近年来,在“双碳”背景下,国内一批新能源项目先后开工。中国石化工程建设企业积极布局新兴业务,在新能源领域不断探索新技术、新模式,助力产业绿色转型和高质量发展。本版展示相关企业的生动实践,敬请关注。
近年来,广州(洛阳)工程公司将氢能业务作为新能源领域布点占位的优先方向,成立氢能产业领导小组及专项工作组,参加国家和集团公司重大氢能专项课题研究6项、“十条龙”攻关及重大科研开发项目19项,针对关键技术开展“揭榜挂帅”,在氢气制备、纯化、储存、加用及新型装备材料等领域申报专利20余件,并在新建工程项目中实现了工业应用,形成了贯通氢能全产业链的成套技术,为建设国内第一氢能公司、推进绿色能源转型提供了有力支撑。
早在2021年,广州(洛阳)工程公司就联合大连院、青岛安工院等研究院所,合作开展兆瓦级PEM制氢集成技术、复杂供电对PEM制氢系统影响评价等课题研究,完成了风光电耦合兆瓦级PEM电解水制氢示范工程设计,累计申报专利4项。2022年12月,首套兆瓦级可再生电力电解水PEM制氢在建成投产,可满足60辆氢能公交车加注需求,成为当地“绿氢交通”领域的科研创新和工程示范平台。
同时,该公司携手新星石油、塔河炼化等企业,聚焦万吨级绿氢工程技术及绿氢炼化课题攻关,取得了万吨级碱性电解水制氢工艺与工程成套技术、绿氢储输工艺技术、晶闸管整流及核心设备材料国产化等创新成果10余项,破解了可再生波动电源制氢与炼化企业连续稳定供氢的难题。2023年8月30日,新疆库车绿氢示范项目全面建成投产,首次贯通了光伏发电、绿电输送、绿电制氢、氢气储存、氢气输运和绿氢炼化全产业链,标志着我国绿氢规模化工业应用深度脱碳实现零的突破,为促进我国风光发电制氢行业规模化、商业化发展发挥了工业示范效应。
将炼化工业的副产氢转换为燃料电池汽车用氢,是氢能的重要应用场景之一。自2020年以来,广州(洛阳)工程公司以“十条龙”攻关项目为契机,针对不同炼化企业的副产氢,开发了适应多氢源的组合工艺流程,完成了3000标准立方米/小时氢气纯化装置和配套氢气母站技术工艺包的开发与编制,首次设计出变压吸附、变温吸附橇装设施。2021年9月,该公司作为专利商与承包商建设的天津石化燃料电池供氢中心项目建成投用,形成了具有中国石化自主知识产权的燃料电池车用氢气纯化和供应成套技术;2022年12月,该公司承建的华南地区最大氢燃料电池供氢中心在茂名石化投用,每年可向社会供应纯度达99.999%的氢气2100吨。如今,该技术已在上海、重庆、青岛等地实现工业化推广应用,每年累计供氢近万吨。
加氢站是氢能产业发展的重要基础设施。近年来,广州(洛阳)工程公司在承担完成加氢母站、加氢站、油氢合建站成套技术研发的同时,通过新能源项目群模式,建成了一批加氢站、油氢合建站、综合加能站,在打造郑汴洛氢走廊中贡献了石化力量。
在油氢合建站及供应链构建与应用研究中,该公司成功开发出35兆帕、70兆帕等级的加氢站及油氢合建站工艺技术,参与完成了多项国家和行业标准的编制,形成了具有自主知识产权的加氢站、油氢合建站成套技术,探索出适用于新建油氢合建站及对现有加油站增加加氢设施的两种建设模式。由该公司承担的河南石油洛阳红山加油站改扩建项目,仅用3个月就完成了加氢、光伏发电、充电等功能的建设,日供氢能力达500千克,是河南省首座集加油、加氢、充换电、光伏、加气于一体的综合能源服务站。
