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