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09-15

氫能加快布局 實現綠色轉型

作為黃河流域的重要資源型城市,內蒙古自治區烏海市在“碳達峰”與“碳中和”背景下不斷改善能源消費結構,依托自身能源產業優勢,以氫能產業的開發利用探索綠色轉型,制定多項配套政策鼓勵氫能制儲運、應用示范與基礎設施建設,已初步形成覆蓋全產業鏈的氫能發展模式,為烏海產業轉型與經濟高質量發展注入綠色新動能。 工業優勢加快氫能產業布局 煤炭資源豐富的烏海地處內蒙古西部的黃河沿岸,經過多年發展,目前已具備扎實的煤焦化工、氯堿化工基礎,這其中與氫氣有關的企業超過30家,產生了豐富的工業副產氫資源,具備發展氫能產業的原材料優勢。近年來,隨著產業轉型的加快,烏海正挖掘自身優勢,布局氫能制儲運與應用,培育壯大氫能產業。 在烏海海勃灣區的一處公交場站,50輛嶄新的公交車整齊地停放在公交場站,車身上“氫燃料電池公交”的字樣格外醒目,不遠處一個外形與集裝箱相似的設備吸引了注意。“這是給氫燃料公交車補給氫氣的移動加氫站,車輛加氫在站內就能完成,氫氣供應便捷、充足。”車輛采購方負責人張世卜介紹說,這些氫燃料公交車搭載了燃料電池發動機、鈦酸鋰電池系統和8個瓶組構成的儲氫系統,加一次氫的最大行駛里程達400公里,現在處于試驗運行階段,未來還將陸續引進50輛。 目前,烏海已有兩座加氫站投入運行,為氫燃料公交車等氫能消費終端提供保障,僅海南區一座加氫站的日加氫能力就可達1噸,而這些氫氣也都來自烏海當地的能源企業。 “作為氫能供應商,我們在滿足本地氫氣需求的同時,也在積極拓展沿海地區市場。”烏海化工有限公司副總經理王紅飛說,公司正計劃投資建設“5萬噸氫能源生產項目”,向航天、醫療等行業供應氫氣。 烏海市發改委副主任鄭勝利表示,從全國氫能產業現狀看,我國氫能產業發展速度快、產業鏈初具規模,已形成京津冀、華東、華南、華中、西南五大產業集群,五大氫能產業集群覆蓋了氫能設備制造、儲運及應用等領域。“烏海作為黃河流域的重要工業城市,目前正在產業布局、加氫站建設、財政補貼、土地利用等方面加大發展投入,培育新的經濟增長點。”鄭勝利說。 得益于工業結構優勢,烏海目前建成的12家規模以上煤焦化企業焦爐煤氣產量達44億立方米,副產氫產量達24億立方米。除氫氣資源豐富,工業副產氫每公斤13元至15元的成本也讓烏海在全國氫能市場具有較強的價格優勢,而《烏海市氫能產業發展規劃(2020-2025)》等若干規劃措施的相繼出臺,進一步完善了烏海氫能產業發展的政策保障。 除氫能產業鏈中上游的制儲等環節,烏海正積極推動氫能設備制造等下游產業落地。 作為新建企業,在烏海海易通銀隆新能源汽車有限公司廠區內,工人們正在廠房內鋪裝線路、安裝設備,一派熱火朝天的建設景象。“廠區建成投產后將具備年產2000臺包括氫燃料公交車在內的氫燃料車生產能力。”公司經營管理部副部長陳皓年說,氫燃料車的下線使用將有效利用當地氫能資源,完善并延長烏海氫能產業鏈。 氫燃料公交車在烏海的投產與試運行只是烏海培育壯大氫能產業的縮影,氫能在冶煉行業的應用也正在落地。今年5月初,投資10.9億元的氫基熔融還原高純生鐵生產線在海勃灣工業園區試運行投產,成功產出高純鑄造生鐵水,有效擴展了烏海氫能應用場景。 圍繞工業產業優勢,烏海不斷促進氫能上游產業鏈發展,加快拓展氫能中下游產業鏈。通過重點整合煤化工與氯堿化工氫能供應,氫氣提純技術和裝備制造發展得到顯著提升,引進的氫能儲運和燃料電池研發企業延長了產業鏈條,而加氫站等一系列基礎設施的完善,對培育氫能應用市場奠定了堅實基礎。目前,烏海氫能產業示范正逐漸成形,未來將有效帶動西部地區氫能經濟的高質量發展。 綠色轉型成為經濟發展主題 作為內蒙古自治區第三個直轄市,1976年設立的烏海市是黃河流域一座年輕的資源型城市。從最初的挖煤賣煤,到后來的煤化工產業化發展,再到如今的氫能源綠色轉型,年輕的烏海所經歷的三次發展轉型,折射出我國能源產業及資源型城市的綠色蛻變。 近年來,內蒙古出臺多項政策措施支持氫能產業發展,在2020年內蒙古自治區重大合作項目(第一批)中,氫能產業項目有5項,總投資近65億元。在這一過程中,烏海貫徹生態優先、綠色發展理念,抓住機遇加快推進產業轉型升級,借助氫資源優勢,拓展氫能產業經濟鏈條,帶動城市綠色轉型,打造資源型城市轉型升級典范。 “作為傳統工業城市,烏海在不斷思考產業轉型與城市轉型,我們牢牢把握‘雙碳’背景下加快推動新能源發展的原則要求,現正圍繞兩個轉型大力推進相關工作。”烏海市委書記唐毅說,一方面烏海要利用好傳統產業優勢,另一方面要通過發展新材料、新能源實現產業升級,發揮副產氫優勢,推動氫能發展,帶動產業綠色轉型。 作為當地重要的化工生產企業,烏海化工有限公司在做好傳統化工生產安排的同時,已開始融入氫能產業鏈,開展氫氣制備、氫能相關技術研究等工作。“公司已與科研院所合作開展液氫制取技術研究,去年5月順利生產出液氫,生產規模為每天600公斤。”王紅飛說,這是我國首條民用液氫生產線,母公司鴻達興業集團也與烏海市政府簽署氫能合作協議,通過政府與市場的結合,加速氫能技術研發。 鄭勝利表示,烏海市出臺多項支持措施,發展液氫制取、氫能源電池等項目,引進氫能公交車等車輛制造業,標志著氫能產業鏈不斷完善,有利于氫能產業有序布局和產業結構不斷優化。“烏海發揮自身焦爐煤氣制氫的資源優勢,正積極與相關科研機構、氫能企業建立合作機制,吸引液氫等專項示范項目落戶,促進氫能產業技術示范穩步推進。”鄭勝利說。 當下,在初步計劃投入50輛氫燃料公交車、10輛通勤巴士來滿足城市交通和工業園區的通勤需求基礎上,烏海還計劃投入以氫能為燃料的10輛環衛工程車、20輛郵政物流車、50輛出租車,以此鼓勵交通運輸行業氫燃料汽車運營,在進行交通領域中氫能示范應用的同時,減少汽車尾氣排放,提高空氣質量。 整合風光電資源制取氫能,是烏海綠色轉型的另一體現。“烏海及周邊地區風光電資源豐富,我們始終堅持全產業鏈謀劃布局,推動源網荷儲一體化和風光氫儲一體化發展,不再搞簡單的發電賣電。”唐毅說,今后要嚴格控制火電發展,積極發展新能源產業,特別是利用好難以消納的“棄風棄光”,為產業鏈提供穩定、可持續的“綠氫”。“這在促進烏海產業轉型升級的同時,也能探索發展‘空中有風電、中間有光伏、地面有葡萄’的烏海特色‘風光農’互補立體氫能源供應體系。” “在控制化石能源消費量、構建現代能源體系、降低大氣污染等領域,氫能產業的帶動效應正在烏海逐步顯現。”鄭勝利說。未來,烏海將聚焦氫能全產業鏈發展,加快以氫氣為代表的清潔能源消費,擴大氫能覆蓋領域,打造氫能產業核心區,使其發揮示范效應,更好構建氫能產業格局,助力烏海產業發展與能源結構轉型升級。 以政策“組合拳”化解氫能產業發展難點 在能源結構優化及能耗雙控背景下,氫能產業發展前景廣闊,但現階段仍存有應用場景狹窄、關鍵設備部件依賴進口等發展短板。推進氫能產業發展,烏海綜合協調產業優勢、政策支持等,以政策“組合拳”應對潛在阻力點。 為有效消納氫產能,烏海正在加快推進氫能消費市場的拓展。王紅飛介紹,目前烏海化工有限公司只能收集部分工業尾氣并制成氫能,尾氣中大量的氫氣在化工生產中消散,利用效率有待加強。 針對發展難點,烏海市相關部門對大型客車、礦用車輛的數量、能耗等情況進行摸底,出臺專門財政補貼制度,挖掘氫能消費潛力。“烏海煤炭資源豐富,全市有近7萬輛煤礦重卡,未來將這些車輛更新為氫燃料電池重卡,烏海的氫能應用空間將得到很大擴展。”鄭勝利說。 據悉,盡管氫燃料車具有清潔排放、長續航等特點,但動輒上百萬元的售價使其在短期內很難做到大范圍普及,而較高的建設成本使儲氫與加氫等相關配套設施仍處于起步階段,一定程度影響了氫能產業應用場景擴展。 對此,陳皓年介紹,烏海海易通銀隆新能源汽車公司入駐烏海,將有效發揮產能示范效應,提升當地氫能消費終端規模化制造水平。“除了企業積極參與,烏海市政府采取措施打造氫能產業園,提高氫能產業鏈規模效益,降低氫燃料電池車生產成本與使用門檻。”鄭勝利說,下一步烏海將引入金融服務、市場租賃等模式,推動氫能源汽車換購,讓氫能消費市場實現規模效益。 目前,氫能儲、運過程中的技術薄弱點是制約氫能產業發展的“攔路虎”,以加氫站設備為例,盡管相關設備的大多數零部件已實現國產,但以加氫槍為代表的部分關鍵零件仍需從國外進口。為此,烏海深度聚焦氫能關鍵技術研發,強化產業配套政策,鼓勵企業更多參與技術研發。 “我們將以產業發展難點為抓手,綜合市場、政策、技術現狀,形成多部門、多領域合力,用‘組合拳’促進烏海氫能產業發展。”鄭勝利說,烏海在不斷優化產業配套與扶持措施的同時,鼓勵氫能源企業加大技術研發、引進優秀人才,統籌科研機構與企業發揮優勢、產生合力,更好突破關鍵技術瓶頸,支持、培育在氫氣制、儲、運和應用環節中的龍頭企業,進一步增強氫能產業整體競爭力。 依托“組合拳”,烏海市發揮其黃河流域的獨特交通優勢,東西聯動內蒙古自治區鄂爾多斯市、阿拉善盟,南北貫通巴彥淖爾市、寧夏回族自治區銀川市,通過整合優勢資源,發揮上游氫能源優勢,向氫能裝備制造、氫燃料車等產業鏈下游拓展,實現烏海及周邊地區氫能產業鏈條的聚集、延伸,協同西部地區的氫能產業發展。
09-07