与此同时,该公司还与系统内外产学研单位展开合作,完成了“超高强度、高压储氢用材料及装备研究”等一批国家和集团公司重点课题攻关,大容积焊接高压气态储氢容器的设计、材料、制造等关键技术取得阶段性成果,万吨级有机液体储氢项目工艺包开发成功,百吨级固体材料储氢中试装置进入建设阶段……氢能全产业链技术布局落子初见成效。
近年来,宁波工程公司积极响应中国石化绿色洁净发展战略,深耕新能源赛道,因地制宜研究光伏发电技术,从光伏领域“门外汉”到能提出适用于石化企业不同应用场景的最佳设计方案,形成了“设计一项、投产一项、收益一项”的良好发展态势。
2021年,在集团公司构建“一基两翼三新”产业格局的指引下,宁波工程公司电控室由7人组成的新能源设计小组应运而生,瞄准新能源领域,开启了光伏发电设计之路。
“光伏项目接入电力系统的方式与热电装置大相径庭,对于光伏发电设计,我们都是从零开始。当时技术经验缺乏,连续3个项目都投标失败,大家真的是‘压力山大’。”谈起刚接触光伏项目时的经历,新能源设计小组负责人郭建军感慨颇深。
抱着破釜沉舟的决心,设计小组争分夺秒钻研电力典型设计样图和技术参数,加快学习最新规范和标准,努力提升专业设计能力。在黄河水源净水厂项目投标中,他们大胆创新,利用气象软件及光伏仿真软件,推算出所在地的太阳能辐射等气象要素,模拟计算出光伏发电系统的发电量,并基于相关测算数据完成了前期工作。扎实的准备打动了业主,宁波工程公司终于成功中标,实现了光伏发电自主项目零的突破。
2022年1月,黄河水源净水厂光伏发电项目并网发电成功。3座光伏发电站至今均正常运行,每年可提供清洁电力170万千瓦时、减排二氧化碳1710吨。
乘胜追击,宁波工程公司又相继拿下了催化剂长岭分公司5.5兆瓦光伏发电、区域9.85兆瓦分布式光伏发电等项目。
催化剂长岭分公司光伏发电项目的难点在于化工厂区存在高大厂房阴影遮挡,而且强酸强碱区、防爆区等对光伏组件布置影响较大。设计小组通过收集详细的前期资料,进行现场实地勘查,测算技术方案,形成了一套适用于化工装置光伏发电系统的标准化设计。该项目于2022年8月并网发电成功,每年可发电517万千瓦时、减排二氧化碳5200吨。
“目前,我们已经总结出适用于石化企业不同应用场景的设计方案,包含彩钢屋顶家具式、地面混凝土支墩式、水面漂浮式等6种应用方案。”电控室副总经理任天蕾介绍,“今后我们将不断优化形成模块化设计,提炼出不同应用场景下的典型设计图纸,努力提高光伏设计项目效率。”
镇海炼化、天津石化等分布式光伏发电项目,对新能源自主研发设计和综合能力提出了更高要求。设计小组精准识别光伏行业发展方向和重点难点技术,围绕滩涂、水塘、堆场等特殊场地安装要求,努力探索新技术、新材料和元器件的应用场景,一体化推进新能源课题开发、标准管理、数字化工程相关业务建设,不断增强企业竞争力。
“未来,新能源设计小组将更加重视光伏系统与石化企业电性深度结合的研究,从适应电网逐步向支撑电网演进,做优做强光伏发电项目。”电控室总经理刘建兵说,“同时,我们也将致力于电力电子技术与数字技术的融合,推动综合能源系统实现全程可视、可管、可控、可优化,实现‘源网荷储’全场景智能协同调度。”
日前,在深圳市燃气集团公司求雨岭氢能产业园区内,一座橇装化掺氢综合实验平台正在建设中。该平台是国家科技项目,由石油工程建设公司中原设计公司承担设计工作,将为建设氢能社区、实现纯氢与掺氢燃气管道大规模应用和“氢进万家”提供有力支撑。
氢气作为清洁能源,应用前景广阔,但往往产氢地区与用氢场所相距甚远,运输成本高、对管材安全性要求高,因此,掺氢天然气成为氢能利用的重要途径之一。利用现有天然气管道,可有效降低氢气运输成本,按照10%的掺氢比例计算,当运输距离为100公里时,每标准立方米氢气的运输成本仅0.12~0.46元。
