利用数字化技术加速低碳氢和削减成本（英）

Accelerating低碳氢用数字 技术削减成本 数字杠杆 增强和加速低碳氢的发展 通过利用更好的资产信息来提高投资决策和运营效率，从而从低碳氢资产中创造更大的价值。 2 凯捷x西门子 索引 执行摘要4 1.西门子和凯捷联合低碳氢资产方案9 1.1我们的价值主张 10.2西门子和凯捷，氢工业数字化的相关合作伙伴关系11 8本文的 2.设置场景-定义，框架和先决条件12 2.1引入资产密集型产业的数字孪生13 2.2综合工程13 2.3释放数字潜力的先决条件16 3.释放潜力：数字化在降低氢的均衡成本方面的作用22 3.1提升效率：数字化杠杆实现高效设计与工程、加快施工速度及资产复制23 3.2优化生产：提高从能源供应到运行和维护的效率28 3.2.1能源供应操作283.2.2生产流程303.2.3维护 34 3.3实现可追溯性、合规目标和碳强度37 3.4有效管理资产组合39 3.5LCOH可以减少9%至12%的激活数字杠杆和相关动作39 参考文献41 执行摘要 从可再生能源生产氢气、储存和分配所需的先进终端技术过程尤其昂贵。建立必要的基础设施需要大量资本投资，包括建设可再生能源发电厂、电解器、储存设施和运输网络。 尽管有一个动态的趋势，但氢气市场的发展并不像预期的那样快。 低碳氢在难以减排sector中的去碳化潜力，以及其大规模运输能源至资源受限区域的能力，近年来在氢能源领域引起了显著的兴趣。然而，尽管宣布了大量新的低碳氢项目——潜在规模可能达到2030年的38Mt，如果所有已宣布的项目都能实现——但根据国际能源署（IEA ）的报告，仅有4%的项目达到了最终投资决策（FID）或建设阶段。显然，我们尚未达成既定目标。 目前，通过电解生产低碳水平化氢气（LCOH）的成本主要由电力成本构成（占总成本的40%至60%）、设备、工程和建设成本（20%至35%）以及运营成本（5 %至15%）。3LCOH高度受负载因子（包括可用性 ）的影响，这会影响生产量、电力消耗以及资本支出 （CAPEX）的摊销。 低碳氢仍在努力提高竞争力 与碳基氢气相比，低碳氢气仍然过于昂贵，缺乏竞争力。1成本范围从6-9€/kg2对于低碳氢气而言 ，成本为每公斤1.5-3欧元，而通过天然气重整生产的氢气成本在补贴前约为每公斤1.5-3欧元。这种成本差异源于生产、基础设施和技术要求等方面的多种因素。向氢能源转型时， 氢行业正在积极寻求杠杆来降低成本 随着项目开发者推进至早期工程和设计阶段，资产开发者正积极寻求降低成本的方法。广泛的研究文献概述了推动降低成本并定位氢气作为有效能源转型载体的策略 。虽然一些杠杆已经用于减少低碳氢的投资成本，价值链中的参与者仍有许多额外的机会，尤其是设备制造商和资产开发者（参见图1）。 数字杠杆影响CAPEX，电力成本和其他OPEX以及产量 电力 供应成本 PPA框架 合同 灵活性技术 （包括BESS) 容量大小优化 （包括RES，BESS) 的预测分析供电策略 系统设计和工程 标准化 人工成本系统设计 优化解决方案 模拟能量和H2 ows(HMS，设计孪生) 开发自动化和虚拟调试 采购和 Construction 存储技术电解槽技术 模块化 人工成本建筑孪生 生成AI OperationsandMaintenance 设备的效率ConnectedWorker双运营 维修双 数据分析 数字杠杆 其他杠杆 图1-LCOH减速杆4 为什么数字化将发挥关键作用 随着资产管理公司拥抱数字化时代，“数字原生”资产的创建变得至关重要。这种方法确保通过资产管理（DigitalAssetManagement）能够全面获取运营和资产数据，以支持基于信息的决策制定。通过战略性地聚焦于资产流程中的关键决策，并将数据转化为可操作的洞察，资产管理公司可以创造显著的商业价值。 