零下35攝氏度啟動、百公里的氫耗約超6公斤,600輛氫燃料車將服務冬奧會

“氫燃料車將在冬奧會上大規模使用,側面印證它十幾年間技術不斷迭代,環境適應性已經非常好了。”2008年北京奧運會上,3輛國產氫燃料客車示范使用。當年負責研發生產的北汽福田副總裁、福田智藍新能源總裁秦志東說,該公司預計約有600輛氫燃料車將服務北京冬奧會各賽區。 ? 從3輛到600輛,背后是加速駛來的氫燃料車。近期,北京、上海等多地接連發布支持氫能產業發展的新政,而國內外各大車企也加碼布局各類型氫燃料車。在業內看來,氫燃料車在商用車,特別是中遠途、中重型車上的能源優勢明顯超過純電動,有望爭搶到越來越多的新能源場景。 ? 600輛福田氫燃料車服務冬奧 13年前,新能源純電動車在國內還未大規模推廣,人們對氫燃料車更是一知半解。氫氣具備來源廣泛、清潔高效和應用場景豐富等優點,被認為是最清潔的能源。氫燃料電池汽車不同于純電動汽車,其車身載著儲氫瓶,奔跑時通過氫氧離子的化學反應“現場發電”。 ? 不過,北京奧運會的氫燃料車更多考慮可靠性、安全性,由于在夏季使用,對環境適應性要求不太高,也很難適應北方的冬天。“當時還屬于示范展示和探索階段,但現在已經進入商業化推廣階段。”秦志東說,以氫燃料客車為例,十幾年間不斷迭代,整個系統的效率明顯提升,實現了經濟性、輕量化,環境適應性問題也得到解決,尤其是扛得住張家口崇禮的嚴寒。另一方面,從北京到張家口的高速一路大長坡,無論從續航里程,還是動力性上,都可以滿足。 ? 記者獲悉,北汽福田在冬奧會各賽區投入服務保障的氫燃料車加起來大約有600輛。據介紹,從目前的試驗情況來看,這批氫能源客車可以實現零下35攝氏度啟動、零下40攝氏度存儲,百公里的氫耗約超6公斤。 ? 對車企來說,更關心的是氫燃料車的成本。秦志東說,同樣是12米長的氫燃料客車,如今成本已經不到第一代的三分之一。 ? 氫燃料中遠途優勢超純電動 與北汽福田的三輛氫燃料客車同時亮相北京奧運會的,還有上汽的20輛氫燃料小轎車。不過,幾乎同時起步的氫燃料商用車和乘用車,卻“跑”出不一樣的速度。國內挑戰嘗試氫能的,更多是商用車企;其他國家布局氫能也越來越側重于商用。 ? 2016年,北汽福田簽訂100輛氫燃料客車訂單,率先開啟商業化運營。兩年后,首批49輛氫燃料公交車交付張家口,助力“綠色冬奧”。據悉,北汽福田規劃布局了氫燃料商用車全系列車型,涵蓋城市客車、城郊客車、輕卡、中卡及重卡等不同產品。此外,上下游不少企業也都開啟了氫燃料車布局。 ? “從大數據分析來看,純電動車可以覆蓋城市配送70%以上的場景,但在中長途,氫燃料商用車的優勢要明顯強于純電動商用車。”秦志東說,氫燃料電池車與純電動車有嚴格的場景區分,純電動比較適用于短距離行駛,一般單程在七八十公里。一旦超出這個里程,充電時間會更長,自重更大,運載效率就會明顯降低。 ? 在中重型、中長途的使用場景上,氫能優勢一下子凸顯出來。一次加氫能跑四五百公里以上的距離,冬天低溫環境的影響幾乎沒有,更適合對能耗要求更高的城市配送冷鏈車。 ? 但如果解決了發動機效率、儲氫能力、能耗補給的問題,氫燃料車有望滿足一次加氫跑1000公里以上,使用面就進一步擴大。秦志東說,目前氣態儲氫容量有限,跑500公里左右已經是比較不錯的了,目前福田在國內正探索液氫在車輛上的應用。 ? 政策頻出氫燃料車推廣提速 近日,財政部等五部門正式批復燃料電池汽車示范應用首批示范城市群,分別是京津冀、上海、廣東。在近期出爐的《北京市“十四五”時期高精尖產業發展規劃》中,更是把氫能產業作為今后5年京津冀產業協同率先突破的三大產業之一。 ? 與此同時,全國多地都在加緊出臺支持氫能產業發展的政策。各地發展目標中除了推廣氫燃料車的數量外,還明確了未來幾年加氫站的建設數量,從而降低加氫成本。 ? 不過,氫燃料車依然跑在起步階段。業內人士透露,同樣大小的一輛氫燃料客車,成本雖然比十幾年前降低,但依然是純電動車的一倍左右,在一些指標上與傳統燃油車存在差距。“下一步,氫燃料車的壽命將更長,目前已經從第一代的千小時增長到萬小時,未來重卡商用車希望能達到4萬小時。此外,發動機功率、儲氫效率、能耗等都是優化的方向,從而降低用戶的運營成本。”秦志東說。?
08-25

