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英特利 李欢:多种制氢电源解决方案,尊重技术第一性原则 | 势银访谈

势银能链  · 公众号  ·  · 2024-08-27 11:40

正文

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制氢电源一般指整流器或直流变换器,在整个制氢系统中,其成本占20-25%,仅次于膈膜和电极。在可再生电力制氢网络中,制氢电源起到向上承接电网电力,向下为制氢电解槽供电的作用。


其核心功能是将交流电整流为直流电,基本原理是利用功率半导体器件组成不同的拓扑电路,把交流电能转换为直流电能。目前市场上的制氢电源主要由整流器的技术路径所区分,可分为晶闸管(SCR)制氢电源和IGBT制氢电源。据势银(TrendBank)统计,截至 2024年3月31日,全国共有469 个绿氢项目其中多数项目处于规划阶段,占比 69%。制氢电源作为绿氢项目必须配套的设施之一,随着后续项目的快速增长与落地,制氢电源企业有望迎来巨大的发展机遇。


基于此,势银能链就制氢 电源市场变化、技术路线竞争、企业自身进展及规划等问题,与 湖北英特利电气有限公司总经理 李欢 进行了深入交流。


以下为势银能链专访内容——

1
势银能链:请简要介绍一下英特利在制氢领域的主要产品及解决方案——

李欢: 英特利作为专注于整流电源设计、制造厂家,在北京、成都设有研发中心,在湖北荆门钟祥设有生产基地。目前,英特利已推出一系列应用可再生能源的多种整流产品,覆盖 10kW-23MW的电解水制氢单槽方案。如离网制氢整流方案、光伏DC/DC整流方案、集装箱解决方案、晶闸管整流方案、PWM整流方案、高频隔离开关电源解决方案等,并可提供离网制氢EMS/ECS能量管理系统,为用户提供一站式服务。

公司获得 60余项专利和软件著作权:拥有 CE、UL、CSA等国际认证,团队拥有20多年大功率 AC/DC 整流电源及DC/DC 电源的研发、生产、应用经验,熟悉负载特性,针对不同负载的工艺特点提供最优化的供电解决方案:针对电解设备的产氢量、供电特性、安装环境等差异,最大可提供单套4000Nm3/小时制氢电解设备的整流解决方案。尤其是在1000Nm³电解制氢整流方案中,凭借在效率、谐波、功率因数、纹波等关键指标上的优异表现,不仅极大降低制氢成本,而且有效的提升了制氢效率等,生产的产品目前已经出口到80余个国家和地区,并与全球多家世界五百强企业展开合作。

2
势银能链:在制氢电源领域,英特利今年上半年的订单量如何,共计有多少GW?目前累计有多少?

李欢: 2024 H1阶段,英特利在国内外均成功拿下多个制氢应用大项目,因此整体订单量 可观,合计共1.5GW以上。又刚刚中标了大唐能源多伦15万千瓦风光制氢一体化(绿氢)示范项目和中能建松原氢能产业园(绿色氢氨醇一体化)示范项目的共40余套整流电源。而在制氢领域的业绩累计已超过3GW,针对1000Nm³/h及以上容量的业绩已超过300台套,现已涵盖了国内外所有大标方电解槽配套制氢电源的业绩和案例。

3
势银能链:请介绍一下英特利旗下产品在氢能领域的典型应用案例或最新进展——

李欢: 国内来看,较为突出的就是华电辽宁铁岭离网风电储能制氢一体化项目,这也是国内乃至全球成功应用的首个千方级纯离网风电制氢项目。 作为项目技术核心供应商,英特利为该项目提供了自主研发的首个 3套5MW纯离网风电制氢系统中至关重要的电解水制氢整流器、智慧调度及能量协调系统。

此外,英特利在新疆库车绿氢示范项目配套的 1000Nm³/h电解水制氢晶闸管整流柜已成功投运,目前整体运行情况良好; 华电达茂旗20万千瓦新能源制氢工程示范项目,也配套了公司旗下的制氢电源产品; 英特利为千方碱性电解槽适配的 IGBT-PWM制氢电源在甘肃酒泉玉门油田可再生能源制氢示范项目中顺利投产; 目前所投运的多个大型制氢项目均在顺利进行中。 而在此之前,英特利也参与过宝丰、合盛硅业等企业的多晶硅项目,这类项目所配套提供的整流电源产品台数非常多,且都在一如既往的可靠运行中。

