中石化打造“第一氢能公司”的创举,正在遭遇罕见巨大挫折,急速冒进之后的隐忧开始显现。
据研究机构BloombegNEF(BNEF)透露,由于各种各样的因素,包括系统模块设计中缺少一些安全功能和效率不达标,世界上最大的绿氢项目——中石化位于中国西北部新疆库车的260MW绿色制氢设施,一直以不到其装机容量的三分之一的效率运行。
这已经不是新疆库车绿氢项目第一次遭遇危机了。但相比之前,这一次所遭遇的问题对中石化的制氢雄心的打击更具有根本性——这让外界对其绿氢转型的安全管控和项目管理能力充满疑问。
于今年8月30日全面建成投产的新疆库车项目,是目前全球最大的绿氢制取项目,该项目的建成标志着中国绿氢规模化工业应用实现零的突破,对外宣称年产绿氢2万吨。就在新疆库车项目投产的同期,中石化另一年产能3万吨的鄂尔多斯绿氢制取项目正在建设中。
新疆库车绿氢项目由中石化新星公司负责实施。中石化方面此前曾介绍,该项目产出氢气纯度达99.9%,利用新疆丰富的太阳能资源发电直接制绿氢。中石化领导人的出发点,是要以此项目在绿氢制取上立下“标杆”。
库车项目最重要的包含光伏发电、输变电线路、电解水制氢、氢气储输、公用工程及配套辅助生产设施,该项目规划的电解水制氢能力2万吨/年、储氢能力21万标立方、输氢能力2.8万标立方每小时。
中石化表示,这一项目是国内首个贯通光伏发电、绿电输送、绿电制氢、氢气储存、氢气输运、绿氢炼化等绿氢生产与利用全流程示范项目,为国内光伏发电绿氢产业高质量发展提供了可复制和推广的示范案例。
新疆库车示范项目落地,一度带动了氢能产业链发展。中石化介绍,该项目所用的光伏组件、电解槽、储氢罐、输氢管线等重大设备及核心材料全部实现国产化。
以电解槽为例,在该项目启动前,国内1000Nm³/h电解槽累计需求量不到30台,而仅库车绿氢示范项目就需要52台,促进了国内电解槽产业的规模化生产。
据BNEF分析师透露,中石化库车项目所使用的电解系统的标称产量运行范围为30-100%。换句话说,如果进入系统的可再生电力低于其最大产量的30%,机器将停止释放氢气。
所有这些电解槽在30%的工作点测试均告失败,其实际在做的工作范围可能小于50%-100%。据了解,问题的根源或在于产品设计和产品中使用的材料。
据了解,电解槽的工作原理是,氧气在阳极产生,氢气在阴极产生,阴阳两极之间的膜负责防止气体混合和爆炸。可在现实中,膜并不完美,气体混合仍然会发生,特别是在阳极侧,因为氢分子非常小,它们能更容易地穿过膜。
当输入电量低于标称值时,问题就出现了:氧气生成量几乎以线性的方式减少,而可以穿过膜的氢气量受到的影响则比较轻微,仍然相比来说较高。这导致氧气中氢的浓度上升,进而可能会导致爆炸。
最终结果是,为保障安全问题,必须限制项目的运行范围。中石化现在正在调整总系统运行的算法,按照计划,控制单元将命令一些电解槽运行,同时设置其他电解槽闲置,以避免电解槽低于标称产量的50%。
系统仅有三分之一容量运行,意味着中石化对外宣称的年产能2万吨事实上无法达成,其18元/公斤的绿氢价格或也将没办法实现。该项目投资超过30亿元,如果有效运行容量长期无法有效提升,项目投资所需成本的回收都成大问题,更不用说国有资产的保值增值了。
新疆库车光伏制氢项目,这一回是制氢端出了问题。就在一年前,该项目的光伏电站端也曾出现重大事故。
2022年11月下旬,新疆库车地区发生了罕见沙尘暴,中石化新疆库车绿氢项目一期300MW光伏制氢项目遭遇袭击。11月27日,一场13级沙尘暴席卷中石化库车光伏电站,根据目击者拍摄的照片和视频,现场大量光伏支架出现倒塌,光伏组件大面积受损,部分组件已经完全破碎。
该次事故直接引发中石化光伏电站损失约200MW,相当于该电站2/3的发电装机容量被摧毁。据新闻媒体报道,该项目并没有配套商业保险,这在某种程度上预示着所有的损失都必须由中石化自己承担,保守估计,损失可能在数亿以上。