2018年,四川省天然气投资集团在国内首次提出建设一条天然气掺氢输送管道(中简线:中江—简阳)。在没有成熟经验可借鉴的情况下,中原设计公司以该管道建设项目为契机,在国内率先开展天然气掺氢输送工艺技术研究。两年时间里,技术人员通过工艺模拟、室内试验及优化研究,形成了天然气掺氢工艺及比例精确控制技术,建立了天然气掺氢燃气互换性及工艺计算方法,同时形成了天然气掺氢管材选型及评价方法,获得授权专利3件。
在此基础上,中原设计公司持续深耕,开展掺氢天然气输送安全风险分析及泄漏预警技术研究,目前已成功掌握掺氢天然气输送泄漏风险预警、爆炸影响及扩散规律,泄漏分布式光纤报警技术及应对措施,同时对在役天然气管道中掺氢输运关键工艺技术进行研究,已初步掌握了含氢天然气的分离提纯数值模拟技术。
由于前期在掺氢管道技术方面的研究积淀,2022年,当中国石油大学(华东)牵头国家重点研发计划“氢能技术”重点专项——“中低压纯氢及掺氢燃气管道输送及其应用关键技术”项目时,中原设计公司成功参与其中。
在该项目中,中原设计公司主要承担纯氢/掺氢管道输送科技试验平台搭建、示范工程设计及相关标准规范编制等内容。针对纯氢/掺氢管输应用流程中的关键环节,技术人员结合各课题研究成果,与项目组成员共同突破了中低压纯氢与掺氢燃气管道安全稳定高效输送及其应用中的理论与技术瓶颈,构建并形成了完整的科技试验平台和标准体系,形成了“掺-输-用”一体化氢能应用示范链条,为推进“氢进万家”产业体系发展奠定了良好基础。
此外,为助力氢能源汽车发展,中原设计公司还开展了掺氢天然气氢分离纯化工艺技术研究,目前已获得发明专利1件,为满足加氢站掺氢天然气氢气提纯工艺要求提供了技术支撑。在地下储氢、制氢等技术方面,该公司依托集团公司“地下盐穴储氢关键技术研究”等科研课题,在国内率先开展地下储氢库地面注采关键工艺研究,解决了高压注氢、采出氢高效净化、临氢关键装备材质优化、含氢卤水处理、氢气逸散监控及地面系统安全控制等难题,已获得发明专利两件。在制氢技术方面,该公司开展了质子交换膜(PEM)制氢及配套技术与装置研究,研发的光伏离网质子交换膜电解水制氢试验装置已成功投产,实现了绿电制绿氢,提纯后氢气纯度达到99.999%。
“当下,我们要深刻把握发展新质生产力的实践要求,加快新技术、数字化等作用发挥和效能释放,争取在新能源、新型业务领域实现更大的突破。”最近,在经济活动分析会上,五建公司执行董事、衣浩再次强调。
因势而谋、顺势而为、乘势而上。回溯五建公司绿色创新发展历程,新疆库车绿氢示范项目高标准中交,为该公司打开了新领域的一扇大门。成功的背后,一切都有迹可循。
近年来,面对传统石化建设市场的严峻形势,五建公司敏锐地意识到新能源领域的广阔空间,果断提出以高质量发展为目标谋划公司“十四五”规划,大力实施价值引领、市场导向、创新驱动、人才强企、国际化“五大发展战略”。
随着不断精研国家政策导向、行业发展方向、集团公司业务风向,五建公司在持续深化改革中抓住了一个千载难逢的机会。
“得知公司作为联合总承包一举拿下我国首次规模化利用光伏发电直接制绿氢项目,真有一种美梦成真的感觉。”项目管理部部长徐安均感叹。
工程建设初期,面对工艺技术新、规模大,又无成熟案例可借鉴的情况,五建公司经过反复研究讨论,确定了“策划先行、样板引路、过程监督、持续改进”的管理思路,形成了上下贯通、左右衔接、集成联动的“大军团”作战格局。