在国际市场,中东地区发展绿氢有着其显著竞争优势。 2020年起,沙特作为是英特利最重要的海外市场之一,公司为其提供的目前最大的4000Nm³/h电解水制氢整流撬装系统助力沙特氢能发展; 为美国、澳大利亚、印度等国家提供的1000Nm³/h制氢电源已陆续发货进入调试阶段。

4
势银能链:在纯离网条件下,业主和电解槽企业对制氢电源选型的考虑是什么?

李欢: 纯离网项目首先是保证安全稳定运行,需要可靠的能量管理系统来协调,制氢电源作为整个系统中的执行部分,更重要的是整体的方案论证和仿真。 因此,整个系统对于电源的选型考虑主要是四点: 第一,需要满足风电的波动性和间歇性的要求; 第二,保障安全可靠的运行 第三,适应电解槽的需求; 最后,最重要的是从系统层面协调好各功能单元,制定整个系统的控制策略,实现化工装备对能源供应可靠性与新能源电源波动性的完美协调。

5
势银能链:在项目应用中,IGBT越来越受到青睐,除了因为离网制氢趋势下,IGBT与波动性风光的匹配性更高,是否还有其他原因吗?

李欢: IGBT的出现,是因为此前其在风电光伏领域的光伏逆变器和风电变流器都是基于IGBT技术方案的(因为晶闸管做不了逆变),从技术逻辑上来看,逆变反过来就是整流,但从制氢行业来说,制氢电源是应用于电解的场景,整体来说呈现大电流低电压特点,且功率较大,所以和传统逆变器或变流器相比,IGBT制氢电源使用中的技术需求还是会不太一样。

现阶段可以看到,越来越多IGBT制氢电源的参与者,是从风电光伏行业研发生产逆变器或者变流器的厂家,他们在IGBT领域积累了较多的经验,再把IGBT技术应用带入制氢领域,也做了诸多宣传,使得业内认为IGBT是不是应用主流。

从我们所接触的项目来看,部分制氢示范项目中,IGBT制氢电源的应用相对是呈现出一定的上升趋势,完全采用晶闸管电源的项目也不在少数,部分项目也采用了晶闸管+IGBT相结合的方式,各种技术方案的特点是有明显差异的。目前投运并长期运行的1000Nm³/h及以上容量的制氢电源基本都是晶闸管电源。

通过和业主的沟通接触,对于整个系统的制氢电源而言,无非关注以下5个核心点——
  • 必须保证安全性、可靠性、稳定性,这是前置条件;
  • 满足新能源制氢的间歇性、波动性的要求,制氢电源作为执行机构,需跟随新能源波动调节;
  • 满足谐波、功率因数要求,例如5MW级的制氢项目,再加上多台套数的话,谐波处理不恰当的话,会对其他精密设备造成一些干扰;
  • 产品和电解槽的适配性,需要满足电解槽对电流电压、输出可调、稳定度及其他相关特性的要求;
  • 效率和成本,也是最为关键的一点。效率方面,现在很多项目都会要求整个系统,包括变压器、整流器等整体效率要达到97%以上,目前IGBT较难满足这点。成本方面,包括前期的设备投资成本、后期维护成本、间接的建筑成本,都会影响到整个制氢项目的投入和后期的运行成本。

所以结合上述多个方面,针对大规模制氢系统中,客户也是会做一个客观地选择,就目前来看,晶闸管整流电源并不存在跟新能源波动性不匹配的问题,其响应速度显著快于电解槽,完全满足使用需求;并且风光项目的波动性在短时间内没那么严重,不会在某一时间形成剧烈波动。

因此,在行业刚起步发展阶段,多种技术方案尚在推广应用阶段,关于未来的技术路线大家更多是在进行探讨,晶闸管和IGBT这两种技术目前还是会并存共行,各种方案的优缺点会在未来更多的应用中得到验证。

6
势银能链:谐波、纹波、无功支撑等方面的技术指标,对制氢电源来讲是否起到关键性或者决定性作用?

