故事 发电

面向未来港口物流的氢基能源

发帖 日 月 年 (14 四月 2022)Peter Thomas, 图片拍摄者 Duisport,罗尔斯-罗伊斯动力系统公司

杜伊斯堡港将成为欧洲首个实现气候中和的内陆集装箱码头,这要归功于mtu氢基动力解决方案。
杜伊斯堡,德国
杜伊斯堡是德国西部的一座城市,拥有欧洲最大的内陆集装箱码头,目前正在建设一个分布式气候中和发电相关的新灯塔项目。确切的建设位置是在“煤炭岛”——这一点很有意思,因为这些地方在2020年之前一直是煤炭的转运地。岛上成堆的煤可作为化石能源的原材料,从四面八方随处可见。但这些煤炭正在被燃料电池和由氢气驱动的热电联产模块所取代,以生产绿色电力和热能。这是具有代表性的能源转换形式,目前无出其右者。

从2023年起,这座“杜伊斯堡门户码头”(DGT)将作为欧洲最大的三式联运(公路、铁路和水路)内陆集装箱码头投入使用。以碳中和方式为码头供电是Enerport II项目的目标,该研究项目由德国联邦经济事务与气候行动部资助,直至2025年。除了罗尔斯-罗伊斯动力系统,港口运营商Duisport还与德国弗劳恩霍夫环境安全和能源技术研究所(UMSICHT)和该地区的能源供应商建立了合作伙伴关系。

现场碳中和发电    

未来,该港口运营所需的大部分电能将在现场利用氢气按需发电。电力装置将包括两个基于mtu 4000系列氢气发动机的热电联产机组(总装机容量2兆瓦)和三套mtu燃料电池系统(总装机容量1.5兆瓦)。罗尔斯-罗伊斯动力系统可持续客户解决方案主管Armin Fürderer解释道:“我们提供的动力装置能够覆盖基本负荷和峰值负荷。”

罗尔斯-罗伊斯动力系统业务部门将为此提供最新的mtu氢燃料技术,以可持续的方式为未来的码头提供电能和热能:可覆盖电力峰值负荷的mtu燃料电池解决方案,以及mtu氢气热能和发电站。

正如电气工程师Fürderer继续解释的那样,组合中的每项技术都将发挥特定的作用。过去三年里,此类项目中应用的质子交换膜燃料电池(PEMFC)一直是罗尔斯-罗伊斯深入研究的重点,它可以对电力需量的波动灵活地做出反应。Fürderer阐述道:“它们的动态响应能力使燃料电池成为应对负荷峰值的最佳解决方案。”

燃料电池系统和氢动力热电联产模块即将面市

在大约三年的时间里,罗尔斯-罗伊斯动力系统一直致力于在其动力解决方案概念中部署氢基技术。2021年底,公司在格拉斯哥举行的第26届联合国气候变化大会(COP26)上公布了其新的兆瓦级燃料电池系统。杜伊斯堡港的热电联产机组是基于mtu 4000系列氢气发动机构建的,主要用于持续供电。燃料燃烧过程中产生的热量将被利用并用于杜伊斯堡地区的当地供暖——这是一种极为高效的领域耦合(sector coupling)形式,因为杜伊斯堡港与杜伊斯堡市相距不远。多年来,热电联产模块一直是罗尔斯-罗伊斯动力系统的核心专长。

罗尔斯-罗伊斯动力系统氢基动力解决方案负责人Armin Fürderer解释道:“几十年来,我们一直致力于开发和提供以天然气为动力的热电联产设备。”正如化石燃料天然气一样,氢气通过火花点火燃烧,将其转化为机械能和热能。Fürderer补充道:“对发动机,特别是燃烧过程进行技术改造显然很有必要。” 除氢气外,在热电联产机组中使用加氢处理植物油(HVO)作为环保燃料很快也将成为可能。

氢气作为内陆港口的能源解决方案:以可再生能源为基础的微电网,加上用于应急和调峰的氢动力燃料电池以及氢气内燃机(见此处原理图),将满足港口设施的特殊能源需求。

氢气是二氧化碳零排放集装箱物流的关键

在杜伊斯堡码头,采用氢气发电的应用不计其数,范围涵盖为船舶提供岸电和集装箱的卸货、存放和搬运等。为了尽可能精简上述流程,该港口已放弃使用在码头上搬运集装箱的传统车辆。相反,电桥系统将被用来标准化金属集装箱卸货,并将其放入仓库或货运列车和卡车上。该项目真正令罗尔斯-罗伊斯动力系统感到兴奋的是,动力机组可随着港口的发展而实现增长。如果杜伊斯堡港扩建,mtu能源系统也可以随之扩展,而且速度之快是标准主电网连接所无法做到的。为该码头供氢的基础设施也是可扩展的:初期阶段,燃料装入气缸通过公路运送,后期将增加铁路罐车和船用油轮。然而,杜伊斯堡港的中期计划是只使用其通过管道接收的“绿色氢气”。理想情况下,这种氢气将在该地区使用电解法生产,并与风能和太阳能等可再生能源相结合。杜伊斯堡港希望不仅仅是使用环保型氢气。其最终目标是成为未来能源氢气的输配中心。

全球港口灯塔项目

在罗尔斯-罗伊斯动力系统看来,杜伊斯堡项目是其他港口的典范,而不仅仅是内陆港口。Fürderer解释道:“在杜伊斯堡港建立的综合应用,同样可以在海运集装箱港口和游轮码头实施。”他坚持认为,它们有此需求。但是,尽管许多港口有意提高其能力,但电网容量的扩大并非易事。  

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