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1、 Public 你的矿准备好拥抱绿色氢转型了吗?全球采矿和金属行业观点全球采矿和金属行业观点 Protect.Transform.Sustain.Public 行动纲要行动纲要 随着采矿业努力减少碳排放,企业正在迅速采用新技术实现能源转型。其中一项正在兴起的技术是利用氢能(特别是绿氢),氢能的使用有望实现大量的温室气体减排效益和商业机会。为了利用这一潜力,企业必须进行综合评估以确保对可能阻碍大规模部署氢能所带来的风险、运营方面和可持续性影响有所考虑 向包括绿氢在内的可再生能源系统的转变需要商业和运营转型,这种转型如果计划和实施得当,可以在这个行业中产生有意义的、更环保的变化。这种转型将需要业务
2、模式的演变、核心业务和运营流程的重新调整、新技术的大规模部署、建立必要的组织能力(内部和与合作伙伴),以及确保正确的心态和行为到位,以着手并维持变革。02 Public 采矿中的氢气:不可避免的转变 采矿和金属行业的温室气体(GHG)排放量约占全球总量的8%,其中范围1和范围2的排放是由采矿作业直接或间接造成的,例如,用于为矿山供电的电力消耗,一些特定类型的采矿作业还会导致大量的散逸性排放。此外,范围3的排放是由开采的矿物的所有其他间接用途造成的,这也是采矿和金属行业的全球温室气体(GHG)排放量占据更大份额的原因。1 1 矿业公司设定的脱碳雄心和目标正在加速其运营中新能源和燃料来源的整合,以
3、实现GHG排放目标。可再生能源和替代燃料正成为矿工负担得起的选择,他们用它来挖掘、粉碎、运输和加工矿物和金属。这些技术的迅速采用正在改变现代矿山的设计、运营和管理方式。此外,随着绿色技术领域和更广泛的能源生态系统的快速发展,可能会带来一系列新的机遇以及战略和运营问题,例如:我们是否应该超越传统的核心业务,成为能源生产商?是否有其他的商机可以挖掘?这是否在经济上有吸引力吗?我们现在负担得起吗?我们将面临哪些新的/不断变化的业务和运营风险?我们是否准备好进行转型,能否妥善实施?事实上,许多矿业公司已经发现可再生能源(包括氢)所带来的商机,并积极参与相关的生态系统。一些企业已经开始改变商业模式,由矿
4、产和金属生产商转变为能源生产商,因此,他们的业务、运营和风险状况正在发生重大变化。除了减少温室气体排放之外,高管在考虑实现更广泛的可持续发展承诺时,还将面临更为复杂的问题,例如水资源管理、土地和生物多样性、健康和安全以及社区发展,这些都需要对挑战和机遇进行全面评估。在这种更广泛的能源转型背景下,氢被吹捧为一种绿色燃料,在未来几十年的能源转型和行业脱碳中将发挥着重要作用,预计到2050年,氢能将占能源需求的12-20%左右,其中绿氢占很大一部分。2 特别是在采矿和金属行业,氢气将在能源组合中扮演越来越重要的角色,并成为化石燃料的可行替代品以及额外的商机。尤其是在非洲、中东、大洋洲和美洲等具有绿色
5、氢气技术潜力的地区和国家。1.来源ourworldindata.org,Hannah Ritchie and Max Roser,“Emissions by Sector”2.来源:IRENA 2022 Report 03 Public 水管理生态系统(可能包括海水淡化)水电 氧气 氘 氘 氘 氘氘 O2至下游金属加工厂(如熔炉等)。)H2到下游金属加工厂(如还原剂)加油运输卡车车队 可再生发电 农业光伏 农业 电解 H2压缩&存储 氘 H2加油站 地面运输车辆和其他轻型车辆的燃料 后勤业务燃料(火车、海运、卡车)绿色氨 N2 生产 NH3 炸药 H2生产集成到更广泛的H2基础设施中(如H2枢
6、纽、走廊)ASU或氮气储存 硝酸氨厂 爆破图图1:1:采矿作业中绿色氢气生产和使用的简化示意图采矿作业中绿色氢气生产和使用的简化示意图 使用绿色氢气进行采矿作业可以提供多方面的使用绿色氢气进行采矿作业可以提供多方面的 H H 物质利益物质利益:2 采用绿氢可以帮助GHG还原。特别是在矿山运输中。据估计,目前有大约28,000辆大型矿山运输卡车在运行,每年总共排放超过6,800万吨二氧化碳。使用柴油作为燃料的矿山运输车辆每年消耗超过一百万升柴油,占矿山总排放量的30%-80%。3而氢气可以提供一种可行的替代品。去除对采矿人员健康有积极影响的柴油微粒 降低地下采矿的通风负荷要求,从而进一步降低能耗
