Power-to-X 

行业耦合的技术方案 — 通向零碳世界的途径
了解如何利用 Power-to-X 实现全球碳减排

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简介

Power-to-X:经济去碳化的解决方案

西门子支持全球碳减排、从化石能源向可再生能源的应用转变以及大幅减少相关温室气体的排放。

气候变化及全球碳减排的迫切需要

气候危机显而易见:持续预测表明温室气体排放所造成损害的是可怕的和无法估量的:全球气温上升、冰川融化、海洋变暖、海岸线消失以及自然灾害频发. 遏制温室效应现在正在成为制定全球能源政策的决定性因素。

为了将全球变暖控制在远低于工业化前水平 2°C 以下,2015 年联合国气候变化大会通过的“巴黎协定”要求大幅控制年温室气体净排放量并向无碳经济转换。工业化国家在提高转型速度方面面临越来越大的政治压力。

 

为了达到这个目标,行业耦合 — 需要将电力、供暖或交通运输等先前分离的行业进行能源链接。行业耦合是将风、光、生物质、废物等可再生能源与消费端(如工业、家庭或其他行业应用)连接的纽带。

 

行业耦合能够将初级化石能源消耗量减少 50%。与此同时,电力需求将增加 25%。

作为行业耦合中的一项关键技术, Power-to-X为化学形式的可再生资源在长期存储和使用过程中的转化和能源节约 (以 e-Hydrogen 为核心技术) 提供了机遇。
Volkmar Pflug 博士,能源经济和竞争情报部主管
杂志文章

Power-to-X:通向零碳世界的途径

我们的专家 Volkmar Pflug 博士与《能源工业时报》的 Junior Isles 谈论了 “ Power-to-X 如何促进其他行业利用电力行业的可再生能源实现碳减排。”

什么是 Power-to-X ?

Power-to-X 述明了通过电解和进一步的合成过程将电能转换成液态或气态化学能源的方法。利用电流,可将水分成氧气和氢气 — 这是一个百分之百无 二氧化碳 排放的过程。作为交通运输的关键技术,氢可以很容易地存储,并可以许多方法进一步使用或处理。

目前应用 Power-to-X 实现碳减排

  1. 交通运输:Power-to-X 生产的电转合成燃料:甲烷、甲醇、柴油、汽油或航空燃料 — 可以直接应用在各类交通领域。这些电转合成燃料可以逐渐与化石燃料混合,直至完全取代化石燃料成为主要能源。
    现有的基础设施,如天然气管道、加油站或存储设施,以及现有的低成本消费应用,都可以使用合成燃料。
  2. 供热/供冷: Power-to-X 还包括利用可再生能源的电能(例如通过热泵)进行供热/供冷。 
  3. 发电:现代燃气轮机可以混合使用氢气和天然气,氢气的混合比例为 5% 至 100%。氢气可以存储,可以在供气网络中输送,并且可以在燃气轮机、联合循环或燃料电池发电厂中再电气化。

Power-to-X 技术促进能源应用从化石能源到完全可持续能源的平稳过渡。在混合燃料中 e-Fuel 份额不断增加的过程中,燃料基础设施和最终用户应用并不需要立即作出改变。

 

e-Fuel 和 e-Chemical 合成时需要 二氧化碳 。该过程所需的 二氧化碳 既可以从碳基工业过程中不可避免的排放物中获取,也可以直接从空气中获取 — 这是一种积极的脱碳方法!

 

 

 

氢经济的机遇

利用电力行业的可再生电能使所有行业的能源减少碳排放,可以带来巨大的环境和商业利益。凭借 Power-to-X 技术,发电以外的行业能够从可再生能源中受益,并且从生产到应用的整个产业链变得越来越环保。 

在我们必须减缓甚至扭转气候变化影响的时候,行业耦合成为让能源供应更加环保的关键。通过利用现有的基础设施以及风能和太阳能的余量资源,Power-to-X 为整个能源价值链的二氧化碳中和和效率提供了机遇。
Lisa Davis,西门子股份公司油气与电力集团 CEO
免费网络研讨会

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Power-to-X 展示出巨大的环境和商业潜力。敬请收听我们 11 月 14 日的网络研讨会,了解更多关于如何利用可再生能源和氢经济实现碳减排应用的信息。

西门子产品

设备产品或总包解决方案

西门子是您的合作伙伴,您将受益于西门子一个多世纪以来在油气、发电和输电技术方面积累的丰富经验。采用模块化方法,我们提供各种 Power-to-X 工厂方案包和组态配置来适应各种需求。对于总包解决方案,西门子可以从技术和商业角度优化所有资产。
power2x

Renewable
power
package

H2 package

Re-
electrification
package

e-Fuel
sythesis
package

Turnkey package

Power2x
Power2x
Power2x

氢能方案包:提供电解槽、氢气压缩和中间存储系统。

目前,95% 氢源自化石能源,这反过来又会产生二氧化碳 排放。相比之下,通过电解并利用可再生能源和水生产氢气是一种不产生二氧化碳的替代方法。

 

西门子制氢厂是集成关键技术生产电解制氢的工厂。这是西门子 Power-to-X 工厂解决方案的基本模块。

西门子制氢厂是集成关键技术生产电解制氢的工厂。这一创新解决方案将服务、连接、转变和减少多个行业的碳排放。这是西门子 Power-to-X 工厂解决方案的基本模块。

范围

西门子为该方案包提供完整的 EPC,包括:

