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張振新:數字化驅動的全生命周期碳中和解決方案

2023-12-26 14:35:44 中國能源網
編者按:“雙碳”背景下,隨著科技水平不斷進步和能源行業快速發展,分布式能源已成為引領能源領域發展的重要趨勢之一。第十九屆中國分布式能源國際論壇”于2023年12月12日在重慶召開,本次大會由中國能源研究會與中國能源網聯合主辦。會上,

雙良節能股份有限公司低碳設計院副院長張振新做了主題為《數字化驅動的全生命周期碳中和解決方案》的報告。

以下內容根據論壇演講實錄進行整理。

張振新:感謝主持人,感謝大會的邀請。今天應該說非常容幸能夠代表雙良在這里給各位做一個介紹。

因為這次會議主要是分布式能源,我這里也對我們分布式能源方面做一下介紹。今天上午很多專家也提到,應該說在20年前分布式能源引入中國,最早的一個思路是利用天然氣,冷熱電聯共來提供分布式能源系統。而上午很多的專家和領導都提到,從近期來說分布式能源系統還是會有更多的應用。但是從中遠期來說,這種風光水氣氫分布式能源系統可能是一種應用更廣泛,或者說在碳中和目標下的一個常態。

我這里做一個演示,上面的部分實際上就是目前我們以天然氣作為能源,作為原料,通過分布式能源發電,利用它的煙氣進行制冷和供熱,這是我們目前通用的分布式能源系統。而采用風光水氣氫,我理解就是可再生能源這個層面利用光伏和風電,利用水電,還有一些其他的可再生資源產生的綠電,當然冷熱是沒有任何問題的,我們用電解水制氫,給氫做氯胺,包括上午大家還提到了制甲醇這些作為化工原料,當然也可以進行儲能,也可以直接轉化為制機械能而實現我們的分布式能源系統。

當然,如果說我們天然氣能源系統,我這兒畫了一個煙氣測試US,我們二氧化碳普及以后,加上我們遠期的風光水氣氫儲分布式能源系統,最終可以實現碳中和的目標。今天,我講的內容主要圍繞著這些方面進行介紹。

應該說,我們雙良在能源領域碳中和,我們減碳的目標和大的方向是一樣的,第一個是在能源的供給側,我們采用一些低碳零碳的能源來取代傳統的化石能源;第二個是能源需求側,今天上午我們的吳局長講到的,我們一方面要使用清潔能源或者說零碳能源,另外也要節能,實際上就是提高能源的利用效率來降低碳。還有就是剛才我提到的,今天好多的專家也提到碳普及來減少我們二氧化碳的排放技術。

我們的碳中和綜合解決方案,我們把它列了一張圖表,這里比較小,但是沒關系,我們后面還要展開。我們從大的層面來說,我們從能源的供給側和需求側進行一個分類。

供給側包括光伏、制氫、天然氣、分布式能源、儲能;能源需求側節能、余熱余壓的應用、清潔能源供熱、管理的能源降低;支撐體系主要是通過氟碳技術,包括上午領導提到的碳匯技術來減碳。

我們雙良主持人剛才也說了,我們公司應該是從節能裝備起步的,說通俗一點就是制冷機,我們現在天然氣分布式能源里面用的煙氣熱水型的制冷機,就是我們從80年代開始生產的產品。我們這里叫吸收式制冷和熱泵裝備。90年代做了壓縮式的制冷熱泵,換熱器主要為一些世界500強提供高端裝備。

公司在2000年左右進入了節水領域,我們叫供冷。鍋爐應該說是最早97年,做燃氣鍋爐。到了16年、17年的時候開始做電機鍋爐,一會兒我會做介紹。另外一個比較大的調整就是從2000年以后,我們進入了光伏領域,我們在內蒙投資了將近200億做單金硅和組建公司,以及我們去年投產的制氫裝備,應該說我們雙良的碳中和解決方案主要是依托我們這一些自有,另外在行業里還是比較領先的低碳或者是零碳技術,加上我們的數字化管理技術,來給大家提供裝備服務。