7、和资本支出/运营支出成本 与BEV(和手推车辅助BEV)相比,H2燃料电池EV(FCEV)卡车往往在采矿环境中提供更大的操作灵活性。例如,与BEV相比,FCEV具有更高的能量密度,这种重量差异在重型运输类别中提供了一个关键优势。3.(来源:ICMM)04 N2N2 Public 许多研究预计,在未来十年,绿氢生产成本将大幅下降,燃料电池电动车(FCEV)矿用卡车的总拥有成本将有所改善,从成本角度来看,H2将变得更具吸引力和可行性。例如,澳大利亚的一份针对清洁能源金融公司的氢市场研究(2021年5月)分析了H2燃料电池电动汽车(FCEV)在矿用卡车应用中与柴油燃料(ICE)和手推车辅助(TA)电
8、动汽车相比的成本竞争力,并预测在2030年后,尽管资本成本较高,但FCEV卡车的成本预计会低于柴油燃料电池电动汽车,因为燃料和操作成本较低。450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 基本车辆(包括汽车减去基本燃料成本的残基本燃料成本 碳成本 电池、燃料电池和存储配送成分销成本 运营和维护 台车辅助资本支出 此外,在能源系统彻底转型的背景下,从事绿氢的矿山可以释放出一系列新的业务 机会,需要战略决策,例如:在更广泛的可再生能源/氢经济中,从(仅)消耗转变为生产和供应电力和氢 成为更广泛的水资源管理区域价值链中的关键角色 在下游炸药制造领域扩张 通过农业光伏模式从土
9、地中获取更高的价值。图图2:2:采矿卡车的拥有成本采矿卡车的拥有成本(美元美元/小时小时)4 另一项旨在支持南非氢经济战略的研究预测,到2030年,莫加拉克维纳/林波枢纽的H2生产成本将大幅降低,尽管与蓝氢或灰氢生产相比,预计仍会出现“绿色溢价”(图3)。总之,氢气不仅仅是采矿作业中重型卡车的燃料,而且已经成为许多矿工更广泛的业务和运营转型之旅的一部分。4.来源:澳大利亚氢市场研究,2021年5月 5.来源:南非氢谷最终报告,2021年10月 05 FCEV BEV+TA 今天(8030小时/年)FCEV BEV+TA ICE 长期(8030小时/年)拥有成本(澳元/小时)Public 绿色氢
10、的采用正在增加 过去,氢已经广泛用于金属加工,例如在某些金属提取过程中作为还原剂,或在加工炉中作为燃料的混合物,但在传统的上游矿区并不常见。然而,随着前文所述的背景,许多矿业公司正在积极探索和推动一系列措施,以在其能源组合中采用绿氢,并将其作为一种新的商业来源。有关特定矿业公司正在实施的与氢相关的主要计划的概述,请参见第18页的附录。特别是,我们已经看到矿工们正在采取的四种举措特别是,我们已经看到矿工们正在采取的四种举措:1.绿绿氢氢生产和燃料替代生产和燃料替代:在一系列重型车辆和设备中采用绿色氢作为燃料,从大型矿山运输卡车到交通工具(如铁路)、钻机和其他地面移动设备(如长途汽车/公共汽车)。
11、特别是,许多公司现在正处于早期的大规模应用阶段,并计划在未来5-10年内扩大规模。2.矿物矿物/金属降低下游部门的碳足迹金属降低下游部门的碳足迹:改善生产的矿物/金属的碳足迹,以满足下游的低碳要求。这对许多大宗商品和价值链来说正变得至关重要,例如作为炼钢价值链一部分的铁矿石。新出台的法规(例如最近的全欧洲电池法规)将进一步提高碳的透明度和关键矿物更广泛的可持续性表现。3.商业模式演变商业模式演变/扩展扩展:利用可再生能源/氢经济将商业模式从矿物和金属生产扩展到绿色能源(例如:FMG和英美资源集团)。4.通过伙伴关系、联盟和其他机制扩大生态系统通过伙伴关系、联盟和其他机制扩大生态系统:矿业公司正
12、在积极构建或参与更广泛的能源转型生态系统,旨在进一步影响、支持和推动投资、技术进步,抓住能源转型和脱碳带来的更广阔的商机。06 Public 如何将绿色氢大规模整合到采矿作业中 氢及其危险特性并不新鲜。但是氢气还没有大规模使用,特别是在采矿作业中(例如露天/地下矿山)。虽然许多潜在的利益和机会似乎更加清晰,但预计采用的规模和范围需要全面评估,这可能阻碍大型采矿作业大规模部署的风险因素、运营挑战和可持续性影响,并评估整个组织所需的重大变革。了解进入氢经济的参与者及其供应链的成熟度同样重要,因为有些企业可能缺乏必要的经验和资格。重要的是要认识到,在运营矿山的背景下大规模采用(绿色)氢气远远超出了设