扩大规模：大多数工厂和资产都可以作为蓝图，以后可以复制。 •确保融资：一个能够展示工程有效性的数字孪生模型，还可以预测运行工厂的效果，从而成功完成筹资活动。 数字化将在优化低碳氢气项目的设计、运营和管理方 面发挥关键作用，从而增强这些项目的投资案例。5，根据以下关键事实： •尊重项目时间线：数字工具提供的模拟机会能够提前预见并避免首个同类项目中可能出现的错误，并在早期阶段准备启动运营，甚至可以通过虚拟培训来训练操作人员。 •绿地资产：鉴于低碳氢气产业仍处于早期阶段，绿地项目提供了显著的机会来开发数字化原生生产资产并提前利用数字化技术。这些工厂是首次建设，在工程过程中作为副产品生成了工厂的数字孪生模型，无需额外努力。 •创新的首座示范工厂：能够在最终建设前进行模拟大大提升了竞争优势。 •新进入者和市场参与者角色的成熟度：同样，数字化工厂可以帮助克服新incumbent在经验方面的不足 。 •许多相似但复杂的包装单元和组件，在此过程中数字工具促进了模块化设置的全面集成。 1.对于氢气生产被视为低碳，必须符合欧盟提议的排放阈值，即每千克氢气3.38公斤CO2e，这比预定义的化石燃料基准低70%，包括运输和其他非生产排放。在美国，根据IRA（通胀减少法案）为符合条件的氢气生产税收抵免，相应的碳强度值为每千克氢气4.0公斤CO2e。 2.使用电解法生产的低碳氢气。 3.这些数字根据项目的配置而有所不同，但它们代表了大致的数量级。 4.PPA：电力采购协议；RES：可再生能源存储；BESS：电池储能系统 5.氢气生产资产由电解单元及其周围的所有设施组成，以最终实现低碳氢气的生产。 数字工具对LCOH的主要经济效益更容易复制类似的过程和组件，并通过优化设计和紧密控制与数字孪生数据接口相关的运行参数来降 数字工具可以通过降低项目开发成本、通过更为有效的工程设计，在减少水平化发电成本（LCOH）方面产生显著影响。 低运营成本。 我们的分析显示，在参考情景中应用不同的数字杠杆可以整体降低LCOH9%至12%。 LCOH在 激活数字操纵杆可将LCOH降低约10% 影响 参考影响 场景CAPEX 影响能源 其他OPEX费用 Volumeefiect* LCOHwith数字杠杆 CAPEX -4%to-5% ~-1 •系统设计优化 解决方案，主要项目孪生 •生成AI 资产运维孪生(双运营和 维护双) 连接的工作人员 微电网控制•解决方案, 基础载荷•管理 系统, 能源•管理系统 ➴•管理系统 预测性分析• 能源效率·解决方案 评估运维孪生异常• 检测解决方案 •➴气管理系统 CAPEX -2%to-3%-2%to-3% OtherOPEX OtherOPEX 电力 费用 电力 费用 *由于额外的生产与可用性和 e-ciency 图2-在100MW碱性电解装置的LCOH中OPEX和CAPEX成本所占比例及通过数字化解决方案可能实现的潜在减少。 尤其是，这座100兆瓦电解槽工厂，每年运行8000小时，可以通过数字孪生提供的每百分之一优化，减少年能源账单500万欧元或更多。在整个工厂生命周期中累积的潜在节约金额应证明将数字孪生作为任何此类项目的一级优先事项的合理性。 您将在第三部分找到有关这些LCOH优化相关的西门子数字工具的假设、进一步详情和示例。 我们分析了数字化可以在整个价值链中发挥的作用 西门子和凯捷公司分析了多种数字解决方案，并识别出特定杠杆，这些杠杆能够降低➴气水平化成本（LCOH），从而帮助客户快速有效地采用专门设计的数字化工具集，使其项目具有竞争力并面向未来。以下杠杆旨在协助➴能项目的开发者、运营商和资产管理者应对各种挑战，并涵盖➴能项目的所有阶段。 植物各部分的消费情况。这些数字记录和存档的信息/数据有助于未来的资产舰队，包括： –在控制室中，监控生产情况、协调生产流程并基于市场价格、合同承诺和计划（包括维护）最大化价值 –在车间中，自动化生产流程并为工人提供相关的信息（例如使用数字孪生进行维护） 1.