俄羅斯氫能發展將駛入快車道

日前,俄羅斯總理米哈伊爾·米舒斯京批準了國家氫能發展構想,將分三階段發展氫能產業。第一階段為從現在起到2025年,將建成集生產、出口一體的氫能產業集群并落實試點項目,同時發展國內市場。第二階段和第三階段(分別為至2035年和2050年),旨在建設出口導向型氫能源產業,在國民經濟中廣泛使用氫能技術。俄羅斯氫能發展將駛入快車道。 俄學者認為,俄羅斯發展氫產業的動力主要來自于消費市場轉型,既具備資源、基礎設施、市場等諸多優勢,又面臨技術、綠氫(可再生能源制氫)原料不足、氫產業發展受出口市場偏好影響較大等挑戰。 消費市場轉型倒逼 俄力推氫能發展 “如果沒有來自能源消費者,尤其是來自歐洲消費者的挑戰,氫能在俄羅斯很難得到如此大的推動。”俄羅斯聯邦政府分析中心專家亞歷山大·庫爾丁表示。近兩年,油氣資源國俄羅斯頻繁出臺促進氫能發展的政策規劃,氫能迎來跳躍式發展。除剛發布的氫能發展構想外,去年6月和10月,俄相繼發布新版《2035年前能源戰略》和《2020-2024年氫能發展路線圖》,將氫能作為能源行業重點發展方向之一,計劃由俄氣、俄原子能兩家公司主導,2024年前在俄境內建立全面的氫能產業鏈。 俄羅斯高等經濟學院教授斯捷岑科同樣認為,俄發展氫能步伐加快主要受消費市場轉型影響。歐盟是俄羅斯最大的能源消費市場,也是低碳轉型最為積極的國際行為體。歐盟在2019年、2020年分別發布《歐洲綠色協議》和《歐洲氫能戰略》,將氫能視為其實現凈零排放的重要抓手,計劃促進氫能的制取、運輸和消費,使歐洲對天然氣的需求下降。正如米舒斯京在業務會議上所說,發展氫能可降低俄失去能源市場的風險。在全球能源轉型的趨勢下,俄羅斯依賴油氣出口的經濟模式恐難以為繼,通過利用天然氣制氫,成為全球氫能主要出口國,依靠氫能保障以往的油氣出口收入成為俄羅斯的主要關切。“歐洲終將實現向氫能的過渡,俄羅斯越早參與氫能發展進程,就越有可能從中獲得經濟回報。”斯捷岑科表示。俄總統可持續發展問題特別代表阿納托利·丘拜斯預計,到2030年,俄羅斯通過向歐盟出口氫可獲得至少200億~300億美元的收入。 歐盟最近出臺的氣候能源政策更使俄羅斯堅定了出口氫氣等低碳能源的決心。今年7月,歐盟委員會提出包括碳邊境調節機制在內的氣候能源一攬子計劃提案,鼓勵歐盟貿易伙伴降低出口產品的碳強度或碳足跡,并將于2026年向產品出口國征收碳排放費用,波士頓咨詢公司預計,如果碳稅為每噸二氧化碳30美元,俄羅斯將每年損失31億~38億美元。 俄羅斯發展氫能具備諸多優勢 在氫能發展方面俄羅斯雄心勃勃,立志成為全球氫能市場的領導者,并提出到2030年擁有全球氫市場20%份額的目標,預計到本世紀中葉,俄氫氣供應量將達1500萬~5000萬噸。亞歷山大·庫爾丁表示,歐盟提出碳邊境調節機制,將發展可再生能源的融資壓力轉嫁于油氣出口國。鑒于資源和技術基礎,俄羅斯提出了藍氫(天然氣制氫)開發方案作為應對措施。在發展氫能方面,俄羅斯具備資源、基礎設施、市場等諸多優勢。 首先,俄羅斯天然氣儲量豐富,制氫成本低廉。根據發展構想,2035年前藍氫將成為俄羅斯制氫優先方向。據國際能源署數據,生產綠氫的成本為每公斤2至7美元,藍氫成本僅為每公斤1.6美元。 其次,俄羅斯具備發達的天然氣管網。氫工業與天然氣工業相似程度較高,俄羅斯境內共有輸氣管道超過17萬公里,配氣管道約70萬公里,地下儲氣庫20余座,是全球天然氣管網最發達的國家之一。未來俄將通過長輸天然氣管網向歐洲和亞洲出口數千萬噸氫,正在建設的北溪2號線的摻氫比例可達70%。 最后,俄羅斯具有市場優勢。歐洲和亞洲是全球氫主要出口市場,緊鄰亞洲和歐洲的地理優勢和成熟的天然氣貿易關系,使俄羅斯在向上述兩個市場出口氫能方面具備優勢。俄羅斯也針對目標市場在《構想》中提出建設西北部、東部和北極三個生產集群。其中,東部集群面向亞洲,西北集群面向為歐洲,并將致力于降低出口導向型企業的碳足跡。 挑戰下俄能源企業 相繼出臺氫能業務布局 目前,全世界每年消耗的氫總量約為7200萬噸,其中俄羅斯氫氣產量僅為500萬噸,所占比例較小。俄羅斯依靠氫能出口保障收入,主要面臨以下四方面的挑戰: 一是俄羅斯氫能產業為出口導向型。俄羅斯工業、企業和居民對氫缺乏強烈的內部需求,發展氫能旨在出口。在這種情況下,俄氫工業的發展容易受目標市場氫種類喜好變化的影響。例如,遠期來看,隨著歐盟綠氫生產能力的迅速增強,俄羅斯的藍氫、紫氫(核電制氫)可能最終將被擠出歐洲市場。近期來看,歐洲碳邊境稅可能會最小化俄羅斯氫氣的成本優勢,俄氫能行業無法獲得預期的收入。 二是俄羅斯綠氫短期內無法實現出口。俄羅斯沒有資源,也沒有動力在短期內為歐盟提供綠氫。綠氫必須通過電解水、風光發電和生物質燃燒獲得,盡管構想中宣布了實現綠氫的目標,但制氫原料——可再生能源在俄發電結構中的比例微乎其微。且俄羅斯生產藍氫比綠氫更具成本競爭優勢。 三是氫氣運輸技術有待研究。俄羅斯計劃通過利用改造現有天然氣管網向歐洲輸氫,但管網摻氫輸送還面臨一些列技術難題。圣彼得堡礦業大學校長弗拉基米爾·利特維年科表示,氫的應力腐蝕對于天然氣管網摻氫構成挑戰。由于應力腐蝕,俄氣已經更換了超過5000公里的大口徑天然氣。 雖然挑戰重重,但俄氣、俄原子能、諾瓦泰克等公司相繼宣布了氫能業務布局。“這些公司能夠大規模制氫,并向歐盟及亞太市場出口低碳氫,是俄氫能產業發展的受益者。”俄能效中心主任伊格爾·巴什馬科夫表示。俄原子能公司2024年將建設氫動力火車試點。俄氣將研究氫和甲烷氫燃料在燃氣渦輪發動機、燃氣鍋爐中的使用,以及氫作為動力燃料在各種交通運輸工具中的應用。諾瓦泰克宣布5年內在亞馬爾半島啟動商業制藍氫以及CCS項目,并將在當地建設一座裝機容量約為200兆瓦的風電廠,發展綠氫產業。 ?
08-24