13、计、建造和调试氢气生产设施以及改造整个卡车车队的技术层面。如果这已经是一项需要严格管理的大投资,它只是所需整体变化的一小部分。向包括绿氢在内的完整可再生能源系统的转变需要矿山整体的业务和运营转型,包括业务模式演变、核心业务和运营流程的重新调整、大规模新技术的成功部署、建立必要的组织能力(内部和与合作伙伴),以及确保正确的心态和行为到位以启动和维持复杂的转型(图4)。图图4:dss+4:dss+业务转换框架业务转换框架 07 商业模式商业模式 操作系统操作系统 核心流程核心流程 能力和领导力能力和领导力 文化和行为文化和行为 商业和社会商业和社会价值价值 创新和数字化创新和数字化 可持续发展(包
14、括净零)愿景和目标 新的商业模式 技术/用例识别和可行性 资产组合准备情况评估 转型路线图 核心流程重组 风险管理 基本建设项目 供应链/采购 资产管理 运营管理(包括物流)数据和系统、基础设施 技术技能发展/提高,例如氢技术、氢安全、综合可再生能源系统 领导能力调整和发展 心态、行为和文化转变 组织仪式/例程对齐 内部/外部利益相关者管理 治理(监督、保证)组织一致性 绩效管理/KPI 资本分配、投资计划和执行 持续改进 Public 我们发现了支撑绿色氢气在矿山成功大规模部署的五个关键操作方面,我们将在下文中进行探讨 1.1.风险状况的变化风险状况的变化 需要对整个资本项目生命周期和更广泛
15、的供应链有更深入的理解和主动管理。需要对整个资本项目生命周期和更广泛的供应链有更深入的理解和主动管理。总体而言,可再生能源和氢气的全面整合将显著改变矿山的业务和运营风险状况。大规模部署新技术和在整个矿场处理大量氢气,会使运营面临火灾、爆炸和电弧闪光等严重后果的意外事件,这需要在整个资产生命周期(“从摇篮到坟墓”)对运营风险管理、资产完整性和可靠性计划进行全面审查和调整。风险降低将依赖于有效的设计、材料选择和工程控制,这些控制的完整性和功能性需要随着时间的推移得到高度的操作规程的保证。此外,新兴技术可能会带来大规模的成本和性能不确定性,这仍需要通过严格的技术开发流程来更好地理解。进入可再生能源和
16、氢经济的新供应商也将带来机遇和风险。国际/国家规则、标准和治理的快速发展将影响技术相对于其他技术的进步,建立新的氢认证流程和授权,从而影响选项、时间和成本的可行性。生产和出口能源的矿业公司/地点也将面临不断变化的市场、商业、生产和物流风险。安全、高效和可靠地过渡到新能源系统需要在战略规划、资本分配和预算编制、资本项目管理以及运营和资产管理过程中嵌入强大的基于风险的方法和能力,以有效地管理不断变化的风险状况,并抓住氢应用可能带来的机遇。另请参阅过程安全风险概要的深入了解,以了解更多见解(见第14页)。不断变化的业务不断变化的业务/运营风险状况运营风险状况(示例示例)供应链供应链 (包括合作伙伴包
17、括合作伙伴)监管系统的不确定性和演变,包括基础设施的可用性/开发。技术的技术准备和操作准备。与产品/服务/技术供应商的战略伙伴关系、合同和商业模式的充分性(包括关键能力)。整体综合能源系统的可靠性、容量和效率。技术和资产技术和资产 操作操作 水的可用性、质量和土地使用/优化。关键资产/设备的完整性、关键备件和库存管理、关键设备的质量保证和控制(从摇篮到坟墓)的完整性 组织组织 不必要的大后果事件。图图5:5:关键风险源关键风险源 08 u u Public 2.2.资产完整性和可靠性资产完整性和可靠性 氢处理设备的特定故障模式要求彻底加强资产完整氢处理设备的特定故障模式要求彻底加强资产完整性和
18、可靠性策略和计划。性和可靠性策略和计划。石化行业非常熟悉在具有挑战性的工艺条件(高温和高压)下大量使用氢气,并制定了安全可靠操作的具体技术和资产管理策略。首先,氢的高渗透性和扩散性在密封性方面提出了几个设计挑战,而它在钢中的扩散性提出了几个对材料选择和相容性敏感的降解风险。因此,工程和设计阶段的设计知识以及制造和安装阶段的质量保证对于氢技术至关重要,尤其是在需要考虑来自外部环境的可信扰动载荷的恶劣环境中。将设备维持在设计规范和安全运行限值内的重要性是一个合乎逻辑的后续要求,以避免失去密封,从而可能导致灾难性后果。流程工业也在该领域提供成熟的实践,其中工作管理围绕明确定义的流程安全管理概念构建,