设计，工程和施工阶段-针对项目开发商和资产所有者 •通过根据业主运营商的要求和监管规定提供的适当输入要求进行有效设计。通过模拟优化资产设计和工程 ，可以在早期检测碰撞冲突和可达性问题等，从而避免返工，减少建设和施工的时间与成本。 •通过以数据为中心的方法加快构建速度并减少操作时间，特别是在3D计算机辅助设计（CAD）领域，促进不同工程学科和相关方之间的协作互动，特别是在工程采购施工（EPC）、原始设备制造商（OEM）和资产所有者运营商（AOO）之间，同时遵守行业工艺和安全标准。使用预定义的工具集确保所有工程数据最终一致，并可供后续操作使用。 •提高生产连续性，避免意外停产，最大化设备可用率。维护团队的关键作用不仅在于维持生产连续性，还在于通过有效的预防性维护计划延长资产寿命，利用预测性维护数字孪生技术，并提前规划备件以确保资产的长期可靠性。 3.可追溯性-对于整个生态系统：确保可追溯性，特别是碳含量跟踪，以符合客户的规格或监管需求 。 4.资产组合管理——针对资产所有者 •优化资产规划。•将新资产与现有的传统资产（如油气或可再生能源）整合。这还将定义新的未来资产投资业务模式和组织策略，这些都需要进行深入思考并加以优化。 •通过利用数字孪生蓝本，在一个项目中获得的知识库和经验教训，更快地实现资本化、复制和规模化运作，并在较低的成本下进行扩展。 2.运营和维护阶段-针对资产所有者和运营商 凯捷和西门子随时准备支持向低碳经济转型。 任何旨在为投资者提供价值并及时实现项目里程碑的举措，都应将制定自身的数字路线图列为项目开发初期的首要优先事项。西门子和凯捷可以凭借综合的方法——广泛的咨询服务、最佳的数字工具、经验丰富的培训工程资源——有效支持这些客户。通过创新解决方案和战略协作，凯捷和西门子准备好支持向低碳经济的转型。 •将项目移交给运营部门，包括所有数字化信息、文件 、程序手册（操作和维护手册）、资产中部署的设备和仪器的3D模型以及安全和监管审批。 •从第一天起高效运营，通过可访问并可激活的数据优化工艺参数，平衡生产效率与质量，同时保持有效的能源利用。 这篇论文将提供重要的见解，说明Capgemini和Siemens如何为业主、运营商和EPC公司提供咨询服务和支持 ，帮助它们实现目标并克服规模化和工业化低碳市场技术所面临的挑战。 本文的范围 这篇论文探讨了可以降低LCOH的数字化杠杆，并展示了Capgemini和Siemens的联合价值主张，说明了具有整体数字孪生概念的数字化➴气工厂对降低LCOH的关键作用。它涵盖了➴气项目从投资决策、基础工程 、工厂工程和建设到运营的所有阶段的成本。 机会分析 &项目启动 可行性study Process工程 装置和包装单位工程 Construction 包装单元一体化 FAT Operations 图3-项目阶段 该论文的重点在于电解生产➴气，但仅涵盖了西门子和凯捷在➴领域更广泛范围的一小部分。他们的技术专长和行业洞察力还延伸至➴气的分配、衍生物生产、利用 ➴气实现工业、交通和能源领域的脱碳化。作为难以减排领域的补充资产， 电气化面临经济或技术挑战的行业，➴可以发挥关键作用。 例如，通过高级数字解决方案优化转换过程，可持续航空燃料、甲醇和氨的生产可以利用低碳➴，从而提高效率、可持续性并减轻财务和技术风险。 绿色 (NEW) 生产Distribution用法 能源 H生产 1) 2 运输前处理 储存和运输 结束扇区 H2 Coal 气阳离子 Coal Steam甲烷改革 自然gas Battery存储 ， Water电解 (包括提升 电解槽的生产) Gridmgmt. Renewable能量 (例如，太阳能wind) 碳➴化合物(包括甲醇etc.) 氨 作为能量载波 Liqueed ➴气 ➴气压缩和 purication 卡车运输(例