氢能改变未来

2019-08-24 06:37李承明
西部大开发 2019年7期
关键词:储氢制氢氢能

文 / 本刊记者 李承明

近日,中国能源研究会储能专家委员会和中关储能产业技术联盟联合发布的《2018储能产业研究白皮书》显示,其中电化学储能累计装机规模389.8MW,同比增长45%。而氢燃料电池技术被认为是解决未来人类能源危机的终极能源。

氢能是21世纪“终极能源”

氢能具有能量密度大,燃烧热值高,来源广泛,可存储,可再生,可燃烧可转换电能,零碳排,零污染等优点,有助于解决能源危机以及环境污染等问题,被誉为21世纪的终极能源。

随着氢能应用技术发展逐渐成熟,以及全球应对气候变化压力的持续增大,氢能产业的发展在世界各国备受关注,日本、美国、欧盟等发达国家相继将发展氢能产业提升到国家能源战略高度,在氢能源产业化应用方面迈出了实质性步伐,无论是政府还是产业资本都在积极推动氢能产业的发展。氢能源全球最为积极的推动者非日本莫属。

早在2014年,日本资源能源厅就发布了《氢能与燃料电池战略路线图》,为氢能源发展制定了“三步走”计划,到2030年,日本的氢能相关产业要达到1万亿日元(约合88亿美元)的规模。日本领军车企丰田研发的氢能源轿车已经于2014年底在日本上市,本田和日产也在分别研发各自的氢能轿车。日本政府提出未来要建设“氢能社会”,更要将2020年的东京奥运会打造成一场“氢能盛事”,届时运动员和观众来往于各奥运场馆将乘坐最新的氢能源公交车。预计在2040 年日本将建成全国性的氢能供给网络。

美国一直是领导世界氢燃料电池发展的主要国家,早在2002 年 11月 ,美国就发布了国家氢能源前景。自2007年开始美国南加州对氢燃料电池的生产和研究的设备实行税收全免政策;俄亥俄州为250kW以下的燃料电池系统实行税收全免政策;自2015年底美国从国家层面开启了新的氢能计划,预计在 2030-2040 年全面实现氢能源经济。

近年来,我国一些地区采用富余水电、弃风、弃光或城市电网谷段电力开展水电解制氢的示范项目,形成小规模生产并提供工业氢气。消纳水电、弃风、弃光等可再生能源电力进行水电解制氢,形成的是绿色二次能源。在水电、风电发达地区,或输入可再生能源电力的地区,城市电网中“绿色电力”均占有一定比例,应该被称为“浅绿电力”,采用“浅绿电力”制氢是减少碳排放的重要措施,并可提供“绿色二次能源”。

2019年6月6日,上海,SNEC第十三届国际太阳能光伏与智能能源展的氢燃料电池系统

氢能源应用

氢能可广泛应用于燃料电池车辆、发电、储能。作为清洁的二次能源,氢能具有可规模化储存的特性,其广泛应用可部分替代石油和天然气,成为能源消费的重要组成部分,对应对气候变化和保障能源供应安全等具有一定的支撑作用。

氢能产业链主要包括氢能的制取、储存、运输和应用等环节。氢既可广泛应用于传统领域,又可应用于新兴的氢能车辆(包括乘用车、商用车、物流车、叉车、轨道车等)以及氢能发电(包括热电联供分布式发电、发电储能、备用电源等)。

为加快发展我国的氢能产业,依据目前的资源条件和能源产业状况,应在加强氢安全的基础上,积极推行氢源多元化及氢能多元化和规模化应用。氢源的多元化除了上述利用富余风电、水电、光化学制氢外,还应充分利用我国丰富的煤炭资源。煤化工生产经过多年的研究开发,已具备良好的规模和经济发展状态,若将煤制氢与煤制油、煤化工产品等生产环节紧密结合、综合利用,可获得经济、丰富的氢源。我国的炼油工业、化工产业多设计的品种及规模巨大,工业含氢排放气是重要的氢气来源。当前,要特别做好我国富余的风电、光伏以及低谷电制氢,做好能量转化,减少对清洁能源的浪费。

氢气是已知密度最小的气体,常温常压下极易燃烧,安全可靠的储氢、输氢技术成为氢能大规模开发利用的关键。氢气存储方法主要包括高压气态储存、低温液态储存、化合物储氢等。其中, 高压气态储存和低温液氢储存技术需要将氢气保存在特制容器瓶中,因造价昂贵而无法大规模应用。科学界正在积极探索相对廉价安全的纳米、合金、络合氢化物、金属有机骨架化合物和有机液体等材料作为储氢载体循环使用。特别是有机液体氢载体可利用现有石油储运方法与设施在常温常压下储运氢气。