19、包括:维护和可靠性(M&R)战略和策略,以避免过早的在役设备或系统故障。这可能包括,例如,充分的检查和腐蚀程序,关键联锁的彻底全回路测试;M&R涉及的服务、零件和材料的质量控制(如阀门、垫圈、安全装置、仪器仪表);纠正性维护和修理的优先顺序和有效管理;可靠性工程实践和缺陷消除;使用特定指标跟踪维护计划的遵守情况,以及设备完整性和可靠性性能,从未遂事件或性能标准偏差中主动学习。虽然这些概念很熟悉,但过去事实表明,采矿等高度危险的作业需要更高水平的作业纪律,以确保安全可靠的资产和作业。需要对资产完整性和可靠性计划进行彻底审查,以确保它们适合风险状况的重大变化。09 Public 3.3.技术成熟度
20、和创新组合管技术成熟度和创新组合管理理 需要对技术解决方案的可行性和潜在影响进行需要对技术解决方案的可行性和潜在影响进行平衡评估。平衡评估。例如,在水电解领域,除了AEM电解槽等更成熟的技术之外,一系列新技术正在出现。准备程度是可变的,可能会在未来几年快速发展,围绕技术可行性、成本、安全性和效率,尤其是在大规模应用中,存在许多不确定性(图6)。总是有商业压力要尽快推进到商业规模的设施。在化学工业中有许多这样的例子:积极的扩大规模导致工厂按设计运行面临重大挑战。例如,在一家全球化学公司实施一种新的制冷剂技术以去除氯氟化碳的过程中,设计和建造了一个示范工厂,预计将被一个更大的商业装置取代。更大的商
21、业装置从未建成,示范装置继续运行了25年。像这样的情况需要在设施设计期间加以考虑。一个公司可能必须开发一个项目组合来帮助它实现目标,并假设一些项目不会成功。图图6:6:一系列水电解技术的技术和商业准备程度一系列水电解技术的技术和商业准备程度6 6 6.来源:牛津能源研究所,2022年1月。10 Public 4.4.基本建设项目基本建设项目 鉴于采用氢能所需的变革的规模和复杂性,将传统鉴于采用氢能所需的变革的规模和复杂性,将传统的的“瀑布瀑布”与进一步的敏捷方法相结合的强大的项与进一步的敏捷方法相结合的强大的项目管理能够实现更好的风险管理和结果。目管理能够实现更好的风险管理和结果。目前氢的生产
22、成本很高,全球的主要目标是降低其成本。这个目标给项目经理带来了压力,要求他们将正在进行的和近期的项目控制在预算之内(资本支出)。在新技术占相当高比例的资本项目中,由于施工/调试期间未计划但必要的设计变更,控制成本变得更加困难。此外,在矿业公司对当地供应商有强烈承诺和义务的特定司法管辖区,由于整个供应链尚未开发,大型氢项目所需的能力和技能不足可能会带来额外风险。在采矿中推广氢气需要在总体方案管理框架下规划和执行一系列不同的项目。在这方面,应根据项目类型和项目风险水平使用传统的瀑布方法或“敏捷”方法来管理项目篮子。瀑布式交付方法通常用于在价值链中开发成熟和稳定的要素。如果正确实施,该方法可以为公司
23、带来大量的成本和进度效益。在高风险项目中,尤其是那些涉及新技术或重大组织变革的项目,采用敏捷方法可能更为合适。虽然该方法具有迭代和实验的性质,这种方法允许矿工采取谨慎的方法,同时逐步增加容量并最终增加业务价值。这些增量(或模块)提供了许多好处:随着每次迭代,一个完整功能的模块(或者项目)被交付,从而展示进展,建立信心,并且更早地交付有形的结果 随着矿工在项目结束前多次经历整个项目周期,技能转移势在必行。这有利于当地技能的发展,并提高对项目的支持 随着组织沿着学习曲线前进,它获得了以更快的速度实现未来模块的能力。随着组织的学习,风险逐渐最小化 提供更高的灵活性,以接受其他技术并将新的知识融入未来
24、的模块中,以在此过程中进行更好的实验。总之,扩大氢能规模需要一套互补的方案和项目管理方法,以最小化风险,最大化整个过程中交付的价值。11 Public 5.5.合作伙伴和供应商合作伙伴和供应商 氢能需要一种协作的方法,有适合目的的战略伙伴氢能需要一种协作的方法,有适合目的的战略伙伴关系、合同模式和适当的承包商管理实践。关系、合同模式和适当的承包商管理实践。目前,氢价值链仍处于初级阶段;组件是成熟的,并得到良好的发展,而其他的则不是。新的和快速发展的技术可能意味着需要新的供应链来支持大规模部署(例如技能、维护、备件、运输网络)。在一开始,承载能力不足的情况下,建立全新的基础设施或供应链来支持新技