詳解沿海地區三大制氫技術路線

我國沿海地區憑借風資源、核能以及海港優勢,可發展具有沿海特色的氫源基地。發展初期,依靠化工副產制氫推動氫能產業起步;中后期利用風、核等清潔能源從根本上實現零排放綠色制氫。 本文以大規模環境友好型制氫基地為目標,簡述了符合我國沿海特色的相關技術路線,并指出可依托海港優勢形成液氫集散中心,成為液氫集散樞紐,最終耦合布局風電、核能制氫基地以及液化天然氣接收站,統籌布局形成沿海特色氫源基地。 氫能是國際公認的未來能源之一,加快推進我國氫能產業發展,是積極應對氣候變化、保障國家能源安全的戰略選擇。 目前主流的制氫方式包括化工副產制氫、煤氣化制氫、天然氣重整制氫、甲醇重整制氫、水電解制氫。若考慮環境友好性,煤氣化制氫、天然氣重整制氫、甲醇制氫依然有較高的碳排放,無法從根本上解決能源與環境的矛盾。 基于我國“富煤貧油少氣”的資源稟賦,以及擁有豐富化工副產氫的現狀,現階段藍氫路線可作為有效的過渡方案,推動氫能產業鋪開及公用基礎設施普及,鞏固氫能發展基本盤。 據不完全統計,我國焦爐煤氣、丙烷脫氫、燒堿工業等可利用副產氫超過800萬t/a。隨著CO2集中捕集技術的發展,結合碳捕集、利用與封存技術的化石燃料制氫技術有望在內陸獲得重視。 為達成“碳達峰”和“碳中和”的目標,未來大規模制氫的發展方向將是利用風力發電、光伏發電等可再生能源進行電解水制氫,此外核能制氫同樣具有美好前景。 我國沿海地區依托海洋,相較內陸地區,擁有海上風電以及核電優勢,可打造具有沿海特色的氫源基地。 01 沿海特色氫源基地思路簡述 我國東南部地區擁有蘊含豐富風力資源的漫長海岸線,現我國正積極發展海上風電。綜合考慮冷卻、運輸、安全等因素,沿海相比內陸更適合建造核電站。同時沿海地區利用港口優勢可形成能源傳輸樞紐。 基于上述特點,沿海地區可發展具有沿海特色的氫源基地,如圖1所示,沿海地區的氫源基地具有兩大功能:一是新能源制氫基地;二是氫能集散中心。 圖1:沿海特色氫源基地架構 圖片來源:《現代化工》 發展初期,選用成本較低且技術成熟的工業副產氫加速氫能產業布局;中后期,利用海上風電及核能制氫,可真正做到零排放、零污染。 大規模制取的氫可直接以氣態形式短距離運送至附近需氫用戶,也可輸往氫液化基地轉換至液態以便進行遠距離運輸。 類似LNG接收站,沿海可建造液氫集散中心,從廉價氫源地進口氫,亦可將氫出口獲利。依托LNG接收站,可利用LNG氣化冷能有效降低氫液化系統能耗。 02 沿海特色新能源制氫技術 2.1? 風電制氫 氫因其能量密度高、壽命長、便于儲運的優點,適于風電規模化綜合開發利用及儲存。風氫耦合發電已成為一些國家解決風電上網“瓶頸”問題的重要手段,不僅可以提升電力輸出品質,還可提供綠色環保的氫,供進一步綜合利用。 風氫耦合發電的初衷是為了解決風電的間歇性問題,將其作為一種儲能方式。 2004年,美國啟動了Wind2H2計劃,致力于研究適用于風電的氫儲能技術。利用“廢棄”風電來電解水制氫儲能,不僅可解決棄風問題,還能反過來利用氫氣再發電增強電網的協調性和可靠性,并且整個過程清潔環保,幾乎不產生二氧化碳。 然而,風氫耦合發電系統的能量轉換效率較低,在當前的技術水平下,“風電-氫-電”的轉換效率低于40%,不適合規模化推廣應用。因此,今后風氫耦合的重點應是更具前景的“風電-氫-用”的模式。 未來隨著氫能應用的多樣化及普遍化,氫需求量大幅增大后,風電制氫將從廢風制氫的輔助并網模式轉變為專一制氫的非并網模式。去除并網設備成本后,大規模風電制氫的經濟性將會進一步提升。 風電制氫的技術關鍵在于水電解制氫,水電解制氫技術主要有三種:堿性水電解制氫、純水質子交換膜(PEM)水電解制氫、固態氧化物電解池(SOEC)電解水制氫。 如表1所示,堿性水電解制氫技術和PEM水電解制氫技術現已有商業化運行,前者較為成熟而后者由于成本較高暫處于早期商業化試驗階段,SOEC雖然效率較高但還處于研發示范階段。 表1? 主流水電解制氫技術比較 在輔助并網的風氫耦合模式下,采用棄風棄電制氫,因風電間歇性和隨機波動性特點,要求水電解裝置具有不穩定電能條件下安全、可靠、高效的制氫能力。 現階段技術水平的堿性水電解制氫設備的冷啟動響應以及功率波動情況下制氫品質欠佳。而PEM可快速響應,可匹配適應風電場的功率波動性,但投資成本較高,目前不適合大規模推廣應用。 綜上所述,未來大規模的風電制氫若采用專一制氫的非并網模式,可考慮堿性水電解技術和PEM水電解技術協同使用:以堿性水電解設備為主,發揮其成本低的優勢大規模裝機;PEM水電解設備輔助使用,利用其快速響應優勢以匹配風能功率波動。 2.2? 核能制氫 利用核能,可以實現氫氣的高效、大規模、無碳排放制氫。核能制氫技術研發為未來氫氣的大規模供應提供了一種有效的解決方案,同時可為高溫堆工藝熱應用開辟新的用途,對實現我國未來的能源戰略轉變具有重大意義。 未來核能在非發電領域的應用備受矚目,第四代核能系統的6種堆型(鈉冷快堆、氣冷快堆、鉛冷快堆、熔鹽堆、超臨界水堆、超/高溫氣冷堆)中,具有固有安全性、高出口溫度、功率適宜等特點的超/高溫氣冷堆,被認為是非常適合用于制氫的堆型。 核能制氫所利用的主要是核反應產生的熱量。如圖2所示,核能制氫技術路線包括:高溫重整烴類制氫、高溫熱化學循環分解水制氫、高溫蒸汽電解制氫、核電電解水制氫。 圖2? 核能制氫技術路線 利用核熱代替常規技術中由燃燒化石燃料產生的熱源進行烴類的高溫重整制氫,可減少CO2排放,但仍無法做到零排放。 剩下的3種零排放技術路線中,利用核能發電再進行常規電解水制氫,與其他新能源發電電解水制氫路線類似,雖技術較為成熟,但效率較低,不適合未來大規模制氫場景。 與間接使用核熱的電解水路線不同,高溫熱化學循環分解水(碘硫循環和混合硫循環)制氫和高溫蒸汽電解制氫可全部或部分地直接利用反應堆提供的工藝熱,減少了熱-電轉換過程中的效率損失,可實現核能到氫能的高效轉化。 碘硫循環被認為是最具應用前景的核能制氫技術。碘硫循環由三步反應相耦合組成閉合過程,反應溫度條件為800~900℃,反應的凈結果為水分解生成氫氣和氧氣。 反應的第一步為Bunsen反應,溫度為20~-120℃; 第二步為硫酸分解反應,溫度為830~900℃; 第三步為氫碘酸分解反應,溫度為400~500℃。 碘硫循環制氫效率可達50%以上,且易于實現放大和連續操作,適合大規模制氫場景。 混合硫循環反應的凈結果同樣為水分解生成氫氣和氧氣。混合硫循環由二步反應組成: 第一步為SO2去極化電解反應,溫度為30~120℃; 第二步為硫酸分解反應,溫度為850℃。 混合硫循環的第一步為電解反應,因此反應流程需要同時利用高溫熱和碘,其效率要遠高于常規電解。 高溫蒸汽電解利用固體氧化物燃料電解池(SOEC)實現高溫水蒸氣的電解。SOEC與常規電解技術相比,反應需要在高溫條件(一般在700℃以上)下進行,因此利用核熱可顯著提高制氫效率。 03 液氫港口與LNG接收站冷能回收 日本提出了利用海運進口液氫的方案并一直在積極進行實質性探索,神戶大學聯合巖谷氣體以及日本材料科學研究所于2017年在大阪成功進行了小型液氫船運載試驗。日本計劃在2020—2030年期間實現氫的商業進口,氫源地為澳大利亞。 根據計劃,澳大利亞將利用作為閑置能源的褐煤進行氣化制氫(含碳捕集)并進行液化處理,日本無碳氫供應鏈技術研究協會將在2020年利用搭載2個1250m3容量儲罐的液氫槽船進行海上液氫轉運。 參考日本的思路,我國沿海地區具有建設LNG接收站條件的地區可以考慮建設液氫港口。與LNG接收站的單一接收功能不同,液氫港口可同時擔負液氫進口或液氫出口的責任。 在缺氫源的階段,可仿照日本的進口端模式,進口國際上較為廉價的液氫作為補充備用; 在大規模制氫鋪開后產能充足的階段,可仿照澳大利亞的出口端模式,向周邊氫資源緊缺的國家出口液氫以獲取利潤。 在LNG接收站,LNG氣化過程中存在大量具有回收價值的冷量,若是將氫出口港和LNG接收站聯合建設,可考慮利用LNG氣化過程的大量冷能對氫液化循環進行預冷,可在解決LNG冷能利用問題的同時,有效降低氫液化的能源需求和資本成本。 04 結論與展望 根據沿海地區能源特點,建立風電制氫和核能制氫基地可滿足未來綠色氫能的發展趨勢,大規模供應無碳氫。風電制氫從棄風制氫的輔助并網模式轉變為專一制氫的非并網模式,可提升制氫的轉換效率和經濟性。 非并網模式下,綜合考慮不同水電解制氫的設備成本及技術特點,堿性水電解設備為主并以PEM水電解設備輔助的方案或許具有較好應用前景,可深入研究分析。 利用第四代核能系統的高溫核熱,高溫熱化學循環分解水制氫和高溫蒸汽電解制氫可實現核能到氫能的高效轉化,可在未來應用于大規模無碳產氫。 依托LNG接收站經驗建立液氫港口,成為國際液氫集散中心,有利于發展國際氫能貿易。 聯合風電制氫、核能制氫、液氫港口,耦合形成沿海特色氫源基地,可發揮氫作為實體能源的優勢,助于氫實現對石油的替代,有利于向無碳社會過渡。
08-23

