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绿氢产业规模化应用前景分析

来源:​《中国电力报》 时间:2022-12-06 15:10

以氢代煤 大有可为

——绿氢产业规模化应用前景分析

中国能源新闻网记者 邹春蕾

  以“氢”代“煤”,大有可为。近日,宁夏宝丰能源集团股份有限公司发布了《关于内蒙古300万吨/年烯烃项目获得环评批复的公告》,该公告一经发布,一石激起千层浪。公告显示,该公司位于内蒙古鄂尔多斯市的烯烃项目一期正式获批。该项目采用绿氢与现代煤化工协同生产工艺,烯烃总产能300万吨/年,其中40万吨是通过配套建设风光制氢一体化示范项目,用绿氢替代煤炭进行生产,是目前全球单厂规模最大的煤制烯烃项目。

  绿氢作为重要的零碳技术路线之一,被认为是实现“双碳”目标的重要潜在支撑,可加速化工、电力、交通、钢铁、建筑等行业的低碳转型。上述全球首个规模化用绿氢替代化石能源生产烯烃项目获批,标志着绿氢将向规模化工业应用迈出重要的一步——这项“未来能源”正加快走进现实。

“零碳”绿氢是未来发展方向

  氢的不同颜色代表着制氢过程的清洁程度。灰氢是通过化石燃料燃烧产生的氢气,在生产过程中会有二氧化碳排放。目前,市面上绝大多数氢气是灰氢,约占当今全球氢气产量的95%左右。蓝氢是将天然气通过蒸汽甲烷重整或自热蒸汽重整制成,其在生产工程中可使用碳捕捉、利用与储存(CCUS)等先进技术,可实现低碳制氢。绿氢则是通过使用再生能源制造的氢气,生产氢气过程中实现零碳排放。

  由于制备过程碳排放最少、最清洁,绿氢被认为是未来氢能的主要发展方向。今年3月,国家发展改革委、工信部等6部门联合印发《“十四五”推动石化化工行业高质量发展的指导意见》,明确提出加快突破“绿氢”规模化应用等关键技术,合理有序开发利用“绿氢”,推进炼化、煤化工与“绿电”“绿氢”等产业耦合示范。

  本次获批的内蒙古300万吨/年烯烃项目是国家发展改革委、工信部规划布局的4个现代煤化工产业示范区中的重点示范项目。该项目通过风光制氢一体化配套项目补入绿氢、绿氧,即用“绿氢”替代原料煤,补入甲醇合成项目装置,可减少工艺系统二氧化碳的排放量,同时,将副产的氧气作为气化用氧替代燃料煤,补充到气化装置中降低空分装置能耗。相比纯煤方案,该项目有望增加甲醇产量122.89万吨/年,节约标准煤253万吨/年,减少碳排放量631万吨/年。

西北能源基地是布局潜力区

  “作为大规模、长周期、跨季节的储能方式,可以提高电力系统灵活调节能力,促进大基地新能源电力集中外送;作为清洁化工原料和还原剂,以‘风光氢储’一体化、‘绿电—绿氢—绿氨’一体化等方式,可以促进煤化工、石油化工及相关应用产业的深度脱碳,同时为新能源就地消纳提供解决方案。”中国国际经济交流中心能源政策研究部部长、研究员景春梅表示。

  记者了解到,我国西北地区是绿氢产业布局的潜力区。西北地区具有丰富的光能风能资源,拥有广阔的荒漠、半荒漠地区,地形平坦开阔,适宜发展光伏、风电等清洁电力,但是因本地消纳能力不足,以及光伏、风电的不稳定性等原因,导致新增装机量和弃电量的矛盾日益凸显。同时,作为西电东输的源头,西北地区建设并运行着大量的燃煤火电机组,其在将电力源源不断地输送至全国各地的同时,自身却承担着巨大的降碳压力。因此,在西北地区就地制取绿氢,不仅可以替代煤炭燃料实现减碳,还可大幅促进新能源就地消纳。

  除内蒙古外,宁夏布局绿氢的决心也很大。目前,宁夏立项并建设了宁夏电力投资集团有限公司氨氢燃料替代煤炭的火电碳中和示范项目、宝丰能源的制取绿氨项目,规划了以吴忠市为中心的“中国氨氢谷”示范基地项目。其中,“中国氨氢谷”示范基地项目,以吴忠太阳山开发区新建的热电联产项目为基础,将建设光伏绿氢项目、绿氢耦合油化工、绿氢耦合煤化工、绿氢冶金、氢能交通、绿氢耦合精细化工、氢能重卡、绿氢合成氨、火电锅炉掺氨减煤降碳、碳捕捉利用等十大类工程,探索全产业链布局。

产业发展仍需破解成本难题

  绿氢热度正高,引入局者无数。使用可再生能源电力的电解水制氢,被认为将成为氢气生产的主要途径。2021年以来,国内电解水制氢领域动作不断,入局电解水制氢的企业数量快速增加,其中不乏光伏、风电、电力、钢铁、石化、燃料电池等跨界者。

  中国石化将氢能作为企业转型发展的重要着力点,2021年,启动我国首个万吨级光伏绿氢示范项目——中国石化新疆库车绿氢示范项目;建设首套质子交换膜(PEM)制氢示范站,应用自主开发的国产PEM制氢设备;今年4月,正式启动建设中国石化中原油田风光电兆瓦级质子膜电解水制氢项目。

  中国华电作为五大央企发电集团之一,在开发新能源项目的同时,同步开展可再生能源制氢项目。今年7月,由中国华电自主独立设计并生产制造的1200立方米/小时碱性电解槽产品下线,标志着中国华电在电解水制氢装备的道路上迈出了关键一步。

  作为一项新兴产业,大量重量级企业入局,助推绿氢产业在技术研发、项目建设方面取得迅速发展,但绿氢产业离实现大规模应用还有较长一段路要走,仍需破解核心技术研发、经济性提升、高效安全运输等一系列难题。

  其中,成本和经济性问题是核心难点。当前,大规模低成本可再生能源制氢的技术路线并不明确。业内专家介绍,碱性电解水(ALK)制氢缺少规模化应用;质子交换膜(PEM)制氢成本高、关键技术和核心部件受制于人;阴离子交换膜(AEM)、固体氧化物电解水(SOEC)、光解水制氢、热化学循环水解制氢技术等还处于基础研发或试点示范阶段……

  “当前,电解水制氢的成本为化石能源制氢的2~3倍,如果是可再生能源发的电制氢,成本会更高。”景春梅介绍。而根据记者在采访中获得的信息估算,当制氢成本降至20元/千克以下时,电解制氢相比于化石能源制氢具有一定的竞争优势。


责任编辑:沈馨蕊