25、术可能具有挑战性。虽然政府可以通过适当投资和政策发挥关键作用,但公司将也需要在支持这些发展方面发挥积极作用。事实上,在这种不断发展的情况下,矿业公司需要建立新的合作关系和专业供应商。然而,新的“未经测试的”供应商进入矿业公司的供应商组合也存在风险。业务和承包模式、外包和内包模式、治理和监督机制的适应和演变至关重要。除了与原始设备制造商或技术/能源公司建立战略伙伴关系外,还需要与一系列规模较小但专业化的本地供应商建立更加开放、真正合作的关系,致力于开发和交流新的技能和能力。然而,如果供应商的选择主要基于成本和短期目标,这种情况就不会发生。例如,在新设施或技术的设计过程的早期阶段,需要与相关合作伙
26、伴/供应商共同完成风险评估。dss+与一家正在实施新技术的全球矿业公司合作,审查该技术带来或改变的关键运营风险。审查的质量和深度的一个关键成功因素是供应商共享特定的技术相关信息,这对实现更安全的运行至关重要。最初,由于知识产权问题,人们不愿意分享详细信息,但通过正确的伙伴关系模式和有利的合同框架,这一问题得到了有效解决。这种合作模式有助于在公司的经营区域建立临界质量,提高竞争力,压低价格,改善技能供应,同时也有助于建设当地基础设施和改善经营许可。此外,与地方/地区政府的密切伙伴关系和合作对于帮助制定相关立法、确定互利发展项目的范围以及从这种伙伴关系可能产生的特许权中获益至关重要。12 Publ
27、ic 压力测试您的可再生能源和氢转化之旅 总之,采矿中氢气转化的复杂性不应被低估。全面综合的方法对于安全、可靠和有效地采用新技术和系统至关重要。一旦您意识到在采矿作业中采用氢气所涉及的风险情况有显著变化和潜在的新商业机会,就应利用它来协调整个业务和运营的转型,超越技术和工艺方面。事实上,这将需要一种变革性的方法,重点是建设组织能力、新能力以及与合作伙伴、供应链和商业生态系统中更广泛的参与者的成熟参与和合作。因此,采矿公司在未来几年从最初的试点应用转向大规模实施时,严格的运营转型准备流程将会有所帮助,主动标识主要缺点或潜在挑战,并调整发展路线图和计划,以降低风险并实现业务成果最大化。了在如此复杂
28、和多方面的过程中推动和保持势头,在整个组织中实施强有力的、亲自动手的变革管理举措的必要性再怎么强调也不为过。考虑到要解决的创新水平和不确定性,需要促进积极主动的学习心态,并及时提供反馈,将任何学习纳入转型的各个方面,这些举措将为您成功做好准备。同时,从“摇篮到坟墓”的高水平运营纪律将支撑采矿中氢气的可行性和可持续性,在所有受影响的业务和运营流程中发挥着重要作用。13 Public 深入探究 改变矿山的工艺安全风险状况 众所周知,氢气的特殊化学和物理特性带来了众所周知,氢气的特殊化学和物理特性带来了独特的挑战和危险独特的挑战和危险:在第8页,我们讨论了在矿山成功部署绿氢的运营方面。具体来说,我们
29、注意到可再生能源和氢气的大规模完全整合将在三个方面显著改变矿山的业务和运营风险状况:运营、技术和资产以及供应链和合作伙伴。在这一需要深入部分,我们将探索因采用绿氢而导致的矿山工艺安全风险状况的变化。高可燃性范围(在空气中为4%-75%)H2在管道中流动时会产生静电荷 与其他燃料相比,非常高的火焰测试,但热辐射低 非常低的点火能量(0.017 mJ)容易点燃并产生火灾或爆炸 氢气泄漏/安全壳丧失期间产生的静电火花 高燃烧速度,导致高爆炸潜力 氢气火焰肉眼不可见,所以很难发现 导致严重的冻伤 氢会以特定的机制侵蚀设备和管道材料(如氢致开裂、氢侵蚀、起泡)14 Public 氧氧气气 氘氘 氘氘 氘
30、氘 氘氘 任何H2泄漏都会造成爆炸性气体形成的重大风险;H2还可以改变甲烷气体的爆炸范围 产生的电力会造成触电死亡的危险和火源 机械缺陷,例如由于制造或安装问题 配件、管道、泵和压缩机密封件、阀门、法兰等的密封失效。氢脆、低温脆化、起泡、金属氢化物形成等。管道运输:由于一系列故障机制,如外部干扰、地面运动等,导致密封失效。公路/铁路/船舶运输:类似于液态氢储存的危险和有害事件的范围。车辆碰撞和装载/卸载操作 从绿从绿氢氢的生产到采矿和金属加工作业中的最终用户,氢生命周期中的主要危险和主要有害事件的生产到采矿和金属加工作业中的最终用户,氢生命周期中的主要危险和主要有害事件 下图显示了一个可能的矿
31、山绿色氢系统配置示例,以及与系统组件相关的主要危险和重大不良事件。关键危险/重大不良事件 下游金属加工厂下游金属加工厂 (例如熔炉等。)水电水电 电解电解 H2H2存储和压缩存储和压缩 H2H2加油站加油站 下游金属加工厂下游金属加工厂 (例如还原剂)加油运输卡车车队加油运输卡车车队 将将H2(H2(如公路、铁路、船舶、管道如公路、铁路、船舶、管道)和燃料运输和燃料运输到地面运输车辆到地面运输车辆(如长途汽车如长途汽车)*注:关于水电解,适用的安全和工艺安全危险以及重大不良事件也取决于所采用的具体技术。水电解的一些最常见的技术是碱性电解(已经被证明用于大规模和持久的应用,显示出较低的资本支出和
