-110%40%-110%）-产氢功率范围更宽产氢功率范围更宽-功率响应速率更快功率响应速率更快 碱液功率提升率PEM功率提升率PEMPEM更高的能源利用率更高的能源利用率Restricted Siemens Energy,20

5、23SIEMENS ENERGY|SES6西门子能源商标由西门子股份公司授权使用。西门子氢能解决方案西门子氢能解决方案Power-to-XPower-to-XRestricted Siemens Energy,2023SIEMENS ENERGY|SES7 7西门子能源商标由西门子股份公司授权使用。根据市场需求并通过与客户共同开发，根据市场需求并通过与客户共同开发，SilyzerSilyzer系列每系列每4-54-5年功率增大年功率增大1010倍左右倍左右 1 1 1000 accumulated Operating Hours;Data OH&tons as of Oct 202020112

6、01120152015201820182022023 32028+2028+SilyzerSilyzer 100 100Lab scale demo20 kOH1,30 t of H2SilyzerSilyzer 300 300First investigationsin cooperation withchemical industryNext generationNext generationUnder development0.1 MW0.1 MW1 MW1 MW10 MW10 MW100 MW100 MW1,000 MW1,000 MWSilyzerSilyzer 200 200130

7、 kOH11700 t of H2单体产氢量最大的PEM设备SilSily yzerzer系列产品研发路线图系列产品研发路线图下一代产品测试中2022023 3交通方案交通方案工业方案工业方案19951995Testing Testing in Lab-scale and Short-StacksRestricted Siemens Energy,2023SIEMENS ENERGY|SES8 8西门子能源商标由西门子股份公司授权使用。规划和规划和咨询服务咨询服务西门子能源拥有西门子能源拥有“最全、最完整最全、最完整“的氢能产业链覆盖的氢能产业链覆盖为客户提供一体化解决方案为客户提供一体化解决

8、方案电解系统电解系统PEMPEM电解水制氢电解水制氢其他方案其他方案SilyzerSilyzer 300 300机械设备机械设备压缩存储系统水处理电气设备机械设备透平/内燃机(再转化为电能)金融解决金融解决方案方案“链条链条”和装备和装备COCO2 2/N/N2 2 供应供应制氢设备制氢设备 风电场方案风电场方案陆上风场 海上风场西门子西门子-歌美飒歌美飒光伏方案光伏方案光伏电站/储能系统外部合作伙伴外部合作伙伴化学合成化学合成合作CH3OHCH4NH3自有方案正在研发全新的，高度灵活的甲醇合成方案电转液电转液/电转气电转气系统系统+再转化系再转化系统统二氧化碳捕捉二氧化碳捕捉废气碳捕捉(Po

9、stCap)DAC:外部合作伙伴N N2 2 供应供应空气分离设备：外部合作伙伴电网设备电网设备输变电系统输变电系统输电配电变电站变压器电力电缆系统西门子能源产品涵盖了整个西门子能源产品涵盖了整个P2XP2X产业链，可以提供交钥匙工程。产业链，可以提供交钥匙工程。BoPBoP 整厂辅机及系统范围整厂辅机及系统范围电转液的解决方案设电转液的解决方案设计咨询计咨询(例如：绿色甲醇例如：绿色甲醇)作为客户的统一接口，提供：整体系统设计西门子产品、技术和外部合作伙伴技术的整合可再生能源可再生能源 化学合成化学合成DAC:DAC:Direct air capture:Under development;

10、no Siemens Energy activities|CCU:|CCU:Carbon Capture and Utilization|typical share in value additionRestricted Siemens Energy,2023SIEMENS ENERGY|SES9西门子能源商标由西门子股份公司授权使用。应用业绩及场景应用业绩及场景Restricted Siemens Energy,2023SIEMENS ENERGY|SES1010西门子能源商标由西门子股份公司授权使用。业绩一：美因茨风电制氢业绩一：美因茨风电制氢-管网输送管网输送-电网服务全产业链示范园电网

11、服务全产业链示范园概要概要 客户：美因茨能源园区（林德与美因茨市市政的合资公司）国家：德国 安装年份：2015 总投资：1700万欧元 产品：Silyzer 200运营规划运营规划项目难点项目难点 安装3台SILYZER 200，额定功率3.75兆瓦，系统最高功耗可达系统最高功耗可达6 6兆瓦兆瓦 高度动态变化的功耗 基于西门子SIMATIC PCS 7的最先进的过程控制技术 氢气的处理、压缩及储存（由林德提供）全球第一个多兆瓦级的PEM电解厂 提供平衡的能源系统 高度自动化解决方案解决方案前端发电和制氢平衡由4个当地风电场供电基于发电经济型模型与电力市场联动3欧分/千瓦时启用制氢，反之发电上