李欢: 谐波在交流侧(并网侧)对于电网会产生影响。其中,50Hz以上的部分统称为谐波,谐波过大会使得波形发生畸变,带来一些干扰和污染,从而导致电网中精密仪器无法正常工作。因此,从保护电网角度出发,国家也已出台了谐波方面的相关标准。

纹波方面,目前没有确切的研究成果来证明其和电解槽之间存在直接影响关系,现阶段针对晶闸管和IGBT两种方案,可通过控制策略和整体设计来将降低纹波;无功支撑方面,IGBT虽具备了该功能,但会真正使用的情形非常少,IGBT无须额外补偿无功;而晶闸管即使需要一点无功补偿,增加的成本也是很小的,远低于IGBT整流与晶闸管整流之间的价格差异。

7
势银能链:目前国内入局制氢电源的企业主要来自传统能源、新能源、电力设备等行业,这些领域的产品与制氢电源是相通的吗?

李欢: 目前市面大多数IGBT制氢电源供应商,大多是从风电光伏领域研发生产逆变器或风电变流器转型而来,因制氢电源具有大电流、低电压等特点,和风电光伏领域产品并不具有完全相通性。从所承担的角色出发,风电光伏领域产品主要是通过电能转化来发电,制氢电源则是为电解槽供电。

从电路的拓扑结构来看,虽具有一定的相似性,但在控制模式上还是存在区别的。为了满足制氢电解槽特性和电压可调的范围要求,IGBT方案就必须通过变流器先将交流升压整流,然后再加DC/DC降压,相对来说制氢电源的设备复杂度、系统可靠性、占地面积、维护成本等方面均有所增加,这也就使得制氢电源和传统新能源产品在电路形式、拓扑结构、应用场景及领域都有着较大差异。

8
势银能链:英特利参与起草了IGBT制氢电源技术规范的团体标准,请简单阐述一下标准对于制氢电源市场发展的重要性:

李欢: 目前制氢电源的标准制定仍处于起步阶段,尚不完善,但随着制氢行业的发展,各类标准不断查漏补缺,对于推动整体行业规范化会更为有利。首先是统一技术要求,标准能够明确制氢电源的技术参数、性能指标、安全要求等,为行业内的产品设计、生产、测试和应用提供统一的基准,避免不同厂家产品之间的技术差异和兼容性问题;其次是提升产品质量,通过制定和执行严格的标准,可以促使制氢电源制造商不断改进生产工艺、提升产品质量,确保产品满足行业和用户的需求。

除此之外,标准对于保障系统安全稳定运行、促进技术创新与进步、助力能源转型等多个方面也具有重要意义。

9
势银能链:晶闸管和IGBT在目前制氢电源市场中的占比大概是多少?后续是否会有新的技术加入竞争行列?

李欢: 从实际投运且长期运行的项目来看,目前仍以晶闸管为主,大约占到了95%以上的份额,其中包括中石化新疆库车、华电达茂旗、远景赤峰等大型绿氢项目,基本上都采用了晶闸管方案,部分新项目虽已招标了IGBT产品,但只实现了少量的短时间投运或测试。当前两种技术路线还在发展,最终选择还是要看业主需求,这包括了项目规模、前期投资、后期运营成本,以及可靠性、安全性方面的考量,且不同的业主也会有不同的侧重点。

未来,随着氢能源行业不断的技术积累和研发,肯定会有全新的技术或解决方案加入竞争,伴随制氢行业需求量的提升,英特利会在技术创新方面投入更多的研发,来更好的满足下游应用端的实际需求。 英特利的发展理念就是站在客户角度出发来考虑问题,可以做到按需制造、按需服务,为客户打造定制化产品。 但是又不能只从自身产品考虑,需要考虑电源产品与上下游设备的适配及协调,来帮助客户做到系统最优化。


值得一提的是,势银(TrendBank)特别联合三一氢能有限公司于2024年11月26日-28日召开 “2024势银氢能与燃料电池产业年会” ,并特设了 【绿氢分论坛】 ,届时会上将邀请各类技术路线的制氢电源企业分享创新应用案例、技术提升以及未来发展研判。


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