32、维护成本)、质子交换膜(优选的,因为它们对瞬时功率下降更敏感,例如来自不太可靠的可再生资源)、可逆固体氧化物电池(是在较低的电力消耗下提高H2产量的有前途的技术)等。液态氢储存液态氢储存:低温脆化和灾难性障 膨胀蒸汽爆炸 H2储存容器的部分或全部隔热丧失,导致高压和灾难性破裂的可能性 压力下的气态氢压力下的气态氢:由于一系列导致物理爆炸的原因导致密封失效 高压H2泄漏/释放(喷射火、蒸汽云爆炸)具有爆炸可能性的气体交换 电弧闪光危险 可能致命的触电危险 15 Public 深入调研 考虑到氢气的性质、体积和必要的操作条件,与类似氢气装置相关的工艺安全风险一直很高。在过去的几十年中,各个行业(如
33、石油和天然气、化工、金属、电力、交通等)都发生了与氢气相关的事故,其数量多达成千上万。虽然全球存在大量事故数据库,但HIAD(氢气事故和事故数据库)包含大约15年时间内收集的700多个事件,涉及氢气生产、运输、分配、加油站、化学/石化设施、实验室/R&D和其他应用。有趣的是,48%的登记案例导致了爆炸,这进一步凸显了氢气的固有危险(图7)。氢气事故统计(资料来源:HIAD数据库706项活动)16 Public 深入调研 导致与上述类似的不必要事件的过去事件包括导致与上述类似的不必要事件的过去事件包括:北卡罗来纳州朗维尤的北卡罗来纳州朗维尤的OneH2OneH2氢燃料厂氢燃料厂(2020(202
34、0年年):):爆炸,冲击波在数英里外都能感觉到,并损坏了约60栋住宅楼 韩国江陵江原科技园韩国江陵江原科技园(2019(2019年年):):氢气罐爆炸,导致2人死亡,6人受伤 加利福尼亚州圣克拉拉的空气产品设施加利福尼亚州圣克拉拉的空气产品设施(2019(2019年年):):油罐车爆炸,严重损坏了氢转移填充设施油罐车爆炸,严重损坏了氢转移填充设施 挪威挪威UnoUno-X X加油站加油站(2019(2019年年):):一个氢气加油站发生爆炸,导致所有Uno-X加油站关闭,燃料电池汽车暂停销售 华盛顿州华盛顿州AnacortesAnacortes的的TesoroTesoro炼油厂炼油厂(2010
35、(2010年年):):热交换器因高温氢攻击而破裂,导致爆炸,造成7人死亡 意大利都灵的意大利都灵的Porta SusaPorta Susa站站(1991(1991年年):):在液态H2失去隔热、升温和加压后,低温轨道罐的全部内容物被释放到大气中。H2在没有点燃/没有着火或爆炸的情况下扩散到大气中。将风险状况降低到可接受的水平需要大量的设计和工程控制,这些控制需要从早期设计阶段就纳入进来,并在将风险状况降低到可接受的水平需要大量的设计和工程控制,这些控制需要从早期设计阶段就纳入进来,并在资产的整个生命周期内以期望的完整性、可靠性和可操作性小心维护。资产的整个生命周期内以期望的完整性、可靠性和可操
36、作性小心维护。质子交换膜电解槽中典型的预防和缓解控制措施包括质子交换膜电解槽中典型的预防和缓解控制措施包括:材料选择(适用于H2脆化、腐蚀、H2侵蚀、起泡)符合PED指令要求的压力系统/设备 外壳中的通风系统(足够的通风率、过程控制、检测、应急电源,如UPS、联锁和关闭系统)防漏连接(首选焊接连接、最小化接头/装配连接、适当的泄漏测试)温度传感器(例如,在电池组、隔间等中。)带温度联锁 具有联锁功能的压力监控 所有加压系统上适当位置的减压装置 适当位置的氢检测系统,带有紧急关闭功能 接地 所有安全/应急组件的UPS备份 每个隔间都有带传感器的火灾探测器 检测氢火焰的热探测器(如红外热探测器)1
37、7 Public 附录 许多领先的矿业公司已经制定了他们的脱碳目标,并积极实施计划来实现这些目标,包括氢。许多领先的矿业公司已经制定了他们的脱碳目标,并积极实施计划来实现这些目标,包括氢。其中一些应用概述如下其中一些应用概述如下 公司公司 脱碳目标脱碳目标 关键氢应用项目关键氢应用项目/倡议倡议 范围1和2:8项资产到2030年实现碳中和 与2016年基准相比,到2030年能效提高30%,GHG绝对减排30%到2040年,所有业务实现碳中和 范围3:与2020年基线相比,到2040年将范围3的足迹减少50%到2040年控制海运中的碳中和 建立上游和下游伙伴关系以促成变革 范围1和2 到2030