北京冬奧延慶賽區配212輛氫燃料車、5年內累計推廣超萬輛氫燃料車

北京市經濟和信息化局8月16日發布《北京市氫能產業發展實施方案(2021-2025年)》。根據方案設定的目標,2023年前,本市將力爭建成37座加氫站,推廣氫燃料電池汽車3000輛;到2025年前,氫燃料電池汽車累計推廣量突破1萬輛。 京津冀協同布局氫能產業 氫氣具備來源廣泛、清潔高效和應用場景豐富等優點,被認為是最清潔的能源。中國氫能聯盟預測,2025年,我國氫能產業產值將達到1萬億元;到2050年,氫氣需求量將接近6000萬噸,氫能在我國終端能源體系中占比將超10%,產業鏈年產值達到12萬億元。 “京津冀區域是國內最早開展氫能與燃料電池產業研發和示范應用的地區之一,具備研發實力突出、產業基礎完備、氫能供給多元、產業鏈完整、應用場景豐富等優勢,三地產業與經濟結構互補性強,為區域協同發展氫能產業奠定了堅實的基礎。”市經濟和信息化局方面表示。數據顯示,截至2020年底,本市氫能產業相關企業、機構數量約150家,其中氫能供應領域73家,燃料電池領域89家。2020年,本市氫能產業實現產值約30億元,總體處于中試到產業化過渡階段。 方案提出,北京將以冬奧會和冬殘奧會重大示范工程為依托,2023年前實現氫能技術創新“從1到10”的跨越,培育5至8家具有國際影響力的氫能產業鏈龍頭企業,京津冀區域累計實現產業鏈產業規模突破500億元,減少碳排放100萬噸。尤其在交通運輸領域,推廣加氫站及加油加氫合建站等靈活建設模式,力爭建成37座加氫站,推廣燃料電池汽車3000輛。 2025年前,北京將具備氫能產業規模化推廣基礎,產業體系、配套基礎設施相對完善,培育10至15家具有國際影響力的產業鏈龍頭企業,形成氫能產業關鍵部件與裝備制造產業集群,建成3至4家國際一流的產業研發創新平臺,京津冀區域累計實現氫能產業鏈產業規模1000億元以上,減少碳排放200萬噸。在交通運輸領域,力爭再新增37座加氫站建設,實現燃料電池汽車累計推廣量突破1萬輛。 京城南北打造兩大示范區 從產業布局上看,京北將以昌平“能源谷”建設為核心,向南融合海淀,向北輻射延慶、懷柔,在北部區域打造氫能產業關鍵技術研發和科技創新示范區,打造燃料電池關鍵裝備、商用車整車集成及上下游產業核心競爭力;京南依托大興、房山、經開區,構建氫能全產業鏈生態系統,在南部區域打造氫能高端裝備制造與應用示范區,開展氫燃料電池車輛、車載液氫供氫系統、氫動力無人機、船舶、軌道交通等產業全場景應用示范。 京津冀地區將以聯合開展燃料電池汽車關鍵核心技術產業化攻關和示范應用城市群建設為引領,集聚制、儲、運、加、用全產業鏈,形成優勢互補、錯位發展、互利共贏的氫能產業發展格局。 本市將依托能源、電力央企,在京津冀地區建設符合國際標準的高質量、智能化、核心技術自主可控的可再生能源電力制儲氫與加氫基礎設施項目。2023年,預計全市氫燃料電池汽車及燃料電池發電系統用氫量約50噸/天,到2025年將達到135噸/天。2022年前,全市氫氣日產能達到68.8噸,基本滿足應用端用氫需求;到2025年用氫量缺口部分,由京津冀統籌布局產能解決,保障氫氣供應體系持續穩定,并逐步提升綠氫供給比例。 冬奧延慶賽區配212輛氫燃料車 方案公布了多個氫能應用示范場景。在綠色冬奧方面,將應用燃料電池汽車,在延慶等山地賽區承擔觀眾或工作人員的運送服務。延慶賽區賽時燃料電池車的客運服務應用規模212輛,賽后車輛用于公交服務。同時,本市將以“宜電則電,宜氫則氫”為推廣原則,聚焦冬奧客運、大宗物資運輸、渣土運輸、港區作業、物流配送、市政環衛等10類以中遠途、中重型為主的應用場景,完成5300輛自主化燃料電池汽車的示范應用。 在京津冀區域,往返于各港口至北京的運輸線路、重點企業物流專線和以農副產品為重點的生活必需品運輸線路上,將構建京津冀燃料電池重卡貨運走廊,實現氫燃料電池牽引車和載貨車的分階段替換。到2025年,共計替換約4400輛,實現柴油替代約14.5萬噸/年,減少碳排放約46萬噸/年。市經濟和信息化局介紹,北京將建設成為具有國際影響力的氫能產業城市與科技創新中心,合力構建氫能與燃料電池全產業鏈,著力打造“區域協同、輻射發展、國內領先、世界一流”的產業創新高地。
08-17

5項涉氫標準入選2021年擬立項能源行業標準

近日,國家能源局發布《關于對2021年能源領域擬立項行業標準制修訂計劃及外文版翻譯計劃項目征求意見的公告》。 在匯總的《2021年能源領域擬立項行業標準制定計劃項目》中,其中提到了氫能與燃料電池項目。 關于5項標準,具體闡述為: ? 加氫站壓力設備監測技術要求 ? 加氫站壓力設備監測技術要求由中國特種設備檢測研究院等起草,預計于2023年完成制定。 ? 1)本標準規定了儲氫系統的監測技術要求。 ? 2)本標準適用于加氫站氫氣儲存壓力容器、瓶式氫氣儲存壓力容器、系統管路等儲氫系統的監測。 ? 3)其他固定式儲氫系統的監測可參照本文件執行。 ? 加氫站壓力設備風險評價與檢驗 ? 加氫站壓力設備風險評價與檢驗中國特種設備檢測研究院作為主要起草單位,預計于2023年完成制定。 ? 1)本標準適用于氣氫、液氫加氫站的風險評價與檢驗,包含站用壓力容器及其全部承壓零部件、站內壓力管道及其全部承壓管件、安全閥等安全泄放裝置、氫氣加注機等。 ? 2)本標準主要技術內容包括加氫站用壓力設備的風險評價方法,及針對風險實施的監測預警、智能檢驗手段等。 ? ? 儲能電站技術監督導則 ? 儲能電站技術監督導則國網湖南省電力有限公司經濟技術研究院作為主要起草單位,預計于2022年完成制定。 ? 本文件適用于鋰離子電池、鉛酸電池、液流電池、燃料電池、壓縮空氣、飛輪、超級電容等儲能電站的技術監督,主要技術內容包括:技術監督項目、監督方法及監督管理等內容。 ? 核電廠高壓氫氣系統調試導則 ? 核電廠高壓氫氣系統調試導則由三門核電有限公司作為主要起草單位,預計于2022年完成制定。 ? 適用范圍:該標準適用于電廠高壓氫氣系統調試。主要技術內容:本標準規定了電廠高壓氫氣系統調試的試驗目的、試驗條件、試驗內容;本標準規定了電廠高壓氫氣系統調試的驗收標準。 ? 可再生能源電力制氫設計規范 ? 可再生能源電力制氫設計規范由中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司和水電水利規劃設計總院作為主要起草單位,預計于2023年完成制定。 ? 適用范圍:新建、擴建和改建的可再生能源電力制氫工程的設計。 ? 主要技術內容:總則、術語和符號、基本規定、資源分析、總體設計、可再生能源發電系統、電解水制氫和儲運系統、燃料電池發電系統、電力系統、電氣、輔助及附屬設施、建筑結構、施工組織設計、環境保護與水土保持、勞動安全與職業衛生、消防、信息系統。
08-16

