博简科学:探索氢能制-储-输-用全流程,开启能源新时代

博简科学 2024-11-21 12:57:56

《关于加快经济社会发展全面绿色转型的意见》,提出“推进氢能‘制储输用’全链条发展”“建立健全氢能‘制储输用’标准”等。在全球能源转型大会上,氢能动力摩托艇、现代NEXO氢燃料电池汽车等为代表的氢能产品吸引颇多目光,引发聚焦关注。

作为新质生产力的重要组成部分,氢能成为助推全球经济绿色低碳转型和高质量可持续发展的重要引擎。那么,氢能“制储输用”全链条发展形势是怎样的?“氢”力该如何进一步推进?

先进制造网(tworks先进制造)关注到,由国家能源局科技司联合行业相关机构和专家共同编制的《中国氢能发展报告(2023)》聚焦国内外技术和产业发展,系统梳理了2023年氢能产业发展现状,并对我国2024年氢能产业发展进行了展望,回答了以上问题。

首先,政策引导体制机制创新  截至2023年底,国家层面已发布3项氢能专项政策,28个省(区、市)出台省级氢能产业发展规划或指导意见等,各地方政府公开发布超400项氢能专项政策,加速破解行业痛点难点问题。  比如,大连、鄂尔多斯等地着力推动可再生能源制氢和基础设施建设;吉林、河北明确可再生能源制氢项目和制氢加氢一体站,不再需要在化工园区内建设;新疆对纳入示范区的风光氢制用一体化项目,体电量根据制氢转化效率及制氢成本进行动态调整,克拉玛依推出针对可再生能源制氢及氢基产品生产端的支持政策;内蒙古明确新能源项目投产时间需与制氢负荷、储能设施同步,且应与制氢负荷项目运行周期相匹配等等。

其次,价格始终是行业关注的焦点。《报告》显示,随着交通、发电等领域氢能应用持续拓展,高纯氢成为我国氢气市场交易重要品种。《报告》指出,生产侧价格为34元/千克,较去年下降约1.5元/千克;消费侧价格为58元/千克,下降约1.3元/千克。 同时,截至2023年底,我国各地规划可再生能源制氢项目超380个,其中建成运营项目约60个,累计可再生能源制氢产能超7万吨/年。2023年新增投产项目约20个,产能超2.2万吨/年。

先进制造网(tworks先进制造)了解到,可再生能源制氢项目在西北、华北、东北等资源优势地区已率先实现化石能源制氢替代应用,已建与在建可再生能源制氢一体化项目产能超90万吨。工业副产氢提纯项目在广东、河北、山东等省(区、市)加快落地,推动工业副产氢就近消纳。国家氢能战略专家指出:随着可再生能源大规模高比例发展,利用可再生能源直接电解水制氢(绿电可离网制氢),不仅可促进可再生能源的大规模利用,还可大幅降低绿氢成本、实现绿氢制备全生命周期零碳足迹。 在规模利用方面,先进制造网了解到:截至2023年底,全国氢气产能超4900万吨/年,同比增长约2.3%;产量超3500万吨,同比增长约2.3%,主要作为合成氨、甲醇以及炼化等工业过程中的中间原料。

回顾2023年,《报告》认为“制储输用”全产业链关键技术和装备呈现快速发展态势,持续迭代升级。 我国围绕氢能高质量发展重大需求,持续加强基础研究、关键技术和颠覆性技术创新,推动构建协同高效的创新体系,对于《报告》在“制储输用”全产业链2023年总结,先进制造网(tworks先进制造)提炼如下:

制氢方面,单槽10兆瓦碱性电解槽完成示范项目招标,15兆瓦碱性电解槽研发成功;兆瓦级质子交换膜电解槽产品下线并得到工程验证;固体氧化物、阴离子交换膜电解槽实现小批量应用;海上风电海水直接电解制氢技术完成中试;

储运方面,镁基固态储运氢车实现下线交付,单次可运氢超1吨;首次非金属管道纯氢高压测试和爆破试验,掺氢天然气管道泄放燃爆试验成功实施;首套使用连续型正仲氢转化换热器的氢液化系统成功开车;首辆民用液氢槽车下线;

