“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（包括水力發電、風力發電、太陽能、生物能、地熱能以及海潮能等）驅動的緊湊型電解系統，以分布式的方式儲存綠色電能能源，將之用于各種應用。但僅僅建立一個緊湊型電解槽系統是不夠的：如果想要實現分布式制氫，傳統的電化學制氫的方法則需要在有限的空間內，與可再生電能（綠電）進行適當的集成和連接。能源轉換是任何一個工廠規劃皆不可規避的問題。

無論是每個屋頂上的光伏電池、風力發電場的風電機組還是小型水電站，能源的轉換也將是分步式實施的。但是如何處理所有這些綠色電能呢？如果電力客戶當時用不到由太陽、風和水轉化的能源，這些能源又該怎么處理？分布式電解系統制氫可為上述能源處理問題提供一個新思路。一些公司，例如能源系統制造商Igas 能源公司，正在研發綠色電解槽等緊湊型生產理念和方法。依靠質子交換膜電解（PEM）技術，該技術具有運行電流密度高、能耗低、產氫壓力高、效率高以及響應速度快等優勢。由于在PEM電解中，電極直接連接到質子交換膜上，因此整個過程只需要蒸餾水——由可再生能源發電，具有波動性。PEM電解水制氫技術具備快速啟停優勢，能匹配可再生能源發電的波動性特點。因此，PEM技術是“綠能”制“綠氫”的關鍵技術。

Igas能源公司依靠質子交換膜電解水制氫（PEM）技術，PEM電解水制氫技術具備運行電流密度高、能耗低、轉化效率高以及響應速度快等優勢，并可通過加壓提高產氫，備受工業界和科學界的廣泛重視

特別是在小型集成箱系統中，系統可用空間狹小，對管道的精準規劃十分必要。

PEM可謂前沿科技，對于任何公司將 “綠色氫氣”電解系統推行開來，并迅速占領市場變得都重要。對于設計和規劃，Igas公 司正在尋找一個整體的解決方案，以構建工藝工程、三維規劃和機械設計。Igas能源創始人兼總經理Dipl.-Ing. Karl-Heinz Lentz強調說：“我們可以在一個集成的系統中工作，以避免由可再生能源帶來的波動性，從而降低錯誤率，這對我們來說很重要。”而Smap3D Plant Design （三維工廠設計軟件）可以很好地滿足這一需求，它是一個集成的軟件解決方案，基于在建筑、工廠工程和管道制造領域30多年的經驗，用于2D/3D工廠和管道設計，且與領先的CAD系統完全集成。

專門從事中型機器和設備制造商的同名開發公司能夠在這個項目中充分利用其全部資源。“幸運的是，我們找到了一個在工廠工程方面有實際經驗的解決方案合作伙伴。這意味著，早在咨詢階段，已經可以對挑戰進行高水平的討論，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。”Lentz說。

高效率

綠色電解槽每小時生產5 000～6 000 Nm3的氫氣（相當于25 kW～30 MW的電能），專為無人操作而設計，除了電力之外只需要純水。該系統的核心是緊湊的電解堆，在電流密度為2 A/cm2時，其效率超過80%（4.47 kW·h/Nm3氫氣）。該系統是模塊化的且結構緊湊——尤其是如果進行戶外使用時，需精確地規劃通往系統的管道。以下就是用于端到端3D管道規劃和系統設計的軟件發揮作用的地方：Smap3D Plant Design （三維工廠設計軟件）完全集成到現有的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和用于管道生產的Smap3D Isometric。該程序完成從2D流程圖到3D管道規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據 傳輸。

做出該決定的另一個原因是，Igas公司需要為工藝工程要求較高的工廠進行非常詳細的設計，而市場上的其他解決方案無法復制這些詳細設計。這可以通過閥門的例子來說明：在傳統的CAD軟件中，閥門通常是用符號表示的。然而，系統規劃師不能通過CAD知曉閥門安裝到管線后周圍的實際空間，不能通過CAD軟件模擬實際操作中手動操作閥門或更換閥門。

整體支持

“采用Smap3D Plant Design （三維工廠設計軟件），通過CAD中的詳細規劃，我們可以確保工廠的可操作性和可維護性。對于我們和我們的客戶來說，在工廠正常運行階段，不會因為更換閥門帶來成本的巨大損失。”工程師解釋說。

"通過CAD中的詳細規劃，我們可以確保工廠的可操作性和可維護性。對于我們和我們的客戶來說，在工廠正常運行階段，不會因為更換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，軟件供應商的客戶支持也是成功的關鍵。Smap3D Plant Design的董事總經理Maxim Lich解釋說：“我們的重點特別放在解決方案的引進和實施上，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，最終也有利于環境。除此之外，所提供的標準零件庫和已經大量用于環境系統 3D 規劃的預定義工業管道類別，分別擴展為包括更多標準零件和更廣泛的管道類別。此外，開發公司還為設計人員舉辦了多次培訓課程，以便他們熟悉軟件的使用。

“完全集成的解決方案和引進階段的支持是我們的領先優勢。”Lentz說，“得益于快速高效的3D系統和管道規劃設計，我們在能源和環境領域的業務得以全面發展。在持續運營期間，我們為用戶提供技術支持熱線，該熱線始終提供可靠的技術和服務支持。如果我們接到任何問題，我們的技術熱線專員將盡快為客戶提出解決方案。”

綠色電解槽每小時從30 MW的電能中輸送高達6 000 Nm3的氫氣

緊湊的電解堆只需要電源和水連接即可運行