38、财年,运营资产的运营GHG排放量比2020财年至少减少30%到2050年实现净零排放 范围3 到2050年,直接供应商的运营GHG排放量为零;以及所有必和必拓产品运输的GHG排放 到2030年,必和必拓租船运输的排放强度降低40%南非H2谷:英美资源集团计划在南非建造一个氢谷,从林波波省富含铂族金属的Bushveld地质区延伸835公里 绿色H2生产:到2030年,在其7个露天开采场地开发绿色H2生产系统,每个场地有3-8个H2加油设施(取决于车队规模)H2动力矿用运输卡车:计划在2030年前将这些地点的所有柴油动力矿用运输卡车转换为绿色H2动力 重载货运铁路:探索英美资源集团专有的H2燃料电
39、池和电池混合动力装置在重载货运铁路运营中的应用 低碳炼钢:研究适用于基于天然气和H2的直接还原(DR)炼钢的铁矿石球团和铁矿石块 H2在炼钢中的应用:在炼钢中使用氢气的可行性研究,以及适合DRI生产的铁矿石混合物 与其他钢铁公司合作研究H2的潜在用途:必和必拓与中国宝武、JFE钢铁和HBIS合作研究炼钢中氢的使用。必和必拓还与POSCO签署了谅解备忘录,合作研究炼钢解决方案 R&D与大学合作:R&D与哈奇和纽卡索大学合作,研究将氢气注入改造后的高炉 7.来源:公司年度报告 18 Public 脱碳目标脱碳目标 关键氢应用项目关键氢应用项目/倡议倡议 公司公司 脱碳目标脱碳目标 关键氢应用项目关
40、键氢应用项目/倡议倡议 到2030年将GHG排放量减少70%100%清洁能源电网 地下矿山100%电动化 将拖运卡车(HT)排放量减少10%为智利在2050年实现碳中和的挑战做出贡献 范围范围1 1和和2:20302:2030年的目标年的目标(基线基线:2018:2018年年)将美国铜业运营的排放强度降低15%到2030年,将PT-FI运营的排放强度降低30%将大西洋铜冶炼厂和精炼厂的排放量减少50%将原生钼矿的排放量减少35%零排放拖运卡车:目前正在评估不同的能源类型,如锂电池、绿色氢和用于大型拖运卡车的合成燃料 H2动力采矿卡车在智利运营中的原型测试:计划在智利铜矿运营中开始测试由氢燃料电
41、池驱动的采矿车辆的可扩展演示原型 R&D关于冶炼厂使用H2的问题:Codelco也在研究在钢铁和铜冶炼厂使用氢的可行性 减排方面的H2:为了到2030年减少70%的排放,Codelco计划通过氢燃料和太阳能项目的创新使用清洁能源 过渡到电动和H2动力拖运卡车:计划将其柴油卡车和其他机械转换为电力或氢动力。然而,公司仍不清楚过渡的成本。它目前运营600辆拖运卡车(大约。)智利和秘鲁拖运卡车使用H2联盟成员:加入了H2-智利和H2-秘鲁两个联盟,主要致力于在拖运卡车中使用氢,并支持更广泛的能源转型 范围1和2:到2030年实现碳中和 范围3:到2040年范围3净零排放 向综合能源和资源公司转型 F
42、ortescue Future Industries(FFI)是一家全球绿色能源公司,是Fortescue Metals Group的子公司,致力于从100%可再生资源生产零碳绿色氢气 绿色H2生产:在许多地方开发绿色H2生产设施(如澳大利亚、新西兰、埃及、吉布提共和国)H2动力车辆/设备:在H2的试验技术,用于火车、轮船发动机、拖运卡车和钻机的氨和电池动力 19 Public 脱碳目标脱碳目标 关键氢应用项目关键氢应用项目/倡议倡议 公司公司 脱碳目标脱碳目标 关键氢应用项目关键氢应用项目/倡议倡议 总排放量(范围1、2和3)在2019年的水平上,到2026年将总排放量(范围1、2和3)减少
43、15%,到2035年减少50%到2050年实现净零排放 拉格伦煤矿风力发电H2储能装置:自2015年起,嘉能可的拉格伦矿(加拿大魁北克省)就在一个微型电网上运行,该电网由连接到氢能存储单元的北极级风力涡轮发电机供电 蓝色H2发展:投资一系列低排放技术,如CCUS,这将减少煤炭和其他化石燃料的排放,并有可能提供一条生产蓝色氢气的途径 开发可再生能源H2的碱性电池系统:Nel氢电解槽公司赢得了一份合同,为位于挪威Kristansand的Glencore Nikkelverk公司提供碱性电解槽系统,以生产可再生能源氢 探索H2生产的CTSco项目:嘉能可全资拥有的碳运输和储存公司(CTSCo)项目有
