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氢能:人类最清洁的能源解决方案任重而道远

时间: 2023-12-25 04:58:47 |   作者: 制药行业

  氢能是一种来源广泛、清洁无碳、灵活高效、应用场景十分丰富的二次能源,是推动传统化石能源清洁高效利用和支撑可再次生产的能源大规模发展的理想互联媒介。

  从“十三五”时期至“十四五”时期,国家政策有序加码,明确其发展目标、重点任务以及保障措施等,积极引导氢能产业的健康发展。顶层设计层面,国家对氢能产业给予格外的重视,并积极引导、支持其发展。

  我国氢能发展尚处于示范应用初期,未来将在新能源、交通运输、碳减排等领域发挥重要作用。

  2022苏南全球创客大会邀请了两位业内专家,分享氢能发展的趋势。来听听他们都有咋样的洞见与分析。

  目前,世界能源消耗还是以煤、石油、天然气之类的矿物能源为主,不但严重破坏生态环境,而且矿物能源不可再生,能源枯竭已成为共识。

  2020年9月,中国明白准确地提出了2030年“碳达峰”’与2060年“碳中和”的目标。目前中国每年的二氧化碳排放量达100亿吨以上,位于全球第一位,高于第二、四位国家碳排放量的总和。据统计,我国二氧化碳的主要排放来源,第一是工业领域,即终端用能和生产的全部过程用能领域,年排放量在50亿吨以上;其次是发电领域,年排放量在40亿吨以上;建筑领域和交通领域,年排放量都在10亿吨左右。

  在碳达峰、碳中和的大背景下,我国到2030年单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上;非石化能源占一次能源消费比重将达到25%左右;森林蓄积量将比2005年增加60亿立方米;风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。

  实现双碳目标,主要有两条路径:一是转变终端用能的生产的基本工艺,从技术源头上减少甚至消除二氧化碳的排放;二是大幅度提高可再次生产的能源在一次能源中的占比。氢能作为完全零碳排放的清洁能源,将承担这一历史使命,氢能能够在一定程度上帮助人类脱碳、固碳,甚至实现负碳。对于终端用能来说,可以把氢能作为主要能源,通过氢电互补体系实现工业用能领域二氧化碳排放量的减少甚至消除。在交通等方面,以氢能代替柴油、汽油等能源,也能轻松实现碳减排。

  氢能是清洁高效的二次能源(清洁)、是连接一次能源与终端能源消费的关键载体,实现清洁能源系统的有效耦合,智慧绿色低碳的化工原料(低碳)。

  到2050年,氢在我国终端能源体系占比将达到10%,成为中国能源战略的重要组成部分,形成十万亿级的新兴产业。

  缺乏系统性、健全的支持车用有关技术产业化和规模化示范应用政策。政府仍将氢气归为危化品气体管理,尚未明确氢的能源属性。

  政策法规不完善,加氢站建设审批困难;氢燃料电池汽车运营较少,加氢站盈利困难,难以平衡收支;多数加氢站仅为示范型或为示范型汽车提供服务,暂未实现商业化。

  我国是煤炭资源十分丰富的国家,目前,煤在能源结构中的比例高达70%左右,未来相当长一段时间,我国能源结构仍将以煤为主。

  解决途径之一:要想使煤制氢得到推广应用,应设法降低装置投资和如何使二氧化碳得到回收和充分的利用,而不排向大气。

  水是地球上的重要资源,能够最终靠电解的方式产生氢气和氧气。煤制氢依旧为目前成本较为低廉的制氢方式,但碳排放水平较高,废水和固废产生量也较大;工业副产制氢的成本低廉,但多数会用于工业生产,且受技术限制,氢气纯度较低。

  电解水制氢,目前仍不具备大规模应用的经济效益;工业上的天然气蒸汽重整制氢已实现小型化、撬装式,然而CO排放问题仍是该方式进一步推广的瓶颈。

  各种制氢技术中,工业化的制氢技术仍以煤的蒸汽重整和石油、天然气的部分氧化重整为主。其中蒸汽重整法是目前最为经济的方法,被用于集中式大规模制氢,在美国和欧洲,石油和天然气的重整制氢占到90%以上。