首先,我介紹一下我們在能源供給側,也就是分布式能源系統的低碳技術。第一,自然是光伏。光伏我們剛才提到,我們進入這個賽道還比較早,我們在二零一幾的時候我們就介入了,當時我們是給多晶硅行業提供還原爐,提供還原裝備。在2020年,我們開始利用多晶硅為原料,拉金做單金貴泵和片。包括去年我們投資了組建工廠,直接提供光伏組建給用戶提供服務。另外,我們自己在無錫有一個能源公司,來提供分布式能源的數字化服務。具體的產品,還原爐應該是我們在行業里做的比較大,實際上這個產品也是替代進口的一個產品,解決我們多晶硅還原行業的一個核心技術,之前應該說都是一些進口裝備,我們進入這個行業以后代替了進口,市占率達到了70%以上,我們的核心客戶都是一些國內做多晶硅比較大的一些企業。

另外,我們自己直接投資了140個億,規模以應該是100GW的單金硅材料,硅片和硅棒。我們主要的用戶,這個就服務的更廣泛了,主要做一些光伏、電池、包括組建的一些工程。當然,我們自己也消化了我們的單金硅材料的20%,建立了20GW的組建工廠,直接生產我們的單金硅組建產品,直接服務于我們的電力行業和能源行業,來提供我們一些高效的光伏組建,包括常規的一些P型和N型的182和210的一些光伏組建產品。

除了提供我們的硬件以外,我們還有提供整體解決方案。我們從勘探、規劃、設計、工程實施、運維全流程的一個分布式光伏的服務,提供數字化的管理平臺。依靠我們數字化的光伏技術,來配套我們的一些物能設備,制冷或者是供熱提供一些高效的運維。具體的應用方面,一般就是工業企業屋頂的光伏,這個就大一點,這是一個制鋼企業,它是5.96GW的屋頂光伏系統,里面的發電量達到了566萬度電。

第二個部分,電解制氫。剛才段教授介紹的是光能制氫,我們這個還是比較傳統的電解制氫。電解制氫主要路線有四種,我們現在目前行業里用的最多的或者是成本比較低,單臺的容量可以做的比較大的是第一種,就是堿性水制氫—ELK工藝。我們雙良就是利用了這種工藝來進行制氫的,包括從電源側,電解槽以及氣液分離和純化,整個成套的系統我們都可以為用戶來提供服務。

我們生產的核心裝備是電解槽,應該說通過我們的技術研發,我們國家技術中心進行的研發,我們現在開發出來的新一代堿性電解水電解槽,我們有幾個指標屬于行業第一的。第一個,它的直流能耗,因為電解水平直流電,它的能耗指標在2500電力的情況下,它可以小于4度電,小于4個千瓦時,有3.992千瓦時。符合范圍最低可以從20—100條,它特別的適合于我們的風電和光伏,光伏的發電量減少了,這樣的情況下它的波動非常大,而我們的電解槽可以實現20—100%的符合條件范圍。響應速率每秒鐘10%,熱啟動時間小于10秒。單個小電解槽,我們現在目前2000立方米的屬于標準產品,下一步的3000,更多的我們都會進行開發。

核心裝備,包括剛才講的電解槽和后處理,包括電源系統,以及我們的數字化服務。當然,包括核心設備以外還有一些光伏系統,比如說它的解液冷卻,它需要冷卻水,我們雙良的空冷節水系統,正好用在這里。另外,它的解液屬于高溫水,也不算很高,90度的解液,對我們來說就是屬于余熱,我們用余熱來制冷,制出的冷水可以用來純化,氣液分離這樣的技術,也可以實現節能。

當然,從光源來說我們有高效的組建,利用我們的云管理平臺可以提供云聯一體化的智能化服務,提高整個制氫系統的一個能效和可靠性。

這是我們用的一些典型案例,目前主要是在內蒙等一些做多晶硅和光伏的企業。當然,制氫作為原料,上午很多專家和領導都介紹過,作為原料可以做合成氨,利用空風技術產生的氮氣,和我們的氯氫做成合成氨,合成氨下游做尿素或者是做一些氯胺,這樣的產品應該說就非常的廣泛。