全國首份加氫站安全管理規定

近日,蘇州市政府辦公室正式印發《蘇州市加氫站安全管理暫行規定》(以下簡稱《暫行規定》)。這也是全國首份加氫站安全管理規定。自2021年10月1日起生效,有效期2年. ? 當地一線工作人員表示,進入涉氫場所要穿戴防靜電工作服和防靜電鞋、加氫站經營單位每半年檢測一次防雷裝置。 ? 《暫行規定》共21條,明確加氫站主體責任落實要求,強調要建立具備相應履職能力的企業安全管理和技術專業團隊;明確加氫站的安全運行要求,強調制度環節設計;明確作業人員的教育培訓和資格要求,強調從業人員要具備與加氫站安全運行相適應的安全生產知識和能力。 蘇州市加氫站安全管理暫行規定 第一條為了保障蘇州市加氫站運行安全,規范加氫站經營單位的安全管理,促進氫能產業健康安全持續發展,依據《中華人民共和國安全生產法》、《危險化學品安全管理條例》、《江蘇省安全生產條例》等相關法律法規,結合本市實際,制定本規定。 第二條本規定適用于蘇州市行政區域內加氫站經營單位安全管理工作。 第三條加氫站經營單位的安全生產保障、從業人員的安全生產權利義務,應當符合《中華人民共和國安全生產法》《危險化學品安全管理條例》《江蘇省安全生產條例》和有關法律、法規、規章的要求。 第四條應急管理部門負責加氫站安全監督管理以及事故調查處理工作。 住房和城鄉建設管理部門負責汽車加氫站的工程建設管理和消防審驗。 交通運輸主管部門負責高壓氫氣道路運輸、水路運輸的許可,對高壓氫氣水路運輸安全實施監督,負責高壓氫氣道路運輸企業、水路運輸企業駕駛人員、船員、押運人員等的資格認定。 公安機關負責高壓氫氣長管拖車的道路交通安全管理。 市場監督管理部門負責加氫站涉及到的壓力容器等特種設備的安全監管以及有關行政許可事務的具體辦理。 各縣級市(區)人民政府(管委會)有關部門,依照本規定和其他法律法規的有關規定,在各自職責范圍內,負責本行政區域內的加氫站經營單位安全監管工作。 第五條加氫站的設計、施工及安全管理等應當遵守《加氫站技術規范》(GB50516)、《氫氣站設計規范》(GB50177)、《氫氣使用安全技術規程》(GB4962)、《特種設備生產和充裝單位許可規則》(TSG07)、《化學品生產單位特殊作業安全規范》(GB30871)等國家有關標準或者規范的規定。 第六條加氫站經營單位應當取得《中華人民共和國移動式壓力容器(氣瓶)充裝許可證》,方可從事充裝活動。 依法需要辦理其他行政許可的,應當在取得相關行政許可后,方可從事經營活動。 第七條加氫站經營單位應當建立健全全員安全生產責任制和安全生產規章制度。 安全生產規章制度包括以下內容: (一)安全生產投入保障制度; (二)宣傳教育培訓制度; (三)隱患排查治理制度; (四)應急管理制度; (五)法律、法規、規章規定的其他安全生產規章制度。 第八條加氫站經營單位的主要負責人對本單位的安全生產工作全面負責,負責組織制定并實施本單位安全生產規章制度和操作規程。 第九條加氫站經營單位應當設置安全生產管理機構或者配備專職安全生產管理人員。安全生產管理機構以及安全生產管理人員履行檢查本單位的安全生產狀況,督促落實本單位重大危險源的安全管理措施,制止和糾正違章指揮、強令冒險作業、違反操作規程的行為等職責。 第十條加氫站經營單位的主要負責人和安全生產管理人員應當具備與本單位所從事的生產經營活動相應的安全生產知識和管理能力,由應急管理部門對其安全生產知識和管理能力考核合格。 加氫站經營單位的特種作業人員應當按照國家有關規定經專門的安全作業培訓,取得相應資格,方可上崗作業。 加氫站經營單位的特種設備安全管理人員和作業人員應當按照國家有關規定取得相應資格,方可從事相關工作。 第十一條加氫站經營單位應當規范其安全管理信息的記錄,對維護、保養、檢測、監控、事故隱患排查治理情況等數據進行記錄。 第十二條加氫站經營單位應當在有較大危險因素的生產經營場所和有關設施、設備上,設置明顯的安全警示標志,安全警示標志應當遵守國家標準或者行業標準。 第十三條氫氣設備、管道和容器,在投入使用前、檢修作業前或者長期停用后,均應當使用符合安全要求的惰性氣體進行置換吹掃,取樣分析氫含量或者氧含量符合《氫氣使用安全技術規程》(GB4962)的相關要求。 第十四條進入涉氫場所的人員應當穿戴防靜電工作服和防靜電鞋,嚴禁帶入火種;作業時應當使用不產生火花的工具;氫氣設備運行時,禁止敲擊、帶壓維修和緊固。 進行動火等特殊作業應當遵守《化學品生產單位特殊作業安全規范》(GB30871)的相關要求。 第十五條加氫站經營單位應當組織管理、技術、崗位操作等相關人員,對生產工藝、設備設施、作業環境、人員行為和管理體系等方面存在的安全風險進行全面、系統辨識。對辨識出的安全風險,應當根據安全風險特點,從組織、技術、管理、應急等方面逐項制定管控措施,按照不同安全風險等級實施分級管控。 加氫站經營單位應當建立健全并落實生產安全事故隱患排查治理制度,采取技術、管理措施,及時發現并消除事故隱患。發現直接危及人身安全的緊急情況,從業人員有權停止作業或者在采取可能的應急措施后撤離作業場所。 第十六條加氫站經營單位應當對其使用的特種設備進行經常性維護保養和定期自行檢查,并作出記錄;應當對其使用的特種設備的安全附件、安全保護裝置進行定期校驗、檢修,并作出記錄。 加氫站經營單位投入使用后的防雷裝置應當每半年檢測一次。 第十七條加氫站經營單位應當加強應急救援能力建設,制定本單位生產安全事故應急救援預案,定期組織演練,每半年至少組織一次現場處置方案演練,每年至少組織一次綜合應急預案演練或者專項應急預案演練。 第十八條加氫站經營單位發生生產安全事故后,事故現場有關人員應當立即報告本單位負責人,同時按照應急預案實施現場處置。 單位負責人接到事故報告后,應當迅速采取有效措施,組織搶救,防止事故擴大,減少人員傷亡和財產損失,并按照國家有關規定立即如實報告當地負有安全生產監督管理職責的部門,不得隱瞞不報、謊報或者遲報,不得故意破壞事故現場、毀滅有關證據。 第十九條違反本規定相關規定,由住建、應急管理、市場監管、交通運輸、生態環境、公安等部門按照職責依法處理。 第二十條本規定中下列用語的含義: (一)氫:是一種易燃氣體,根據《危險化學品目錄(2015版)》和《危險貨物品名表》(GB12268),氫為危險化學品和危險貨物。 (二)加氫站:為氫能汽車或者氫內燃機汽車或者氫氣天然氣混合燃料汽車等的儲氫瓶充裝氫氣燃料的專門場所。 (三)氫氣長管拖車:由若干個高壓氫氣壓力容器或者氣瓶組裝后設置在汽車拖車上,用于運輸高壓氫氣的裝置,配帶相應的連接管道、閥門、安全裝置等。 第二十一條本規定自2021年10月1日起施行,有效期2年。
08-13