多元化应用方面,燃料电池系统和电堆功率稳步提升,主流产品分别达到150千瓦和200千瓦水平;首个大F重型在运燃机掺氢技术完成自主升级及示范验证,掺氢比例达到7%;兆瓦级纯氢燃气轮机开展研制及应用验证;氢冶金电熔炼工艺与焦炉煤气零重整竖炉直接还原两项氢冶金技术实现工程验证;

创新支撑方面,推动国家能源研发创新平台、全国氢能信息平台等建设,开展能源领域国家重点研发计划、首台(套)重大技术装备评定和示范应用等工作部署。

专家认为,当前亟须开发可适用于离网的混联制氢技术,通过从基础研究的角度开展高性能低成本催化剂、长寿命电极、复合隔膜等核心材料内部演化机制的研究,攻克波动性绿电到绿氢系统关键核心技术,支撑绿电可离网混联制氢规模化生产。

展望未来我国氢能产业,《报告》也用四个“强化”勾勒出发展路径:

强化政策引领,推动有序发展。各地应统筹氢能供应能力、产业基础和市场空间,合理布局氢能制备、储运、加注、应用等产业链项目。鼓励产学研用各方参与氢能基础与安全、制备、储运、加注、应用全链条标准研制。支持龙头企业、行业机构针对氢能各环节研发新技术、新工艺、新方法,布局研制一批关键技术标准,推进产业化市场化应用。

强化基础研究,提升核心技术。应积极支持龙头企业联合有实力的科研机构组建创新联合体,组织实施关键核心技术攻关项目和国家重大攻关任务。电解槽产品持续迭代,向大容量、长寿命、低能耗等方向演进;推进高温气冷堆制氢技术基础研究;提高高压气态储运效率,固态、液态、有机液体等储运技术开展工程验证;开展长距离、大规模纯氢管道输运技术研究;论证掺氢在城镇燃气领域试点应用。提升燃料电池稳定性、耐久性;燃气轮机完成更高比例掺氢验证。

强化示范推广,有序推动多元化产业化。各地应有序推进清洁低碳氢能在工业、交通、发电等领域应用,持续引领产业链供应链降本,消纳相结合的风光制氢一体化项目。不断扩大工业领域炼化、合成氨、甲醇等领域可再生能源制氢替代应用规模。交通领域继续呈现多元化发展趋势,持续增长燃料电池在重载交通、长途物流和无人机等领域应用规模。有序布局发电领域燃料电池分布式热电联供、纯氢(掺氢)燃气轮机等项目,拓展到可再生能源消纳、电网调峰等应用场景。

强化合作交流,赋能产业发展。中国技术和产业龙头应积极拓展国际市场,提升中国氢能产业的国际竞争力。探索构建氢能绿色价值实现机制,推动清洁低碳氢能标准制定、碳减排效应核算。以国际项目示范为抓手,推动在氢能装备、清洁低碳氢能贸易与产品碳足迹等方面标准规则互认和认证体系互联互通。

关于氢能的制-储-输-用全流程,先进制造网(tworks先进制造)综合氢能产业专业知识,提供读者全盘视野:

一、氢能的制取

目前,氢能的制取方法主要包括化石能源重整、水电解和生物质转化等。化石能源重整虽然成本较低,但存在碳排放的问题。水电解制氢是一种清洁的方法,但成本相对较高。生物质转化制氢则具有可持续性和环境友好的特点,但技术尚不成熟。

二、氢能的储存

氢能的储存是实现其广泛应用的关键环节。常见的储存方式包括高压气态储存、低温液态储存和固态储氢等。高压气态储存技术相对成熟,但储存密度较低。低温液态储存能够提高储存密度,但成本高昂且能耗较大。固态储氢具有较高的储存密度和安全性,但仍处于研发阶段。

三、氢能的输送

氢能的输送主要有管道输送和车载运输两种方式。管道输送适用于大规模、长距离的氢能运输,但建设成本较高。车载运输则较为灵活,但运输量有限。

四、氢能的应用

氢能在交通、工业、电力等领域都有着广阔的应用前景。在交通领域,氢燃料电池汽车逐渐崭露头角;在工业领域,氢能可用于钢铁、化工等行业的生产过程;在电力领域,氢能可以作为储能手段,平衡电网供需。

随着技术的不断进步,氢能在制-储-输-用全流程中的难题将逐步得到解决,为能源发展带来新的机遇。未来,我们有理由相信,氢能将在能源领域发挥重要作用,开启一个全新的能源时代。

来源:先进制造网(tworks先进制造)

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