特種氣體推動(dòng)亞太地區(qū)的綠色議程

    到2050年，可再生氫可能占全球能源的20%左右?？稍偕茉吹纳a(chǎn)將主要通過水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電。特種氣體和高純度工業(yè)氣體在實(shí)現(xiàn)太陽能發(fā)電的太陽能電池生產(chǎn)方面發(fā)揮著核心作用。這是未來十年突出的工業(yè)氣體增長機(jī)會(huì)之一。

     2020年是世界熟悉千兆瓦級(jí)電解氫項(xiàng)目概念的一年。就在不久前，10兆瓦的電解槽“示范項(xiàng)目”引起了熱議。千兆瓦比這個(gè)大兩個(gè)數(shù)量級(jí)。在審查建議的前10個(gè)可再生氫電解槽方案時(shí)，其中8個(gè)方案將混合使用風(fēng)能和太陽能。只有北歐的兩個(gè)項(xiàng)目完全是風(fēng)力發(fā)電，那里的風(fēng)很大，但太陽并不總是照耀著。

    排名前十的項(xiàng)目中有六個(gè)位于亞太地區(qū)。其中5個(gè)在澳大利亞，第六個(gè)在中國。這些項(xiàng)目將位于風(fēng)力和太陽能強(qiáng)度相結(jié)合的地區(qū)，為可再生能源發(fā)電創(chuàng)造最佳條件。這是經(jīng)濟(jì)上有吸引力的可再生氫項(xiàng)目的關(guān)鍵。將電力投入成本降到最低的好處遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了氫的分配成本。

    近年來，可再生能源的成本下降有幾個(gè)原因： 光伏和風(fēng)力渦輪機(jī)技術(shù)正在變得更加高效；正在實(shí)施更大的項(xiàng)目以利用規(guī)模經(jīng)濟(jì)；光伏電池板和風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)量的增加正在壓低單位成本。然而，全球平均單位成本下降的主要原因是，世界上一些天氣理想的地區(qū)正在安裝大型項(xiàng)目。

所有的目光都投向中國
     正如我們上面提到的，世界上最大的太陽能、風(fēng)能和可再生氫項(xiàng)目中有五個(gè)在澳大利亞。不過，太陽能電池生產(chǎn)的地域整合更為激烈。

         
     全球十大太陽能電池板生產(chǎn)商中有九家在中國生產(chǎn)。排名前十的太陽能電池板生產(chǎn)商中有七家是中國公司。2019年全球前四大光伏生產(chǎn)商都是中國企業(yè)：晶科能源、晶澳、天合光能和隆基綠能。2019年他們總共生產(chǎn)的太陽能電池板將產(chǎn)生超過40千兆瓦的電力。

    就像煤氣化和大型空分項(xiàng)目等許多其他工業(yè)氣體應(yīng)用的增長潛力一樣， 所有人都在關(guān)注中國市場(chǎng)。除了中國這個(gè)市場(chǎng)的規(guī)模，它的增長速度也是驚人的。2019年與2018年相比，中國所有生產(chǎn)商的太陽能電池板出貨量平均增長了20%。高純度和特種氣體的消耗量幾乎與工廠產(chǎn)量成正比。當(dāng)我們將這一增長率與美洲或歐洲成熟市場(chǎng)的幾乎所有應(yīng)用進(jìn)行比較時(shí)，就很容易看出工業(yè)氣體的增長來自哪里。

     晶科能源從2006年開始生產(chǎn)晶圓。在14年內(nèi)，其年?duì)I業(yè)額增長了近40億美元。由于技術(shù)領(lǐng)先，該公司可能會(huì)繼續(xù)增長。它運(yùn)營著業(yè)內(nèi)最大的研發(fā)中心之一和經(jīng)過認(rèn)證的太陽能電池板測(cè)試設(shè)施。因此，它生產(chǎn)出效率最高的P型Poly PERC和Mono PERC太陽能電池，紫外光到電能的轉(zhuǎn)換效率超過22%。