  • 电气设备(变压器、开关设备、整流器等)
  • 根据需要对水进行处理和去离子化
  • PEM 电解槽及其与电源的连接组件
  • 制氢气纯化装置,例如根据下游应用的需要进行干燥和脱氧处理(脱氧干燥器)
  • 储气装置
  • 用往复式压缩机或涡轮压缩机(取决于最终的压力水平和质量流量)对制氢气加压

鉴于氢气的低分子量和化学特性,安全有效地运送氢气需要采用特定的解决方案、产品和技术。根据 API 617,含氢气体容器需要限制屈服强度和硬度。当然,西门子产品的设计已经考虑了这一点。

再电气化方案包:H₂ 燃气轮机解决方案

随着太阳能和风能等波动性可再生能源产生的电力越多,对传统电力设施的依赖程度就越低,变革能源体系的需求就越迫切。毕竟,当太阳光线和风力不足时,也必须供电。

主要气源是西门子氢能方案包(包括储存)中产生的可再生能源电解制得的氢气。

 

电转氢的再电气化最好是在单循环或联合循环模式下的改装燃气轮机往复式发动机中燃烧或在燃料电池中进行,以产生电能。

 

这种设计还可以在综合能源系统中和电池能源存储单元(BES)结合,以进一步提高灵活性。

范围

西门子为该方案包提供完整的 EPC,包括:

  • 燃料系统(包括混合其他化石燃料或蒸汽,如有需要)
  • 燃气轮机和联合循环发电厂
  • 往复式发动机厂
  • 燃料电池厂(由合作伙伴提供)
  • 电池储能系统(适用于混合能源系统)
  • 并网

与燃煤电厂相比,天然气燃气轮机发电机组的运行效率更高,二氧化碳排放量更低。 通过使用电制氢和天然气作为混合燃料,或者甚至无需使用天然气(只燃烧氢),便可进一步减少二氧化碳排放量,直到最终碳排放为零。

西门子燃气轮机 — 可燃氢量

目前,大多数西门子燃气轮机可以燃烧高体积百分比的氢气。有些型号甚至可以燃烧 100% H₂。 

电转燃料合成方案包:将可再生氢转化为合成燃料,促进交通运输和其他行业碳减排

通过将捕获的 二氧化碳 合成为碳基电转燃料,可再生氢可以进一步促进碳减排。

这样,即使是对于具有较高能量密度燃料需求的行业(如航空和航运业),也能在很大程度上脱碳。典型用例:合成交通运输行业的甲醇,柴油,汽油及航空燃油。其他应用包括合成甲烷或氨,作为肥料或未来能源运输必需的基础化学品。

主要来源是西门子氢能方案包生产的电转氢。

然后,通过甲醇合成或费托工艺进一步处理氢气。二氧化碳可能源自不可避免的碳排放,例如水泥、玻璃或钢铁生产。或者,二氧化碳 可能提取自大气中(直接空气捕获 - DAC)。

范围

西门子与其合作伙伴为该方案包提供完整的 EPC,包括:

  • 西门子专有的 PostCap™ 碳捕获、与合同伙伴共同提供的富氧燃料和直接空气捕获装置
  • 与合作伙伴共同提供的合成工艺 - 直接使用 二氧化碳和 H,无需进行逆向水煤气转换
  • 对于合成氨,该系统包括氮供应,例如通过低温空气分离装置供应氮(由合作伙伴提供)

总包解决方案:整个能源链脱碳

风力发电机、制氢电解器、氢气压缩和存储解决方案、燃烧后碳捕获方案及电解制氢再电气化用燃气轮机是西门子产品组合的一部分。

 

对于大型的 Power-to-X 工厂,西门子提供从单一产品到总包 EPC 解决方案的完备方案,包括整个氢价值链的全面技术优化。 

范围

可再生能源方案包

  • 提供可再生能源发电,包括电网连接或作为 Power-to-X 工厂的自备电源。
  • 我们与合作伙伴 Siemens-Gamesa 共同提供陆上和海上风力涡轮机以及完整的风力发电场和可再生能源解决方案。

 

氢能方案包

  • 电气设备(变压器、开关设备、整流器等)
  • 根据需要对水进行处理和去离子化
  • PEM 电解槽及其与电源的连接组件
  • 制氢气纯化装置,例如根据下游应用的需要进行干燥和脱氧处理(脱氧干燥器)
  • 储气装置
  • 用往复式压缩机或涡轮压缩机(取决于最终的压力水平和质量流量)对制氢气加压

 

再电气化方案包

  • 燃料系统(包括混合其他化石燃料或蒸汽,如有需要)
  • 燃气轮机和联合循环发电厂
  • 往复式发动机厂
  • 燃料电池厂(由合作伙伴提供)
  • 电池储能系统(适用于混合能源系统)
  • 并网

 

电转燃料方案包:

  • 西门子专有的 PostCap™ 碳捕获、与合同伙伴共同提供的富氧燃料和直接空气捕获装置
  • 与合作伙伴共同提供的合成工艺 - 直接使用 二氧化碳和 H₂,无需进行逆向水煤气转换
  • 对于合成氨,该系统包括氮供应,例如通过低温空气分离装置供应氮(由合作伙伴提供)
去除电厂废气中的 二氧化碳

PostCap™:去除电厂废气中的 二氧化碳

西门子开发了一种利用氨基酸盐水溶液从燃烧后的电厂烟气中去除 二氧化碳 的工艺方法。 

 

可捕获烟气中约 90% 的二氧化碳 。

 

西门子 PostCap™ 技术现已证明适用于试点工厂,现已准备好扩展试用于大型示范工厂。

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