另外,上午也有專家提到,可以用二氧化碳和電解制氫做甲醇,我們叫綠色甲醇,這種應該作為一個基礎原料,應用的范圍也是非常廣泛的。

第三個,我們叫燃氣替煤,也是我們以前廣泛使用的。應該說最常見的就是利用鍋爐,這種方式應該說目前以后會越來越少,北京現在已經限制直接用燃氣來供熱的,更多的以后可能會用供熱能源系統。現在像我們在一些企業,我們在貴州它直接采用天然氣的氣熱電聯供,它沒帶冷,但是它需要蒸汽,需要熱水,我們可以用鍋爐帶動氣冷機發電,產生變壓器來供氣,這也是一種共生能源系統。

應用最多的還是天然氣冷熱電分布式聯供系統,上午應該說也有華電的領導介紹過一些具體的案例,我這里也提幾個。第一個就是我們進博會的會址,我們國家會展中心它用了一套分布式能源系統,整個能源利用率達到了85%以上,實現了節能1.6萬噸,減排4萬噸二氧化碳。因為這個項目獲得了分布式能源特等獎,應該說我們也非常的容幸,我們雙良從14年開始,因為在行業里面做的也比較多,另外也有一些標志性或者是大的項目,也是連續九年獲得了分布式能源特等獎的項目。

這里是我的一個展開,我們天然氣分布式能源系統它畢竟是一種低碳能源,天然氣的成分是甲烷,燃燒還是有少量的二氧化碳產生。我們雙良因為現在有二氧化碳普及技術,用減液法來吸收二氧化碳,我們把燃氣發電,通過我們的技術,把煙氣里的二氧化碳進行吸收進行再利用,這樣也能夠實現我們天然氣分布式能源的零碳供能的目標。我們雙良目前的技術是碳普及技術,主要用的是ICC的新一代溶劑法,直接來吸收我們煙氣中的二氧化碳。把它吸收以后怎么用?上午很多專家也做了介紹,上面也有提到。目前,我們雙良的應用是把它作為冷酶,現在有一種叫二氧化碳冷酶的熱泵,可能大家也聽說過,空氣燃熱棒現在用的非常多。我們直接把二氧化碳作為我們的空氣燃熱棒的冷酶,它的優點就是熱水溫度可以更高,能效也比較高,而且直接把我們普及的二氧化碳作為一個原料進行回收,這樣可以大量的減少我們二氧化碳的排放。

電能替代,我把它放在了供給側這一塊,上午很多專家也提到,氣風氣光電這些,我們采用電鍋爐、電蒸汽鍋爐轉化成蒸汽和熱水進行一個儲存,進行一個蓄能,實際上也是一個儲能的方式。只不過它和化學儲能或者是別的電池儲能不一樣,它是直接把它儲能成蒸汽或者是熱水,這個應該說我們在北方也有比較大的應用。像張掖臨澤縣的項目,實際上它就是氣風電的能源利用的典型案例,上了40GW的高壓電器鍋爐和3臺1萬立的水箱,就是利用氣風電,把電能直接轉化成熱水,滿足整個縣城的供暖。

百威啤酒是利用綠色電能或者是氣光電,直接轉化為蒸汽,通過大型的球罐進行儲存。需要用的時候把蒸汽進行一個解吸,把它放出來使用,所以我也把它放在了能源供給側的應用。還有一些鍋體蓄熱鍋爐,我們在一些民用項目上,它主要利用了峰谷電價,晚上電價低的時候我進行蓄熱,白天我進行一個放熱,來實現應用。這是電能替代的一些應用場景。

剛才前面介紹的應該是我們能源側的一些技術,下面簡單的介紹一下我們在能源需求側它的一些應用。能源需求側利用最大的一塊就是余熱應用,也就是我們雙良從85年到現在一直做的事情。其實我們的分布式能源用在天然氣分布式能源系統上也是屬于余熱,因為我們是內燃機的鋼套水和煙氣的余熱。但是我們現在可以把它廣泛的用在領域,我這里有幾個指標,第一個叫廢熱水,生產工藝中只要有65度以上的廢瑞水,我們就可以把它用來制冷,制低溫冷水。低溫冷水,右邊我寫的是0—25度,最低可以到0度,最高20多度肯定是沒有問題的。能夠節省我們原來制冷所需要的高品位能源。當然,我也可以制熱,你這個低溫的熱,原則上我們是按照11度最是低的,10度以上的熱我通過吸收式熱泵和壓縮式熱泵技術,把它可以轉化為55度到110度、120度的高溫熱,實現低溫余熱的利用。當然,如果你的余熱本身的溫度還可以,60度以上,那我可以直接轉化成低壓蒸汽,用我們的熱泵技術進行轉化,實現了高品位能源的節省。