專線連接價(jià)值高

    太陽能發(fā)電場(chǎng)與氫氣電解槽的直接耦合可避免傳輸功率損失，并將電網(wǎng)擁堵降至最低。太陽能產(chǎn)生直流電，而氫電解器消耗直流電。電解槽與太陽能發(fā)電場(chǎng)的直接耦合還意味著，可以避免與逆變器上的直流電向交流電轉(zhuǎn)換(為電網(wǎng)供電)相關(guān)的損耗，以及與整流器上的直流電向交流電轉(zhuǎn)換(為電解槽供電)相關(guān)的額外損耗。逆變器和整流器的資本成本也從項(xiàng)目預(yù)算中剔除。

    能量損耗的降低使得直接耦合的光伏供電的氫電解槽的性能比從輸電網(wǎng)供電的電解槽高出約10%，輸電網(wǎng)輸送的交流電力，如風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)或水力發(fā)電項(xiàng)目產(chǎn)生的電能。

     當(dāng)太陽能發(fā)電廠直接生產(chǎn)氫氣時(shí)，不需要電力傳輸。然而，有必要將氫氣分配到運(yùn)輸、供暖或工業(yè)用途的應(yīng)用中心。這可以使用從高壓壓縮氣體到液化氫和純氫管道的各種機(jī)制來實(shí)現(xiàn)，或者通過摻入天然氣網(wǎng)絡(luò)管道來實(shí)現(xiàn)。

更多太陽能…...意味著更多的氣體

    光伏太陽能項(xiàng)目的加速正在拉動(dòng)太陽能電池板的大規(guī)模生產(chǎn)。這些工廠消耗大量的高純度工業(yè)氣體和特種氣體。

    與許多制造流程一樣，最大的工廠已從高成本的西方國家遷往亞太地區(qū)的低成本地區(qū)，如印度和中國。由于最大的太陽能項(xiàng)目也在這些地區(qū)，這里也很適合生產(chǎn)和需求地點(diǎn)，以最大限度地減少運(yùn)輸成本和距離。

    光伏制造中使用的氣體因制造光伏電池所采用的技術(shù)而異。銅、銦、鎵、二硒化鎵和碲化鎘技術(shù)所需的氣體主要是氮?dú)饣驓鍤獾壬⒀b空氣氣體。晶硅或薄膜硅需要更廣泛的空氣氣體、氫氣和特殊氣體(如硅烷和氨氣)的組合。對(duì)于某些技術(shù)，砷和二硼烷的電子特種氣體混合物也在購物清單上。

    作為天然氣采購的替代，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)電也被使用。在大規(guī)模情況下，可以使用低溫氮?dú)獍l(fā)生器來代替大量的液氮輸送。小型空分設(shè)備可以生產(chǎn)范圍更廣的高純度空氣氣體，包括氧氣和氬氣。通過純水電解、氣體凈化、干燥可制得高純度氫氣。出于安全原因，特種氣體氟也在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)。

現(xiàn)場(chǎng)氟的電解處理

    在光伏電池板制造過程中， 氟被用作熱風(fēng)爐的清潔氣體，并用于等離子體增強(qiáng)和熱CVD工具干燥室的清潔。在這些應(yīng)用中，氟是含氟氣體(如三氟氯甲烷、三氟化氮和六氟化硫)的理想替代品。

    氟正在取代的這些化學(xué)物質(zhì)中的每一種都具有極高的全球變暖潛力?？紤]到它們對(duì)環(huán)境的潛在危害，每公斤氣體的全球變暖潛力是二氧化碳的13000倍以上。

     氟可以作為低溫液體或壓縮氣體大量運(yùn)輸。然而，與這種劇毒和腐蝕性氣體的儲(chǔ)存和運(yùn)輸相關(guān)的安全問題意味著，氟通常是在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)和消費(fèi)的。氟是通過電解無水氟化氫在陰極產(chǎn)生氫氣，在陽極產(chǎn)生氟氣。這個(gè)過程就像電解水生產(chǎn)氫氣一樣。然而，在電解過程中必須不斷地添加氟化氫氣體。氟化氫也是有毒的，但以液化氣的形式在自身蒸汽壓力下用鎳或鍍鎳鋼瓶和不銹鋼閥門運(yùn)輸是很常見的。