根据事发当天11月27日的气象预警信息,中石化库车项目所在地为大风红色预警,阵风强度超过13级。据悉,大风天气持续近12小时。这无疑是导致电站受损的直接原因。
但是,事发后有在新疆库车从事光伏电站开发的有关人员透露称,距离该项目不远处,另建有多个已并网发电的光伏电站。在经历了同一沙暴天气后,另外两个光伏电站只有几块组件受一定的影响暂时无法发电,整体而言,电站并未受到较大冲击。
上述两个受损电站所在位置地形平旷,相差20-30公里的距离,有的是少数组件不能发电了,通过检修就恢复了;有的是螺栓安装不紧,根据经验,可能是某个安装工人操作不规范、安装不到位造成的,但整体上不存在大的施工安全问题。
通常,在光伏电站设计之初,业主单位和专业的设计院会将当地的天气特征考虑在内,进而对光伏电站的抗风、抗沙暴能力提出对应的要求。事发周边电站工作人员后来曾表示,此次极端天气并未突破光伏电站设计之初要求的极限值。
在这种情况下,中石化的电站仍然发生了重大事故,这反映出公司在项目建设方面存在着很大的疏漏,首先是在光伏核心部件的招标采购方面,其次是项目建设施工方面存在漏洞,包括防风设计和产品质量安全等问题。
根据中标结果,中石化库车绿氢项目EPC总承包服务商为中石化广州工程有限公司和中石化第五建设有限公司联合体,投标报价约为11.47亿元,两家公司均为中石化炼化工程(集团)股份有限公司下属公司。由于都是中石化系统内“自家人”,外界也不清楚事后的追责和问责情况如何。
氢能被称为“21世纪终极能源”,作为能源转型中备受瞩目的一环,拥有万亿蓝海市场。中国氢能联盟曾预计,2020年至2025年间,中国氢能产业产值将达1万亿元,2026年至2035年有望达到5万亿元。
早在2020年,时任中石化董事长张玉卓提出“一基两翼三新”战略构想,将触角伸向了万亿氢能产业,这奠定了中石化大上氢能的宏伟蓝图。2021年4月17日,张玉卓做客央视“对话”栏目时表示,中石化“十四五”要建成1000家加氢站。
2021年,马永生从张玉卓手中接过“帅印”,也同样延续了全力发展氢能的思路。在2021年中期业绩会上,马永生表示,公司“十四五”期间发展氢能的目标有:一是规划建设加氢站1000座,加氢服务能力达到20万吨/年。二是全力发展可再次生产的能源制氢,规划累计制氢产量超百万吨。三是聚焦氢能交通领域和绿氢炼化。
其中,在氢能交通领域,要建成全国规模最大的氢气制备、储运及加注网络;在绿氢炼化领域,要促进炼化企业转型脱碳,实现炼化行业绿氢利用规模全国最大。通过以上努力,争取“十四五”末,公司年减排二氧化碳1000万吨以上。
2023年4月,在出席公开活动时马永生再次强调要上绿氢重点项目,他表示:计划2023年年中投产国内最大2万吨/年库车绿氢示范项目,同时正在研究布局鄂尔多斯、乌兰察布、包头、漳州、海南洋浦等一批绿氢重点项目。
然而,大上项目的中石化,打头阵的第一个项目就频频曝出事故,尤其是绿氢制取产线实际利用率严重不达标,这无疑为中石化的“氢能第一公司”梦想敲响了警钟——宏大目标、重大项目是鼓舞人心,但更需要安全、高效的保障。
如今,这样的做法仍在继续。就在新疆库车项目即将建成投产之际,今年2月份,中石化启动了全球最大绿氢耦合煤化工项目——内蒙古鄂尔多斯市风光融合绿氢示范项目,项目总投资约57亿元,投产后年可制绿氢3万吨、绿氧24万吨,可减少二氧化碳排放143万吨/年。
这也意味着,新的全球第一大绿氢制取项目即将诞生,中石化在刷新自己的记录。然而,外界的疑问是,新项目的安全性、经济性会不会再出问题?
目前,绿氢产业正处于萌芽发展期,大型项目示范有很强的拉动作用。国内的绿氢示范项目多以央企、国企牵头居多,它们更多出于社会责任,而非将经济效益放在首位。在央国企带头下,民企积极跟进,绿氢产业呈现出加快速度进行发展势头。
然而,频发的事故给好大喜功、贪多求快的发展方式敲响了警钟。这也提醒行业有突出贡献的公司,绿氢发展并非一帆风顺,若把氢定义为未来能源,就绝对不能急功近利。在氢能探路期,领军企业还是要踏实深耕技术、扎实管好安全,耐心等待产业爆发的拐点来临。