用的非常廣泛的是在北方,因為在北方供熱屬于民生工程,我們現在北方應該說大量的應用在電場循環水的余熱回收。電場實際上也是屬于熱電聯產,但是它產生的電能的同時,會有一部分的冷段損失,通過冷卻塔,通過煙囪進行排放。我們也通過熱泵的技術,把循環水煙氣的熱量進行回收,實際上也實現了廢熱的利用,實現了低碳。

還有一些工業循環水,包括后面會介紹低熱能,應該說也可以廣泛的利用,因為它也是一種零碳能源,直接從地下取熱,把熱量取出來之后用于我們的采暖或者是工藝使用。

還有一個就是污水源,對于我們城市來說都有污水廠,這個污水的規模和城市,企業的規模是成正比的,我們把污水處理完以后的中水,我們把這個熱量進行綜合利用。把熱量提取出來之后,可以提供采暖或者是工藝用熱。

目前,我們也統計了一下,我們在全球大概有三萬多臺利用低溫余熱制冷的裝備,余熱制冷和制熱的裝備,廣泛的是用在石化、鋼鐵、化工、紡織、生化、供熱、民用領域。

最后,簡單過一下,建筑領域我們的解決方案。應該說,大家一想到建筑節能就是高效機房,這一塊兒應該說國家有對高效機房的一些指導方案和指導政策。從我們企業來說,我們從高效的制冷機、高效的輸配、儲能、智慧運維這些方面來實現整個制冷機房能效的提高。當然,還有我們一些高效的制冷裝備,現在用的磁懸浮、變頻離芯、變頻螺桿,各種提高能效的一些制冷裝備,還有一些輔助系統,比如說我們的集成化的水系統,還有一體化的機房以及它的一些降低系統阻力的技術,包括采用一些變頻泵,這些大家都是比較熟悉了。當然,還加上一些管理,制冷機房的優化算法,包括一些內效運行,精細化管理,能夠提高整個機房系統的能效。

這里有幾個典型案例,一個是我們江陰當地的國際大酒店,一個四星級賓館。它通過改造以后,整體能耗降了32%。整個機房的能效指標達到了5.51%,這個是有合肥通用所的一個檢測報告,所以也被授予了制冷高效機房的稱號。

還有義烏機關事務管理局,應該一共是七棟樓,我們通過優化以后提高了它22%的運行能效。

最后,再提一下數字化管理。數字化管理應該說主要基于雙良的混沌能源公司,它為我們零碳工廠和零碳園區開發的綜合能源加數字化平臺加算法的一套系統,從蒸汽系統,光伏充換、冷卻水系統以及環保監測,冷熱源系統,加上其他廠務系統,還有配電系統,把這個工廠的能源管理,包括提高它的能耗,通過我們數字化的平臺進行一個高效的運維。

當然,對于建筑來說,我們也有一套數字化的平臺和算法,包括前面聊到的分布式能源,包括我們的一些高效制冷,光伏建筑一體化,智能照明,還有一些能源微網,這些都聊到了。通過這些進行一個綜合的考慮,綜合能效,提高整個能源利用率,實現了綠色建筑或者說零碳建筑。

具體的應用案例簡單看一下,像綠色工廠,我們著名的茅臺酒廠,用了我們雙良的能源管理系統。但是它用的設備也是我們雙良的70振動的鍋爐,也加上制冷,應該是20多臺還是30多臺的制冷機。

還有剛剛提到的迪士尼樂園,建筑這一塊兒知名的像浦東機場,義烏政府,還有紅豆集團。

供熱主要是在北方,山西、甘肅、內蒙的一些項目。還有一些供熱制冷的項目,我們的混沌能源公司,我們在軟件行業也屬于還是比較有實力的企業,據我了解,搞軟件開發的員工就有180多人,作為搞軟件的企業來說還屬于比較大的一個企業。他們也獲得了意大利A獎,德國紅點獎,美國愛迪爾獎,這些國際的獎項。還有一些國內的一些獎項,應該說也屬于互聯網行業比較領軍的企業了。

因為時間的原因,我這邊介紹的內容就這么多,謝謝大家。




責任編輯: 張磊