12、网后端氢气消纳平衡优先供应地方加氢站富余氢气注入管网（工业、冬季供暖)Restricted Siemens Energy,2023SIEMENS ENERGY|SES1111西门子能源商标由西门子股份公司授权使用。业绩二：业绩二：H2FUTURE H2FUTURE 欧洲绿氢生产和钢铁工业应用标杆级示范项目欧洲绿氢生产和钢铁工业应用标杆级示范项目项目概况项目概况 合作方:奥钢联(voestalpine)、VERBUND、奥地利电网、K1-MET和TNO 地点:奥地利 竣工年份:2019使用场景使用场景项目亮点项目亮点“突破性”的使用氢气炼钢技术，以可再生能源制氢取代碳，作为探索绿氢工业应用发展潜

13、能的优秀示范项目 直接安装并集成到钢厂现有的焦炉天然气管道中 整个电解系统的效率接近80%解决方案解决方案氢能炼钢6 MWMW基于Silyzer 300 解决方案设计1.200 NmNm3 3每小时氢气额定产能电网服务 基于 Silyzer 300 解决方案，使用12个模块作为制氢系统核心 高需求侧响应性能，可额外进行电网服务 系统集成西门子先进的SIMATIC PCS 7控制技术Restricted Siemens Energy,2022SIEMENS ENERGY|SES12西门子能源商标由西门子股份公司授权使用。业绩三：业绩三：FlagshipONEFlagshipONE最大的商业气候中

14、性CO2甲醇工厂，用于海运 项目基本情况绿氢的应用客户:FlagshipONE投资方:rsted国家:瑞典装机时间:预计 2025机型:Silyzer 300项目的挑战欧洲最大的商业电制甲醇生产工厂规划：Liquid Wind计划二期规划140兆瓦电解槽解决方案4台西门子能源Silyzer300采用全厂电气化、自动化、数字化控制系统解决方案（数字双胞胎），全厂电力分配和压缩系统。利用绿氢和生物质二氧化碳合成电制甲醇绿氢合成电制甲醇全球航运业脱碳70 MW基于Silyzer 300的电能需求50.000 tones2025年实现年产电制甲醇10 more plants 在2030年之前Restr

15、icted Siemens Energy,2022SIEMENS ENERGY|SES13西门子能源商标由西门子股份公司授权使用。业绩四：智利业绩四：智利 -哈鲁乌尼哈鲁乌尼 示范项目示范项目全球首个采用可再生能源制绿色燃料的工厂项目信息项目信息 建设方:HIF(Highly Innovative Fuels)用户:保时捷 国家:智利，巴塔哥尼亚 投产时间:2022年12月机遇机遇 麦哲伦地区丰富的风资源 成熟配套的工业港口和基础设施 具备出口绿色燃料到全球的港口解决方案解决方案 利用南美洲的“风电资源”生产“绿色合成燃料“西门子能源作为合作开发方，负责从风电到绿色燃料生产的系统方案集成 全球

16、知名的合作伙伴：保时捷和AME用户场景用户场景 绿色燃料用于保时捷汽车 绿色甲醇用于航运燃料 汽柴油精炼用氢到2025年（280兆瓦,在建）实现年产绿色合成燃料 55,000,000升2023年，实现年产绿色合成燃料 130,000升到2027年（2.5吉瓦）实现年产绿色合成燃料 550,000,000升Restricted Siemens Energy,2023SIEMENS ENERGY|SES1414西门子能源商标由西门子股份公司授权使用。智利智利 -哈鲁乌尼示范项目技术方哈鲁乌尼示范项目技术方案案 从从“风能风能”到到“绿色合成燃油绿色合成燃油”风电 电解水制氢 二氧化碳捕捉合成甲醇

17、甲醇合成“绿色燃油”“绿色合成燃料”认证 交通应用可再生能源丰沛的地区可再生能源丰沛的地区 智利智利能源需求地区能源需求地区 德国德国“绿色合成燃料”运输系统方案总集成商系统方案总集成商：提供从提供从“预可研预可研”到到“商业投产商业投产”的全链条方案支持的全链条方案支持Restricted Siemens Energy,2023SIEMENS ENERGY|SES15西门子能源商标由西门子股份公司授权使用。电解水制氢系统电解水制氢系统设计优化及仿真设计优化及仿真Restricted Siemens Energy,2023SIEMENS ENERGY|SES1616西门子能源商标由西门子股份公

