IMO2020:挪威大量液态氢的兴起

Joseph DiRenzo,PE19 七月 2019

想象一下一个配电网络,其中来自水电,风能,太阳能和核能的多余可再生能源转化为氢气,并用作海运业的运输燃料。由于零排放燃料的吸引力,许多船东开始认真考虑新建船舶的氢气。作为一个大胆的第一步,挪威国家向领先的海事公司提供了一些赠款,以便对这一新兴技术部门的各个方面进行可行性研究。这次讨论的核心是“如何”将氢气从其来源运输到最终用户。

挪威的公司,Moss Maritime和Wilhelmsen船舶管理公司,以及挪威能源巨头Equinor和船级社DNV-GL最近进行了一项可行性研究,以分析这项工作的技术和经济方面。 Moss Maritime液化天然气(LNG)副总裁Tor Skogan和Wilhelmsen特殊项目副总裁Per Brinchmann深入了解挪威散装液态氢的新兴市场。在国家资助的研究机构Innovation Norway的资助下,这些公司开展了一项技术研究,设计了一个容量为9,000立方米的散装液化氢运输载体,这将在新兴的氢经济中发挥不可或缺的作用。

不断增长的散装液态氢市场
根据与海洋氢气领域专家的讨论,渡轮和游轮可能是采用这种技术的第一类船舶。“从短海和小型作业开始[如快速渡轮] ......将有一个市场对于在挪威出现的液化氢,“Brinchmann先生解释说,他们指出了欧盟研究和创新计划Horizon 2020提供的资金,用于建造和利用氢气渡轮。 “地平线2020”的新闻稿表明,世界上第一批液化氢气渡轮将由挪威当地运输供应商Norled运营,到2021年将在斯塔万格东北部的Finnøy航线上使用。

为了进一步发展氢价值链,Moss,Wilhelmsen,Equinor和DNV-GL开始设计散装运输船,为在挪威峡湾运营的拟议渡轮和游轮提供液态氢。在绘制液化氢的不同方法和生产地点时,该小组考虑了来自可再生能源的电子产生的“绿色氢”和来自蒸汽 - 甲烷重整的“蓝色氢”和碳捕获。在电解过程中,水通过利用电流和专用膜的过程分解成氢和氧。另一方面,蒸汽 - 甲烷重整与碳捕获相结合涉及石油产品(通常是天然气)的燃烧,以及燃烧后碳排放的捕获和储存。

“液化工厂价格昂贵”,Brinchmann先生说。 “这是一个批量游戏......我们如何创造所需的数量来证明高投资成本?” 由Moss Maritime,Wilhelmsen Ship Management,Equinor和DNV-GL运输液化氢的散货船的渲染。照片来源:Moss Maritime。

除了在运营期间部署不产生排放的船舶所产生的良好意愿外,挪威政府还计划颁布法规,鼓励船东在某些作业区采用零排放船舶。

布林奇曼先生解释说:“挪威政府宣布,在2026年之后,允许进入我们在挪威的遗产峡湾,你必须免税。 2026年后前往挪威的游轮不会因为排放而进入特定的峡湾,除非他们转移其他类型的燃料。对于您需要改变的行业来说,这是一个强烈的信号。随着时间的推移,将迫使一些想要进入峡湾的运营商......转向氢气“。

除了特定的挪威峡湾之外,位于挪威大陆北部的朴素北极岛斯瓦尔巴德也可能是液化氢的新兴市场。在挪威政府推动从煤炭过渡的推动下,当局正在考虑为该岛提供氢气和燃料电池。 Brinchmann先生表示,“一种选择是从Tjeldbergodden(位于特隆赫姆附近的一个地方,Equinor拥有一个甲醇工厂和天然气接收站)运送氢气到斯瓦尔巴群岛。该船的设计目的是处理氢气运输以供应斯瓦尔巴群岛。 [我们]来自Innovation Norway的资助主要基于斯瓦尔巴德案例“。

Wil A.的特别项目副总裁Per A. Brinchmann。 Wilhelmsen控股ASA。照片来源:Wilhelmsen。
工程创新与挑战

Moss Maritime是多产的Moss液化天然气(LNG)运输船的原始设计者,曾担任散装液化氢载体可行性研究的技术负责人。利用50多年设计用于LNG运输船和浮式LNG终端的低温系统,该公司着手开发一种具有加注能力的9,000立方米散装液化氢载体设计。

“液化天然气与液化氢之间存在许多相似之处”Skogan先生解释说。 “[在可行性研究期间]重要的一点是确定船舶的各种操作模式,从而指定船舶所需的设备”。
“在与市场上的相关供应商接洽时,我们得出的结论是,在这样的容器上需要的大多数(如果不是全部)设备或多或少都准备好由供应商提出。我们看到一些小的差距,一些供应商将继续努力使他们的产品准备好提供。我会说它非常接近“。斯科根先生接着表示,该研究显示没有“暴徒”。

可行性研究还涉及处理蒸发气体(BOG)的考虑因素,蒸发气体是从储存罐外部进入的热量自然发生的。 “我们得出的结论是,通过使用真空绝热,我们最终得到的BOG率非常低,以至于我们可以在没有再液化工厂的情况下管理[BOG],这对CAPEX和OPEX来说是有利的,”Skogan先生说。在大多数LPG运输船和一些LNG运输船上发现的再液化装置冷却BOG并将其转化为液体。 “这意味着在终端装载作业后,船只可以在坦克关闭的情况下驶向多个目的地。由于自然热进入和卸载操作,罐压力将增加,但将在罐的合理设计压力范围内“。 Skogan先生澄清说,选择这种设计是为了降低设计的成本和复杂性。 Skogan先生在没有深入研究有关储罐结构的专有信息的情况下解释说,真空空间和特殊绝缘材料需要达到为船舶建造的两个4500立方米储罐的低BOG率。

下一步
由于世界各地的许多液化氢项目处于不同的执行阶段,Skogan先生和Brinchmann先生表示他们已为下一步做好准备。 “在这样的可行性水平上,我们距离制作文件不远,这可能是原则批准的基础,这是第一个技术步骤,通常用于证明该技术可以引入市场”斯科根先生说。

作为紧接的下一步,Skogan先生表示,该团队将“更详细地处理各种船舶操作,包括与储罐系统的调试和调试有关的操作,并且更多地关注相关设备的规格和材料“。

为了充实这一详细程度,Skogan先生呼吁“根据特定客户的需求,在特定项目中我们可以根据特定项目要求定制设计”。

从Skogan先生和Brinchmann先生的讨论中可以清楚地看出,随着全球监管机构要求所有运输部门实现更严格的排放,对海洋散装氢的兴趣将继续增长。此外,显然挪威将继续成为海洋氢研究的全球史诗中心之一。