  目前全球氢产量约5千万吨/年,并且以每年6%-7%的速度在增长。而目前商业用的氢大约有96%是从煤、石油和天然气等化石燃料制取。

  氢能作为一种绿色高效的二次能源,具有燃烧热值高、清洁无污染、可储存、与多种能源便捷转换等优点,也是未来清洁能源的重要组成部分。

  新能源制氢技术和氢燃料电池技术成为当前热点。从应用方面讲,汽车发展从燃油车到电动车再到燃料电池汽车。基于可再次生产的能源的综合效率比较,氢能是具有一定的优势的。

  2014-2021年期间,全球主要国家燃料电池汽车保有量约48,857辆,分国別来看,韩国得益于现代NEXO本土的快速推广,保有量位居世界第一,约19,404辆,同比増长77.92%;美国得益于丰田第二代MIRAl,在加州也有不俗的表现,保有量达世界第二,约12,272辆,同比增长37.41%;中国保有量约8947辆,位居世界第三;日本和徳国分別位列第四和第五,其中,日本保有量约6920辆,徳国保有量约1314辆。

  截至2022年底,我国燃料电池汽车保有量12314辆,位居全球第三,以商用车为主。

  1.随着纯电动汽车保有量的上升,将对电网构成较大的威胁、充电难问题将日益突出。

  3.锂矿资源严重依赖海外,动力电池降本速度放缓。目前,全球锂矿资源储量的75%集中于澳大利亚和南美,而我国锂矿对外依存度高达百分之七八十,已达到石油对外依存度的水平。

  2021年9月至2022年8月,全国累计销售燃料电池汽车2742辆,与同期相比,增长110.60%,相对增速确有提升,但从绝对速度和5大城市群目标完成度来看,发展不及预期。

  氢能在市场上的应用要远高于燃料电池汽车的应用,锂电池的储能就目前而言只能进行短期的储能,没办法长周期的十小时之后的大时间的储能,将来的氢储方式是一个很有前景的市场。

  国家出台相关的政策和文件也慢慢变得扶持和鼓励氢能的使用,但是目前而言尚且处于实验阶段。除了交通之外,氢能的应用在电力和工业上也有广泛的使用场景,氢能是未来最大有可能解决我们的祖国与风、光、电可再次生产的能源为主的新能源的一个供电结构,氢能可能是其中一个很重大的载体。

  氢能两大来源:氢能发展短期以副产氢为主, 中期其实是要基于化石能源(煤制氢)发展氢能。虽然以成本为代价,但对二氧化碳进行集中捕集总好于分布式的排放,长期绿氢是发展趋势。

  在政策层面,氢燃料电池汽车处于行业标准确定,政策与规划,政府补贴开始发力阶段,与纯电汽车2010年所处的阶段高度类似;新能源车销量数据表明,氢燃料电池汽车在2021年的销量占当年汽车总销量的比例(0.76)与纯电汽车在2010年的销量占当年汽车总销量的比例(0.60)比较接近,不同之处在于,纯电汽车的销量占比逐年稳定提升,氢燃料电池汽车的销量占比有所波动。

  技术层面,目前中国氢燃料电池汽车以商用车为主,乘用车暂时没有实现市场化和量产化,政策的推广优先发力于公交车,重卡和物流车等商用车应用领域,这一发展模式与纯电汽车在2010年前后的时间点比较类似,即优先发展纯电商用车。因此氢燃料电池汽车目前所处的发展阶段与纯电汽车在2010年所处的发展阶段相似程度比较高,具有政策导向潜力。

  中国将力争在氢制取,氢储运和氢加注各环节上逐渐突破,通过上游产业链制氢、储运、加氢各环节的整合降低氢气的终端价格,寻找更绿色经济的氢气来源、采用更高效的氢气制取方式和更安全的氢气运输方式。

  长期来看,随着用氢需求的扩大,凸显了大规模绿色制氢的需求性,因此结合可再次生产的能源的分布式制氢加氢一体站、经济高效的集中式制氢、液氢等多种储运路径并行的方案将会是未来的主要发展趋势。返回搜狐,查看更加多