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“弃能”变“氢能” 助力可再生能源资源富集区经济发展

作者:吴昊 张小宝 来源:能源发展与政策 发布时间:2020-08-14 浏览:
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在日前闭幕的SNEC(2020)国际储能和氢能及燃料电池工程技术大会暨展览会上,中国工程院院士、中国可再生能源学会理事长谭天伟指出,我们目前正处于氢能发展的风口,氢能的平稳健康发展,将在能源结构调整、提高可再生能源使用效率、节能减排方面,发挥越来越重要的作用。

氢能被视为“21世纪的终极能源”,其开发与利用已成为新一轮世界能源变革的重要方向,在全球日益受到关注。其中,被称作“绿氢”的可再生能源制氢,由于制备过程实现了“零碳排放”,符合世界发展潮流,也得到业界广泛的认可。通过技术研发促进“绿氢”成本的下降,并推动全产业链的突破,是全球氢产业发展的共同愿景。

绿色氢能前景广阔

“目前,氢能已经从研究开始进入商业化应用阶段,”据谭天伟介绍,氢能发展已受到全球主要国家的高度重视,日本、韩国、欧盟已先后制定了国家氢能战略,一方面,对氢能及燃料电池的研发给予特别的经费支持;另一方面,也为氢能的基础设施建设和燃料电池汽车的商业化应用提供了多种政策支持。

谭天伟指出,我国一直大力支持氢能发展,在“十三五”国家战略性新兴产业发展规划中,就把氢能作为能源科技创新的重要方向,今年,《中华人民共和国能源法》明确将氢能列入能源体系。在国家政策引导下,国内多省市加快了氢能产业布局步伐,截至2019年12月,已有16个省市,33个城市发布了氢能燃料电池产业相关规划或政策。

“我国可再生能源电解水制绿氢潜力巨大。”国家有色金属新能源材料与制品工程技术研究中心主任蒋利军表示,近年来,实行电力交易制和配额制后,由于波动性造成的“弃电”得到了有效控制,但与此同时,由于输电能力限制所造成可再生能源资源得不到有效开发的“弃能”现象更应得到关注。他表示,通过高效电解水制氢和氢的低成本储运,可以打通另一条有效开发可再生能源的途径,变“弃能”为“氢能”,推动可再生能源资源富集地区的社会经济发展。

绿氢是实现高比例可再生能源的重要支撑,也是实现交通运输、发电、建筑等领域高度深度脱碳的最佳选择。“通过提供一种长期的能源存储方法,氢可以实现可再生电能在能源系统的大规模集成。”联合国开发计划署能源环境项目主任张卫东指出,氢能在能源转型中扮演的角色,能够实现能源体系从骨干到终端应用的脱碳。

尤其是交通运输领域的“去碳化”,氢能发挥的作用更为明显。在张卫东看来,当前全球的交通运输行业几乎完全依赖于化石燃料,并贡献了20%以上的二氧化碳排放,而氢动力车辆以其高性能和快充便利性,将能够补充动力电池汽车缺陷,并实现交通运输行业的广泛脱碳。

对于氢能参与交通领域的变革,中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高近日指出,面向汽车应用的氢能战略应聚焦绿氢。他表示,燃料电池汽车合理性取决于氢能,氢能的合理性取决于可再生能源转型中大规模能量储存与多元化利用需求,主攻绿氢既突出重点又简化问题,10%的可再生能源弃电可以满足2025年燃料电池车用氢需求,50%的弃电可以满足2035年燃料电池汽车用氢需求。

绿氢成本下降可期

发展可再生能源制氢,是解决可再生能源发展瓶颈的重要方向,通过“氢储能”的开发,可以有效应对太阳能光伏、风能发电的间歇性和消纳问题,与此同时,我国可再生能源资源十分丰富,可以为氢能制备提供了充足的能量来源。随着可再生能源发电成本的大幅度降低,“绿氢”将逐渐成为主流。

蒋利军表示,目前,可再生能源制氢成本约为6美元/干克,当这一成本降至2.6美元/千克时,就可以拥有竞争力。他预计,在5-10年内,可再生氢平均成本可以降至约2-3美元/千克,在条件最优地区将达到1-1.5美元/千克左右,和当前煤制氢成本相当。

其中,由于光伏技术的不断提升和光伏发电成本的持续下降,光伏制氢被给予厚望。中国科学院院士、中国电力科学研究院名誉院长周孝信指出,氢和电力的关系十分紧密,通过可再生能源大规模制氢,氢能未来将成为能源系统中的重要组成部分。他表示,只需将光伏度电成本降到1毛钱,绿氢就可以代替煤制氢。

“太阳能光伏制氢是非常有前景的,”周孝信进一步介绍,目前,煤制氢成本约为1元/立方米,天然气制氢成本约2元/立方米,当光伏电价为0.34元/kWh时,光伏制氢成本就能达到2元/立方米,与天然气制氢持平,如果使用光伏电价达到0.1元/kWh,制氢成本甚至可以低于煤制氢。

根据IHS Markit近期的一项分析,十年内,可再生能源制氢将拥有成本竞争力。该机构指出,自2015年以来,生产绿氢的成本已经下降了50%,到2025年,得益于规模扩大和标准化生产,绿氢成本将继续下降30%;到2030年,通过可再生能源电解水制氢,绿氢将比天然气更具成本优势。

“世界氢能成本的降低,一定要看中国。”张卫东表示,在全球可再生能源的发展历程中,中国使光伏成本降低了90%以上,使风能成本降低了80%以上,如今,中国氢能和燃料电池产业的兴起,正在决定性地推动着全球氢能产业的发展。

全产业链亟需突破

近年来,我国氢能产业得到快速发展,截至2019年底,国内氢燃料电池汽车保有量达到6000余辆,累计建成加氢站已有60座,不过,到目前为止,氢能发展仍处于起步阶段,亟需全产业链的突破。对此,谭天伟指出,创新是推动氢能产业发展的重要动力,不同学科之间的交叉,不同技术的集成,是促进氢能尽快产业化的关键。

蒋利军表示,经过多年发展,我国已经建立了以灰氢为主要氢源,以高压氢为主要运输载体,以燃料电池汽车为主要应用场景的氢能产业链。这一产业链具有良好的氢气工业基础,制储氢技术成熟度较高,且延续了纯电动汽车的政策和投资热度。

但与此同时,产业链目前也存在着诸多问题。蒋利军指出,灰氢依然存在着环境污染和二氧化碳排放问题,与发展氢能初衷仍有差距,应向蓝氢和绿氢方向发展;高压氢存在着较大的安全隐患和较高的能耗;燃料电池汽车仅是氢能应用的一部分,还应扩大再发电、建筑和工业上的应用。他表示,未来要构建以绿氢为氢源,以低压氢为主要储运载体,多应用场景的氢能产业链。

“氢能是新能源技术体系的组成部分。”欧阳明高认为,当前,氢燃料电池技术取得了一定程度的突破,但是氢能产业还没有完全突破,未来需要全产业链走向成熟。其中,氢能储能成本低,和储电互补,且运储方式灵活,是集中式可再生能源大规模、长周期储存的最佳途径。

对此,张卫东表示,制约氢能汽车发展的瓶颈并不是氢燃料电池,整个产业链的创新迫在眉睫。他指出,“氢能技术落后于燃料电池技术,因为成本偏高,效率偏低,需要全方位革新。”他预计,未来需要10年,才能让新一代的高效低成本制氢、运氢、储氢技术实现完全成熟。

关键字:氢能

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