Vätgasens horisont

Storskaliga Power-to-X och vätgasprojekt utgör toppen av teknologiska framsteg och komplexitet. Dessa satsningar innebär att beprövad teknik skalas upp till storlekar som aldrig tidigare designats eller testats.

Genom att integrera ingenjörsstrategier som RAM-studier (Reliability, Availability Maintanability) det vill säga tillförlitlighet, tillgänglighet, förmågan till underhåll - kan dessa hinder hanteras mer effektivt. Nya strategier och teknologiska framsteg kan var vägen framåt för en ökning och effektiv genomförbarhet av storskalig produktion av grön vätgas.

Utmaningar för storskaliga Power-to-X och vätgasprojekt

En av de främsta utmaningarna inom detta område är höga investeringskostnader. Den initiala investeringen som krävs för att etablera elektrolysanläggningar, anskaffa förnybar energi och etablera långsiktiga avtal och distributionsinfrastruktur är betydande. Den ekonomiska utmaningen kräver ofta betydande finansiering och stöd från både offentliga och privata sektorer. Dessutom kan den förlängda återbetalningstiden för sådana investeringar avskräcka potentiella investerare, vilket gör det avgörande att tydliggöra den långsiktiga ekonomiska hållbarheten för dessa projekt.

Tillgängligheten och tillförlitligheten hos originalutrustningstillverkare (OEM) att leverera kompletta elektrolysanläggningar, inklusive alla komponenter, är av stor betydelse för storskaliga vätgasprojekt. Att leverera detaljerade specifikationer och anpassningar som krävs för dessa hjälpsystem sker dock ofta i ett sent skede, vilket kan påverka projektets tidslinjer och innebära risker under uppstart och tidig drift.

Nästa utmaning är kopplad till integrationen av Balance of Plant (BOP)-komponenter, som inkluderar kylsystem, strömförsörjningsenheter och styrsystem, vilket krävs för drift av storskaliga vätgasprojekt. BOP-integration kompliceras dock av varierande projektspecifika yttre förhållanden och fluktuationer i förnybara energikällor, såsom sol- och vindkraft.

Säkerheten i storskaliga vätgasprojekt innebär att integrera multidisciplinära aspekter som processäkerhet, HVAC, och överväganden gällande arbetsmiljö. Det behöver även säkerställas att byggnader uppfyller säkerhetsstandarder och är utformad för vätgasproduktion, HVAC-system behöver implementeras för att förhindra faror, processer utformas för att minimera olycksrisker och ventilationssystem måste installeras för ett säkert utsläpp av vätgasen, samt skapa en säker, ergonomisk miljö för personalen.

Förbättrad framgång i projekt med RAM-studier: ett proaktivt metod för att optimera tillgänglighet och minimera risker

På AFRY ser vi hur optimal produktion beror på både teknisk prestanda och hög tillgänglighet. Traditionella projektutformningar förbiser ofta specifika tillgänglighetsbehov, vilket leder till överdimensionering eller onödiga risker under kritiska faser som uppstart och tidig drift. För att hantera dessa utmaningar använder vi RAM-studier. Detta tillvägagångssätt levererar kostnadseffektiva lösningar genom att optimera teknisk prestanda och tillgänglighet inom en acceptabel risk.

Genom att integrera dessa RAM-aktiviteter tidigt i designfasen strävar vi efter att minimera CAPEX- och OPEX-risker, vilket skyddar projektets investerings- och driftmål. Detta proaktiva tillvägagångssätt stämmer överens med våra kunders mål för operativ excellens och stöder långsiktig hållbarhet och effektivitet.

RAM-verifiering

AFRY utökar RAM-analysen till efterföljande projektfaser för att säkerställa att delsystem och utrustning uppfyller aktuella tillgänglighetskrav, vilket minimerar risker i design och säkerställer korrekt finansiell prognos. Viktiga aktiviteter inkluderar:

• Verifiering på delsystem- och utrustningsnivå: Detaljerade RAM-modeller används för att kartlägga processflöden och granska delsystemens tillgänglighetsprestanda.
• Återkommande granskning och justering: Upprepande granskning och justering av RAM-modellering för att åtgärda ineffektivitet och förbättra tillgänglighet.

Fördelarna för kunderna inkluderar minskad risk i design, vilket leder till en lägre risk för kostsamma designfel, förbättrad noggrannhet för CAPEX och OPEX, som i sin tur resulterar i tydligare kostnadsberäkningar. Det leder även till förbättrad projektpålitlighet och effektivitet, vilket hjälper till att uppnå tillförlitlighetsmål och minska stilleståndstiden.

Att integrera RAM-verifiering före det slutliga investeringsbeslutet (FID) ger en robust ram för att hantera projektets risker och kostnader, vilket förbättrar långsiktig framgång och hållbarhet. AFRYs erfarenhet av tillförlitlighetsrelaterade lösningar visar på betydande livscykelkostnadsbesparingar när operativ tillgänglighet adresseras tidigt.