我國將制定氫能發展戰略,氫氣內燃機有望納入其中獲得支持

在碳達峰、碳中和目標的推動下,氫燃料電池技術高速發展。但這還不夠,多家商用車企正在解鎖氫能源的另一種利用形式——氫氣發動機。 記者從工業和信息化部獲悉,該部將支持發展零碳排放的氫氣發動機,下一步還將積極配合相關部門制定氫能發展戰略,研究推動將氫氣內燃機納入其中予以支持。 我國將制定氫能發展戰略 工業和信息化部是在對十三屆全國人大四次會議第5736號建議的答復中做出以上表態的。 工業和信息化部表示,“2017年4月,我部、發展改革委、科技部聯合印發《汽車產業中長期發展規劃》,明確指出‘推動先進燃油汽車、混合動力汽車和替代燃料汽車研發。鼓勵天然氣、生物質等資源豐富的地區發展替代燃料汽車,允許汽車出廠時標稱油氣兩用,開展試點和推廣應用,促進車用能源多元化發展’。下一步,我部將積極配合相關部門制定氫能發展戰略,研究推動將氫氣內燃機納入其中予以支持。” 工業和信息化部還提出,將根據氫氣發動機技術進步和應用推廣情況,進一步評估現行標準體系的適應性和差異性,提前布局相關標準預研,適時推動急需標準制定,有力支撐氫氣汽車科學合理發展。 氫能發展熱潮倒逼規則建設 我國明確氫能發展戰略正當其時。 “目前,燃料電池技術正加速改變世界能源格局,氫能源受到全球主要國家的重視,國內也有不少省市相繼布局氫能產業。隨著氫能的安全使用問題及燃料電池的技術和成本瓶頸逐步取得突破,氫能產業發展開始進入示范運營階段,并開展商業化探索。”中國電動汽車百人會的專家表示。 2021年,國內多地都把建設加氫站列入了當地重點任務。廣東佛山、安徽蕪湖、河南鄭州、山西太原等城市的加氫站數量均已超過30個;布局加氫站運營的企業數量全國也超過了20家。 “氫能發展的熱潮奔涌而來,但伴隨著發展熱潮的出現,相應的政策、體系、建設等方面都需要與之匹配。”上海大學理學院院長、可持續能源研究院院長張久俊認為,對氫能的后續發展,希望有關政府部門和行業機構能夠明確氫能定位,確定不同種類氫的定義和標準,逐步擴大應用領域。 主流商用車企積極布局新型內燃機 被主管部門考慮納入氫能發展戰略的氫能內燃機是什么? 氫內燃機可以簡單的理解為燒氫氣的發動機。和目前十分火爆的氫燃料電池原理不同,氫內燃機按照吸氣—壓縮—做功—排氣4個沖程來完成化學能向機械能的轉化。 漢馬科技總經理劉漢如介紹,歐洲目前正在大力發展氫能動力產業。除了氫燃料電池外,歐洲幾乎所有的主流商用車主機廠都在關注或已開始對氫氣發動機的可行性研究,已經成立了包括主機廠、關鍵零部件等22家企業的氫氣發動機聯盟。 劉漢如認為,我國現有工業副產制氫潛力450萬噸以上,可直接用于氫氣發動機使用。考慮到可靠性、成本、經濟性,氫氣發動機是一個非常有吸引力的零二氧化碳商用車動力總成技術解決方案。 據介紹,氫氣發動機可充分利用現有內燃機產業基礎,目前已經有部分國內企業和高校在該領域取得一些研究成果。 此前,長城汽車發布了“氫檸技術”車規級氫動力系統全場景應用解決方案。 下游需求放量帶動全產業鏈發展 天風證券認為,盡管本輪氫能源行情以下游需求放量為驅動,但上游制氫技術的研發突破,才是產業鏈實現垂直聯動的決定因素。落實在投資層面,主要有三個層次的機會:上游制氫環節、中游儲運環節、下游應用環節。 中信證券認為,行業“游戲規則”的確立,也有助于激勵規模化、技術領先的龍頭企業脫穎而出。推薦積極擴張光伏制氫的寶豐能源、全產業鏈布局的美錦能源,以及在制氫、加氫站擴張領域有優勢的中國石化等。 根據國務院國資委的數據,目前,超過三分之一的中央企業已經在制定包括制氫、儲氫、加氫、用氫等全產業鏈布局,取得了一批技術研發和示范應用成果。
08-12

東京奧運會中的氫能布局

8月8日,2020東京奧運會落下帷幕,中國代表團以38金32銀18銅,總計88枚獎牌的成績圓滿收官。 從7月23日正式開幕以來,由于疫情的原因,這是第一個幾乎沒有觀眾的奧運會。而在此次東京奧運會上,也出現了氫能的身影。 早在2016年,時任東京市長舛添要一曾宣布“東京奧運會將留下氫能社會作為遺產”,就像1964年東京奧運會留下了新干線高速鐵路一樣。 此次東京奧運會圣火臺和部分奧運圣火均使用氫作為燃料,為奧運歷史首次;奧運村的熱水系統也完全由氫燃料供能;運動員更是乘坐氫燃料電池巴士奔赴比賽場館。生產氫氣的電能,全部來自福島縣的太陽能板。 事實上,在過去的一個多世紀,日本憑借石油、天然氣和煤炭,已經打造出一整套完整的工業體系,而在過去幾年,日本上至政府,下至企業,重金投入氫能源行業如此抉擇,被外界看來是日本在整個工業體系上的最大賭注,甚至有日本學者將氫能比喻為“日本能源的推倒重來”。 作為世界上最早提出“氫能愿景”的國家,日本在此次奧運會上的展示已經為我們做了預演。從制氫、儲氫、運氫到終端應用,整個過程不使用任何化石燃料。這是日本第一個完整的氫能基礎設施系統,也代表了日本氫能戰略的野心。 從綠氫制造到終端應用,此次東京奧運會氫能基礎設施系統的完整性在世界范圍內可謂是開創性的。十年前,福島核事故轟動全球,核污染與核輻射一時之間掀起滿城風雨。十年間,日本開始轉型走向氫能,這很大程度上要感謝日本政府對其大量的資金投入。 今年上半年,日本川崎重工建成的世界第一艘液化氫運輸船Suiso Frontier已投入試運行,核心技術在于其1250立方米的儲氫罐能夠將液氫大規模儲存于零下253℃(252.76℃為氫的沸點/液化溫度),比儲存液化天然氣的溫度還要低100℃。這艘船將會把液氫從9000公里以外的澳大利亞運往日本。這條運氫線路將使2030年日本氫燃料到岸價格降低4倍。 但是,日本氫能產業鏈的成本依然非常高,東京奧運會所使用的氫燃料電池巴士價格是柴油巴士的4倍,相同條件下氫燃料成本至少是柴油的2.6倍。與鋰電池產業鏈相比,氫能和氫燃料電池產業鏈更長、復雜度更高,有很多環節仍需技術突破和商業化探索。 截至2021年初,全球30多個國家已發布氫能產業發展路線圖,并承諾提供公共資金支持氫能的應用。日本和歐盟均已公布氫能戰略,對2030年和2050年的綠氫產量和氫能源汽車的普及率提出具體目標。國際氫能委員會預計,到2050年,氫能將承擔全球18%的能源終端需求。另外,氫燃料電池汽車將占全球車輛的20%~25%,每年為交通運輸行業貢獻至少三分之一的碳減排。 去年國務院辦公廳及國家能源局等頒布了《新能源汽車產業發展規劃(2021-2035年)》《關于建立健全清潔能源消納長效機制的指導意見(征求意見稿)》等支持政策,鼓勵推廣綠氫、分布式能源、燃料電池等重點技術的研發和商業應用,氫能產業將邁入商業化和規模化發展的新階段。 今年國務院國資委在總結上半年央企經濟運行情況時表示,超過三分之一的央企已在制定氫能全產業鏈布局。 截至2021年6月,全球大規模氫能項目和投資事件已達359個,其中至少三分之一發生在今年上半年,增速迅猛。各國政府已累計承諾至少700億美元的公共資金投入氫能產業。預計到2030年,各國政府、資本和企業將為氫能產業投入至少5000億美元。 在全球碳減排的加速推動下,2021年讓氫能的發展走向了快車道。日本曾經的“全球第一氫能社會”的美好構想能否實現,目前還未可知。但在此次東京奧運會上的嘗試,已經打出了第一槍的信號。
08-11

氫能將成為新的“石油”嗎?