18、司授权使用。系统集成设计及优化系统集成设计及优化系统集成设计及优化系统集成设计及优化工具：动态模拟平台、成本模型、优化工具：动态模拟平台、成本模型、优化算法算法等等信息输入信息输入初步设计初步设计动态模拟动态模拟多目标寻优多目标寻优优选方案优选方案波动电源负荷预测（8760h)多级储能配置优化（储氢VS储电）ALK+PEM混合制氢方案成本数据库最低LCOH最高NPV最低弃电率最高产量 技术边界：测风、测光数据上网比例电网技术要求储能要求距离/分布下游消纳/工艺流程财务边界：投资，融资信息折旧方案电价，气价IRR要求Restricted Siemens Energy,2023SIEMENS EN

19、ERGY|SES17西门子能源商标由西门子股份公司授权使用。由于受电解槽容量、储能电池放电功率限制，储能电池在多数时段处于高比例储电状态，造成储能容量的浪费优化实例：原始方案存在的问题（以第一周为例）优化实例：原始方案存在的问题（以第一周为例）由于受电解槽容量、储能电池充电功率限制，造成弃电率较高Restricted Siemens Energy,2023SIEMENS ENERGY|SES18西门子能源商标由西门子股份公司授权使用。优化实例：混合制氢优化方案结果优化实例：混合制氢优化方案结果PEM可以在更低负荷下稳定制氢，可以更好地匹配低功率输入时段的电力，提高制氢效率和制氢量Restric

20、ted Siemens Energy,2023SIEMENS ENERGY|SES19西门子能源商标由西门子股份公司授权使用。原始方案原始方案混合制氢优化方案混合制氢优化方案 固定资产投资估算141.142.4 储能单元7.2 亿元2.07亿元 电解单元4.55 亿元10.8 亿元 弃风率35.8%6.2%绿氢年产量1.88 亿 Nm32.78 亿 Nm3 绿氢成本￥2.12/Nm3￥1.48/Nm3优化实例：原始方案与优化方案对比总结优化实例：原始方案与优化方案对比总结1.固定资产投资估算，主要包含关键设备投资估算，建筑安装工程费以设备投资15%计；Restricted Siemens En

21、ergy,2023SIEMENS ENERGY|SES20西门子能源商标由西门子股份公司授权使用。9 9集成式的仿真系统，高真实度的过程和设备模型，适用于各种类型的能源项目集成式的仿真系统，高真实度的过程和设备模型，适用于各种类型的能源项目Omnivise T3000Omnivise T3000控制仿真控制仿真Restricted Siemens Energy,2023SIEMENS ENERGY|SES21西门子能源商标由西门子股份公司授权使用。海上风电制氢海上风电制氢Restricted Siemens Energy,2023SIEMENS ENERGY|SES2222西门子能源商标由西门

22、子股份公司授权使用。海上风电制氢的优点及挑战优点：1)充分开发深远海风电资源2)靠近“高能源需求区域”3)不依赖“输电线路“建设进度4)能源输送效率高，单位能量输送成本低挑战：1)海水杂质对电解槽老化性能的影响2)风机低负荷运行对水处理系统以及控制系统的影响3)快速变化的运行负荷和压力对交换膜的冲击4)维护难度大Restricted Siemens Energy,2023SIEMENS ENERGY|SES2323西门子能源商标由西门子股份公司授权使用。H2MareH2Mare项目及西门子能源海上风电制氢方案项目及西门子能源海上风电制氢方案 （2021-20252021-2025年）年）西门子

23、歌美飒:基于SG14-222DD平台，开发全新的海上风机，以集成全新的电解制氢系统西门子能源:开发全新的集装箱式PEM电解水制氢系统，以满足严苛的海洋环境和风机运行的特点投入1.2亿欧元，计划2025年运行备用电备用电源源PEMPEM电解槽电解槽PEMPEM电解槽电解槽PEMPEM电解槽电解槽变压器变压器控制系统控制系统平台栏杆平台栏杆距离塔筒距离塔筒1010米米靠船区靠船区工作平台工作平台水处理和氢气处理水处理和氢气处理压缩机压缩机压缩机压缩机压缩机压缩机控制系统控制系统控制系统控制系统电气柜电气柜SIEMENS ENERGY|SES24Restricted Siemens Energy,202224西门子能源商标由西门子股份公司授权使用。Siemens Energy Siemens Energy 西门子能源西门子能源siemens-siemens-可再生能源系统事业部解玉平18101193513Yuping.Xiesiemens-