观察 | 打造稳定绿氢系统日显重要

来源：中国电力报 时间：2023-11-22 10:39

　　【编者按】近年来，我国已将氢能规划列为国家能源体系的重要组成部分，氢能在低碳发展领域的战略地位愈加凸显。同时，相关部门出台的利好政策，也为氢能产业的快速发展提供了“助推器”，促使我国在氢能制备、储运、基础设施建设等方面取得多个突破性进展。据预测，在2030年碳达峰情景下，到2030年我国氢气需求量将达到3715万吨，在终端能源消费中占比约为5%；在2060年碳中和情景下，我国氢气的年需求量将增至13030万吨，在终端能源消费中占比约为20%，前景十分可观。

打造稳定绿氢系统日显重要

中能传媒记者 余璇 张正

　　“‘双碳’目标下，我国能源电力系统发展的趋势是什么？我认为‘绿电替代+绿氢替代’就是能源转型的终极目标。”日前，以“聚焦绿色新能源、推动交通电动化”为主题的新能源科学与交通电动化国际论坛在河北省雄安新区举行，中国电力科学研究院名誉院长、中国科学院院士周孝信在作报告时如是说道。

　　本次论坛为期3天，多位院士分享了各自领域的最新进展和成果。其中，氢能成为备受关注的焦点。

未来能源发展趋势初判

　　“实现国家‘双碳’目标，构建新型能源体系、建设新型电力系统是其中重要一环。”周孝信表示，新型电力系统呈现六大特征，包括高比例的可再生能源、高比例电力电子装备、多能互补综合能源、数字化智慧化能源、清洁高效低碳零碳以及高韧性本质安全可靠电力系统。

　　相关数据显示，一次能源消费由三部分组成：首先是化石能源利用。逐步会被非化石能源所替代。其次是非化石能源电能利用。近年来，能源电力领域进行了众多实践，即发展可再生能源发电，逐步替代化石能源发电和部分的非电利用，此举为“绿电替代”。最后是非化石能源非电利用。即工业、交通及民用领域逐步替代化石能源的非电利用，这也是“绿电替代”的一部分。

　　“此外‘绿氢替代’方案也分三部分，即绿氢非电利用、绿氢发电利用还有合计（即两部分加起来）。相关报告显示，2060年全国需要的绿氢量将超1亿吨。这一数字与发达国家相比总体体量差距不大。”周孝信表示。

为规模化制氢提供新路径

　　“氢能是未来国家能源体系的重要组成部分，是用能终端实现绿色低碳发展的重要载体，而制氢是可持续发展的基础。”

　　论坛期间，中国工程院院士、深圳大学教授谢和平就海水制氢领域的研究成果作主题报告。他表示，“电、氢、热”构成了21世纪重要的三种终端能源。其中，氢既可以作为储能载体，又可以作为原料和燃料，在生产、生活中发挥着重要作用。

　　当前，制氢方式主要包括三种：化石燃料制氢、工业副产物制氢和电解水制氢。化石燃料制氢与工业副产物制氢凭借较低的成本占据主要地位。但随着可持续发展理念的深化，电解水制氢成为更理想的制氢方式。“一直以来，电解水制氢依赖于淡水资源，但全球淡水资源总体是短缺的，给其规模化应用带来了诸多限制和挑战，因此海水制氢将是必然趋势。”谢和平表示。

　　据了解，早在20世纪70年代初便有科学家提出海水可否直接电解制氢。然而由于海水中元素成分复杂，极易导致出现催化剂失效等问题。半个世纪以来，国内外知名研究团队进行了大量研究与攻关，均未取得突破性进展。

　　2018年，谢和平团队开始研究海水直接制氢技术。“有几种典型的办法，首先是催化剂，但通常只能针对少量元素，再就是通过电解破解，或膜材料，但都不可能彻底解决。”谢和平介绍道，“经过多年研究，团队打开了新思路，从物理力学、化学扩散的角度，把海水中的复杂影响隔绝掉，利用海水和电解液的浓度差进行海水纯化，进而制氢。基于该理论，我们的盐湖水、废水、矿泉水都可以用来制氢，这就打开了低成本的大门。”

　　谢和平认为，“目前，第一步海上直接制氢的原理技术已经达成，并通过了海上中试验证。第二步是规模化，研制大容量商业化电解槽。第三步将走产业化路径，打造储—运—用一体化的新型氢能产业链。”

把握“制储运用”是发展关键

　　2022年3月，我国发布《氢能产业发展中长期规划（2021~2035年）》，计划到2030年，形成较为完备的氢能产业技术创新体系、清洁能源制氢以及供应体系；到2035年，形成氢能多元应用生态，可再生能源制氢在终端能源消费中的比例明显提升，对能源绿色转型发展起到重要支撑作用。

　　“这个要求非常远大，对绿氢的规模化制取、存储、运输和应用这四个全产业链技术都提出了相关要求。”中国科学院院士、中国石化股份公司总工程师谢在库认为，“绿氢的基础保障作用非常重要，为适应绿氢、绿电产业结构调整，炼化的工业流程必须要进行变革，也就是流程再造、创造。”

　　关于可再生能源制氢方面，谢在库提出，电解水制氢、太阳能制氢、生物催化制氢和耦合CCS（碳捕集与封存）技术制氢是四个重要路径，从灰氢、蓝氢发展到绿氢是必然趋势。

　　关于储氢的问题，谢在库表示，“如何在有机储氢中设计高效的脱氢、加氢催化体系，是重点，也是难点。”

　　谢在库认为，“四大氢能产业技术体系包含能源、产业、终端、交通，是全方位的。建立‘制储输用’稳定的绿氢系统是实现‘双碳’目标的关键。因此，要大力发展氢经济、氢产业、氢能科技，特别是规模化制备，这四大关键科技是基础。”

　　责任编辑：江蓬新

　　校对：许艳