東京奧運會官方交通工具是使用氫燃料電池的豐田Mirai汽車。東京都知事2016年曾表示,“1964年的東京奧運會留下了新干線高速鐵路系統,2021年的東京奧運會將留下一個氫能社會” 。2019年,日本川崎重工推出世界上第一艘設計用于運載液化氫的船舶Suiso Frontier,旨在利用澳大利亞的氫能。 此外,日本擁有世界上最大的加氫站網絡,正計劃在煉鋼等重工業領域用氫能取代化石燃料。其在氫燃料進口方面也處于領先地位。 韓國也有類似計劃,3月,汽車制造商現代、SK集團和其他企業宣布了一個價值380億美元的項目,旨在未來10年發展以氫能為基礎的經濟。 氫能的廣泛使用如果真的發生,將是一個漫長的過程。早在1807年,第一臺氫動力發動機就開始工作了。19世紀60年代,人們就提議通過電解水制氫來取代煤炭。但煤炭和石油總是比較便宜的。1937年,一艘充滿氫氣的船舶發生爆炸,人們因此認為這種燃料不安全。 有人說,全球氫經濟可以從碳排放危機中拯救氣候。氫氣可以為卡車、輪船和飛機提供動力,還可以用來生產水泥、鋼鐵和化肥等產品。韓國現代公司燃料電池部門負責人金世勛去年表示,“過去我們的技術和行業都是關于開采石油、輸送石油和使用石油的;現在和未來,我們的技術和行業將是關于收集陽光、傳送陽光和利用陽光的,氫能將使之成為可能”。 也有人持懷疑態度。阿伯丁大學化學工程師湯姆·巴克斯特表示,“氫能只會成為一種基本能源,以目前的技術,其在400攝氏度以上的工業過程中具有優勢。但在其他方面,綠氫通常會輸給電力,綠氫永遠不會比制造它所需的綠色電力便宜”。 灰氫、綠氫還是藍氫? 氫氣很少直接作為燃料用于燃燒。相反,它作為能源的載體,在有廉價能源可供制造的地方制造,并運到有需要的地方。 過去兩年,電動汽車已悄悄領先于氫燃料汽車,通用汽車等公司承諾,15年內只生產電動汽車。他們有政府的支持,在充電網絡投入巨資。但對于長途運輸和航空等其他需要大量化石燃料的運輸系統來說,氫能或將是降低碳排放的關鍵。 每噸氫氣的能量比其他化石燃料都多,而且不需要電池。但是制造它需要大量電力,所以它的氣候友好性只與生產它所使用的能源一樣。因此,才有了灰氫、藍氫和綠氫的區分。 灰氫目前最便宜,是工業用途的主要類型。中國生產的氫氣占世界的1/3,主要來自褐煤。俄羅斯正制訂計劃利用豐富的天然氣儲備生產藍氫。為了成為一種可行的氣候友好型化石燃料替代品,制造商必須捕集生產過程中產生的二氧化碳,并將其封存。但碳捕集與封存(CCS)仍是一項正在探索中的技術。 巴克斯特表示,化石燃料公司在推動氫氣作為電力的替代品,從汽車燃料到家庭供暖。如bp正考慮在蒂賽德建藍氫工廠。 在長期計劃中,一旦汽油和柴油需求開始減少,石油公司便將氫氣視為潛在的收入來源,但他們轉向替代燃料的步伐緩慢。bp將在3年內對蒂賽德藍氫工廠做出最終投資決定,預計2027年前不會開始建設。 美國空氣產品公司首席執行官塞菲·加西米表示,“目前,化石燃料比氫氣更便宜,也更容易獲得。這在一定程度上是由于全球范圍內高達4000億美元的巨額政府補貼。如果取消這些補貼,氫氣等替代燃料將更可能被廣泛采用”。 如果世界真的要發展氫經濟,真正的動力將是大規模生產綠氫。一些國家已將自己視為潛在的氫能“沙特”,利用廉價的可再生能源大規模生產氫燃料。其中包括加拿大和冰島,這兩個國家都擁有豐富的水電產能,可以幫助氫氣生產。此外,摩洛哥正在撒哈拉沙漠迅速發展太陽能,并制訂了氫氣生產計劃。 沙特也有自己的計劃。其最近宣布,將與美國空氣產品公司一起在紅海沿岸建一個50億美元的綠氫工廠。一大片太陽能電池板和風力渦輪機最終將覆蓋一片比利時大小的沙漠,為世界上最大的氫氣工廠提供動力,生產將于2025年開始。該項目將是Neom生態城計劃的一部分。除了供應生態城市,氫氣還將出口,有朝一日在全球市場上,沙特的氫氣將取代沙特的石油。 沙特鄰國阿曼有更大的計劃,將投資300億美元在阿拉伯海沿岸建氫氣工廠,同時出口綠氫和綠氨。 澳大利亞也有雄心勃勃的計劃,要建5個巨大的氫中心。去年,澳大利亞的公司表示,將把一塊面積超過西澳大利亞州盧森堡兩倍的沙漠變成綠氫生產基地,將擁有1000萬塊太陽能電池板和1500臺風力渦輪機。但該項目在6月被否決后,目前處于擱置狀態,可能最終會繼續進行。此外,在新南威爾士州的一個煤礦地區還有另一個建氫中心的計劃,在維多利亞州的拉特伯谷還有使用褐煤的灰氫計劃,所有這些都旨在向日本和亞洲其他地區出口氫氣。 誰將創造天空中的特斯拉? 世界第二大飛機制造商空客公司去年公布了3種不同的零排放概念氫飛機計劃,并稱這些飛機將在2035年投用。與此同時,加利福尼亞州初創企業ZeroAvia已有一架使用氫燃料的6座實驗飛機。去年,它在英國克蘭菲爾德機場首次起飛;今年4月,其在一片田野里墜毀。不可否認,該公司可能成為天空中的特斯拉。瑞士工程研究中心保羅·謝勒研究所的克里斯蒂安·鮑爾表示,“如果沒有氫氣,要大幅減少碳排放幾乎不可能。未來10年,我們將看到氫能產業取得實質性進展”。 潛在供應商和主要市場之間的其他交易也在激增。丹麥沃旭能源公司已與馬士基集團(世界最大航運公司)和斯堪的納維亞航空公司簽署一項協議,2023年起,利用海上風電為哥本哈根的公共汽車和卡車生產綠氫,隨后將為船舶和飛機生產綠氫。 這一切會發生嗎?持懷疑態度的人表示,建立制造、運輸氫氣的全球供應鏈過于笨重和低效,尤其是在基礎設施必須從零開始建設的情況下。根據統計,約2/3的能量會在這一過程中流失。 保羅·謝勒研究所的羅曼·薩基表示,“能量損失將發生在供應端、氫燃料生產過程和需求端,但氫燃料可用于長途貨運,而目前大型卡車需配備幾噸重的電池才能行駛100多公里”。 波茨坦氣候影響研究所的法爾科·烏克特表示,氫氣的可用性不確定,無法廣泛取代化石燃料,如用于汽車或房屋取暖。相反,世界應優先考慮其作為低碳能源不可或缺的應用,如可以消除最難的10%碳排放。 他也警告稱,建筑供暖等領域對氫氣的需求不斷上升,可能給廉價的藍氫帶來優勢,并造成“化石燃料鎖定”,危及氣候目標的實現。 以氫氣為基礎的燃料作為普遍的氣候解決方案可能是錯誤的承諾。烏克爾特表示,“雖然它們用途廣泛,但不能指望氫能廣泛取代化石燃料”。 ABB瑞士公司研究員布拉德在關于氫經濟的白皮書中指出,“氫經濟只有在積極可行的情況下才能建立起來。否則,更好的解決方案將征服市場。幾乎所有合成液態烴都有基礎設施,而氫氣則需要一個全新的分銷網絡”。氫燃料可能很稀缺,至少未來10年不會有競爭力。
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