44、潜力支持未来的行业,包括氢气生产,同时也有助于 澳大利亚和昆士兰州政府的气候和减排目标 范围1和2 到2025年减少15%的碳排放,到2030年减少50%(基线:2018年,以公平为基础)到2050年所有业务的净零 范围3 到2050年,船舶净零排放,到2025年,强度降低40%利用H2开发HBI:追求一个项目,以生产热压铁(HBI)与高 加拿大的品位铁矿石和氢基绿色氢 皮尔巴拉H2 DRI和熔炉:评估从皮尔巴拉矿石和绿色H2生产并在电熔炉中加工的中等品位直接还原铁(DRI)氧化铝精炼中的H2:在Yarwun氧化铝精炼中用绿色H2替代天然气的潜力;塔斯马尼亚贝尔湾冶炼厂H2生产用电解槽。H2动
45、力运输卡车:零排放采矿运输解决方案的开发,可使用各种电源,包括电池和氢气 支持EH2公司筹集资金:支持EH2公司筹集资金,开发高产量、低成本的氢电解槽 绿色H2发展伙伴关系:与澳大利亚和加拿大的各种实体/公司建立了使用绿色氢的伙伴关系 20 Public 脱碳目标脱碳目标 关键氢应用项目关键氢应用项目/倡议倡议 公司公司 脱碳目标脱碳目标 关键氢应用项目关键氢应用项目/倡议倡议 到2040年范围1和2要实现的集团碳中和 到2025年碳排放减少27.3%的目标(2010年基准)将GHG的排放量限制在2022年7.7吨二氧化碳当量的碳预算内 发展绿色H2技术:试验大规模存储和绿色H2以促进 可再生
46、能源在能源组合中的渗透率更高 太阳能发电厂促进H2的生产:50兆瓦的光伏太阳能发电厂正在西Wits开发,有望帮助建立一个绿色的H2生态系统 R&D为绿色H2生产开发电解槽:与贺利氏合作开发新型电解槽催化剂,用于绿色H2生产 收购拥有H2专有技术的分析公司:2019年,它收购了SFA Oxford,该公司提供电池材料和贵金属的市场情报。通过他们,该公司利用电池金属、绿色氢和贵金属方面平衡的、基于科学的智能技术 范围1和2 到2030年将碳强度降低33%到2050年实现净零排放 到2025年净零范围2排放 到2025年,通过替代相当于1,000辆内燃机汽车,实现零排放交通 范围3 到2030年,航
47、运排放强度降低40%范围1和2 到2030年,将GHG绝对排放量减少33%(基于2017年)。到2050年实现净零排放 范围3 到2035年将范围3净排放量减少15%(基于2018年)探索H2在运输卡车中的应用:评估多种零排放运输方案,包括电池电动车和氢电池车 合作部署零排放运输卡车:该公司计划部署30辆卡特彼勒零排放大型运输卡车 包括从2027年开始在泰克矿业公司运营的卡特彼勒794超高级卡车 Teck预计最初将在其位于加拿大不列颠哥伦比亚省的Elk Valley炼钢煤厂部署零排放卡车 通过电气化减少排放:已将其2030年范围1和2排放目标的12%的减排潜力分配给“电气化”,包括电气设备、皮
48、带、电车、绿色氢(尽管未提及具体倡议/项目)和铁路混合解决方案 在H2用法的评估阶段;没有采取具体措施。据淡水河谷气候变化区域经理Vivian MacKnight称,“淡水河谷正在研究绿色氢的主题,但仍未致力于这一前沿。我们知道使用绿色氢是减少排放的一种可能性,但我们仍然需要监控这些项目的可行性和发展。”21 Public dss+采矿和金属行业领导者 Johan Coetzee 全球采矿和金属领导者 Bob Li 中国采矿和金属行业领导者 Wes Austerberry 澳大利亚和新西兰 矿业和金属行业领导者 执行发起人 Marco Pagnin 全球战略产业领导者 Michael Lu 中
49、国区总经理 Milchel.lu Milchel.lu Jeff Wen 中国卓越运营领导者 Jeff.WJeff.W Andrew Wilson 亚洲及太平洋地区 采矿和金属领导者 研究线索 Ana Mundim 全球战略计划负责人 关于关于dss+dss+dss+是领先的运营管理咨询服务提供商,旨在拯救生命,创造可持续发展的未来。dss+使公司能够建立组织和人员能力,管理风险,改善运营,实现可持续发展目标,更加负责任地运营。了解更多信息,请访问 Protect.Transform.S 2023 DSS Sustainable Solutions Switzerland SA.All rights reserve