Exempel

Ett exempel på ett Power-to-X-projekt innebar att noggrant definiera tillgänglighet genom att beakta projektets bakgrund. Detta inkluderade att kontrollera och omberäkna tillgänglighetskrav baserat på anläggningens prestandakapacitet för den finansiella modellen, definiera typerna av tillgänglighetskrav (tidsbaserade, produktionsbaserade eller en kombination), förstå olika tillgänglighetskrav för olika produktutgångar eller driftregimer, definiera kostnaden för otillgänglighet och fördela tillgänglighetskrav bland projektets intressenter.

Den målsatta övergripande produktionsbaserade tillgängligheten var 92,9% när planerade avbrott beaktades (Figur 1) och 96,7%, exklusive planerade avbrott. Denna definition gav en tydlig förståelse av anläggningens tillgänglighet för alla parter och beskrev de faktorer som ingick i den erforderliga tillgänglighetsnivån.

Denna målsatta tillgänglighetsdefinition hjälpte till att förstå riskerna med att inte uppnå det fastställda tillgänglighetsmålet, vilket påverkade NPV, IRR% och återbetalningstid avsevärt. Nästa steg innebar att genomföra en RAM-analys på huvudutrustningsnivå för designkoncept 1 baserat på felträdsanalys (FTA)-metodiken, inklusive avancerade tillägg för modellering av dynamiskt beteende. RAM-analysen visade en övergripande operativ produktionsbaserad tillgänglighet på 91,82 %, vilket är under målet på 96,7 % (Figur 3), vilket belyser behovet av förbättring.

Analysen påvisade i detalj den operativa produktionsbaserade tillgängligheten för olika delsystem, inklusive vattenbehandling, elektrolys, kylsystem, H2-torkning och rening, strömförsörjningssystem, tryckluftssystem, kvävesystem, H2-kompression, CO2-förvätskning, metanering, CO2-matning, metanförvätskning och CO2-matning.

Resultat från P2X RAM-studie

Det tredje steget innebar att utveckla designkoncept 1 för att förbättra produktionsbaserad tillgänglighet samtidigt som man beaktade optimering av livscykelkostnad (LCC) (CAPEX/OPEX) (Figur 4). Studien jämförde tre designkoncept med olika tillgängligheter och tillhörande förluster, och betonade den högsta tillgängligheten på 90,61% och behovet av att uppnå målet på 92 % när planerade avbrott beaktades.

RAM-analysen hjälpte till att förstå den förväntade tillgängligheten som uppnåddes med det aktuella designkonceptet, identifiera utrustningsfel som orsakade de största produktionsförlusterna (kritikalitetsklassificering), definiera designlösningar för att förbättra anläggningens underhållbarhet och beräkna effekten av varje förbättring på anläggningens tillgänglighet och LCC.

Analysresultaten var följande:

• Koncept 1: Beräknad tillgänglighet på 88,21%, vilket resulterar i 6 000 ton årliga förluster och 6 000 000 USD i årliga förluster.
• Koncept 2: Beräknad tillgänglighet på 89,22%, vilket resulterar i 4 800 ton årliga förluster och 4 800 000 USD i årliga förluster.
• Koncept 3: Beräknad tillgänglighet på 90,61%, vilket resulterar i 3 000 ton årliga förluster och 3 000 000 USD i årliga förluster.
• Koncept 3 + OPEX: Beräknad tillgänglighet på 92,9%.

Med den nuvarande CAPEX uppnådde koncept 3 en beräknad produktionsbaserad tillgänglighet på 90,61%. För att öka tillgängligheten och nå målet krävs dock ytterligare OPEX, såsom sofistikerad övervakning av tillgångars tillstånd för schemalagda reparationer och förbättrad systemunderhållbarhet för att minska återställningstider vid fel. Denna analys visar att med nuvarande CAPEX uppnår koncept 3 en beräknad produktionsbaserad tillgänglighet på 90,61%. Genom att investera i mer sofistikerad övervakning av tillgångars tillstånd och förbättra underhållbarheten kan tillgängligheten ökas ytterligare.

Detta exempel visar potentialen hos RAM-studier att optimera CAPEX genom att effektivisera processer, minska oväntade stillestånd och säkerställa effektiv användning av investeringar. Dessutom förenklar RAM-studier projektet genom att tillhandahålla tydliga riktlinjer för underhålls- och driftskrav, vilket minskar komplexiteten i storskaliga Power-to-X och vätgasprojekt.

Sammanfattningsvis kommer RAM-studier och liknande omfattande metoder att spela en avgörande roll för att göra dessa projekt inte bara genomförbara utan också kostnadseffektiva och enklare att hantera. Detta strategiska fokus säkerställer att våra kunder kan maximera sina investeringar och uppnå optimal prestanda i sina hållbara energisatsningar.