在施工过程中,五建公司项目团队以“六化”建设为抓手,搭建各专业“网格+”模式,形成了全员参与、持续改进、闭环管理的体系,实现了施工、安全、质量、物资等各专业间的“多网融合”,监管效能与工作效率得到了“双提升”。
“安全是天,质量是命,关键在人。”时任项目副经理王三爱说。面对新疆地区技术工种相对缺乏及语言交流困难的局面,项目部狠抓源头管理,依据各阶段施工特点,明确专业人员培训计划,从制度条例、警示教育、案例分析到实践操作,将理论知识与实际工作充分结合,提高了培训的针对性和实效性,为项目顺利推进奠定了坚实基础。
2023年6月30日,伴随着库车绿氢示范项目顺利产氢,我国首次实现万吨级绿氢炼化项目全产业链贯通,为国内可再生能源制取绿氢产业发展提供了可复制、可推广的示范案例。
“这不仅是国内新能源领域的一大突破,对于五建公司来说,更是在新领域、新业态积累了宝贵的项目执行经验。”时任项目总工程师党贞文说。
“我们将把新疆库车绿氢示范项目作为公司加快构建新能源产业体系、服务国家‘双碳’战略的先锋旗。”衣浩介绍,“接下来,公司将持续跟踪鄂尔多斯、乌兰察布等地的新能源产业,围绕新能源市场开发、项目执行等方面,重点布局、多点发力,增强市场竞争力、扩大业绩优势,向客户交付满意工程。”
科技创新是产业创新的驱动力,产业创新又是科技创新的方向和目标。工程企业通过发挥自身的工程技术优势,把一项项创新成果转化为一套套生产装置、一座座崭新工厂,就是在推动科技创新与产业创新的融合发展,为实现新型工业化培育新质生产力。
坚持协同创新,当好科技成果产业化推广应用的桥梁。近年来,国内新能源产业发展迅速,装机规模持续扩大。太阳能利用、风光发电、新能源汽车等领域虽已取得领先优势,但相关技术成熟度相对传统能源技术尚处于初级阶段,新能源发电效率不高、制氢成本居高不下等问题已成为产业发展的“堵点”。与此同时,化工新材料中高端产品、装备和技术仍依赖进口。作为工程企业,应在产学研设“一条龙”攻关中发挥好承上启下的“桥梁”作用。一方面,在工程设计中积极采用科研院所前沿领域取得的创新成果,做好首台(套)新技术、新装备、新产品的工程技术开发,为同类项目建设提供可复制可推广的经验。另一方面,把来自生产一线的迫切需求反馈给研究单位,促进研究单位对已有科研成果进行全面优化升级,形成具有自主知识产权的关键技术与成果。例如,新疆库车绿氢示范项目和兆瓦级可再生电力电解水制氢示范装置的建成投产,就是系统内科研、设计、生产企业齐心协力共同攻关的结果,在可再生能源制氢领域打造了科研创新与工程示范的样本。
采用“技术+服务”模式,为生产企业向新能源、新材料领域延链强链提供增值服务。作为以设计为主体的工程企业,既能较早地从市场获取相关项目信息,又能利用专业配套的工程技术服务优势促进项目落地。因此,工程企业应发挥优势,积极参加新能源新材料园区产业链规划、项目咨询、可行性研究与方案设计,为客户由传统产业向新兴产业转型当好智囊。同时,要注重加强与系统内外专利商的合作,通过工艺包开发、工程设计、工程承包等形式,成为值得信赖的合作伙伴,打造业主满意的精品工程。广州(洛阳)工程公司承揽的恒力(大连)石化高性能树脂、联弘新科锂电材料等项目就是成功案例。
以科技创新引领产业发展、以高端服务拓展项目市场,应该成为工程企业推动产业创新发展的重要方向。
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