氢能源燃料电池汽车是氢能一种很好的应用方式,具有低污染、效率高、加氢快、长续航、安全的优点。氢能源燃料电池转换效率可达60%,是内燃机效率的2-3倍。加氢速度快,一般3-5分钟即可加满。能量密度高,热值是LNG的两倍、汽油的三倍。氢能源燃料电池汽车续航里程可达500-1000公里;储存方式多样,可以是压缩气态储氢、液化储氢、金属氢化物储氢、碳吸附储氢等方式,且氢气极易消散,具有更高的安全性。

燃料电池是将化学能直接转化为电能的装置, 是氢能高效转化及利用的最佳方式,具有转换效率高、零污染、零排放等特点。尽管氢燃料电池汽车远未达到市场普及阶段, 但全球科学界和主要汽车企业都在积极开发氢燃料电池技术,推动氢燃料电池汽车试验应用。目前, 中国、美国、欧盟、日本、韩国等都制定了较为完备的氢燃料汽车发展规划, 并尝试通过政策、法规全面促进氢能开发利用。随着廉价制氢技术、氢燃料电池技术的不断进步以及氢燃料基础设施的不断完善,氢燃料电池汽车有望于2030年前后进入快速发展期, 预计到2050年全球氢燃料电池汽车保有量

氢能发展前途无量

近年来,我国对发展氢能产业高度重视,出台了系列有利于氢能和发展的相关产业政策。2016年4月,国家发展改革委、国家能源局等联合发布的《能源技术革命创新行动计划(2016—2030年)》,提出了能源技术革命重点创新行动路线图,部署了15项具体任务,“氢能与燃料电池技术创新”位列其中,标志着氢能产业已被纳入国家能源战略;2016年6月,国家发展改革委、能源局、工信部联合发布《中国制造2025-能源装备实施方案》将燃料电池和氢能开发利用作为专门章节;被《国家创新驱动发展战略纲要(2016)》列为引领产业变革的颠覆性技术;2017年,国家能源局批准多项弃风弃光制氢储能项目;2018年1月,国家科技部已将“可再生能源与氢能技术”列入重点专项,积极加以支持研究。

据《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书》预测,到2020年,我国以能源形式利用的氢气产能规模将达到720亿立方米;加氢站数量达到100座;燃料电池车辆达到1万辆;氢能轨道交通车辆达到50列;行业总产值达到3000亿元。到2030年,氢能产业将成为我国新的经济增长点和新能源战略的重要组成部分,产业产值将突破1万亿元;加氢站数量达到1000座,燃料电池车辆保有量达到200万辆。未来以氢燃料为驱动力的电池汽车,基于廉价高效氢气制取与储运技术,将在2030-2050年前后有望进入发展快通道,并可带领人类走进氢能社会时代。

今年2月11日,由国家能源集团牵头、国家电网公司等多家央企参与的跨学科、跨行业、跨部门的国家级产业联盟——中国氢能源及燃料电池产业创新战略联盟(简称“中国氢能联盟”)在北京宣告成立。多家中央企业带头参与,标志着我国氢能大规模商业化应用正在开启,可谓是氢能研发与利用的“国家队”,代表了我国最先进的实力。从联盟成员单位的构成上看,中央企业占了很大比重,国家能源集团是首届理事长单位,十几家参与其中的中央企业也都在相关领域有着举足轻重的地位和影响力。科技部、工业和信息化部、国家能源局、国务院国资委主要负责人出席仪式并讲话,对联盟的成立高度重视,指出氢能源及燃料电池产业发展,事关我国能源发展战略,事关我国生态文明建设,事关我国战略性新兴产业布局。

在国家战略导向和市场发展推动下,我国氢燃料电池产业的投资规模正快速增长。据清华大学核能与新能源技术研究院教授、国家973氢能项目首席科学家毛宗强统计,仅2017年氢燃料电池投资项目(2020年投产)就达1000多亿,产能为17万套氢燃料电池发动机。当前,各地对氢能开发利用投入巨资,制定了雄心勃勃的产业规划,未来氢燃料电池发展将呈现蓬勃发展之势。

毋庸置疑,虽然我国氢燃料电池开发较晚,但发展态势迅猛、气势如虹,具有很好的后发优势,已经成为国际最重要的氢能市场。

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