氫能科技含量較高、產業帶動能力強,在構建新型電力系統、建設新型能源體系、形成新質生產力等方面具有積極作用,是未來國家能源體系和產業體系的重要組成部分。
在2024第四屆中國綠氫與應用發展論壇上,水電水利規劃設計總院新能源研究院新興能源處副處長賈浩帥從三個方面分享了我國氫基能源發展情況和發展路徑。
氫基能源發展現狀和形式
賈浩帥表示,氫能的商品屬性已經逐漸凸顯,當前全球氫能產業呈六大發展趨勢:低碳氫需求增量將推動相關技術迅速發展;高效、規模的氫儲運技術和設備得到重視;燃料電池的研發與應用市場將向中國轉移;可再生能源支撐的氫能應用向多領域擴展;技術和標準為氫能產業未來的第二戰場;低碳氫為基礎的全球氫能價值鏈加速構建。
對于氨和醇,氨供氫、氨代氫也已成為國際發展趨勢之一,氨也稱為“氫2.0”。甲醇具有清潔燃燒特性和卓越的運輸優勢,是綠色燃料的重要選擇。
在我國的氫基能源政策體系方面,賈浩帥表示,國家層面,以《氫能產業發展中長期規劃(2021-2035年)》引領的1+N政策體系正在構建,地方省級政策陸續推出氫能領域的碳市場方法學、化工園區外制氫、免收氫能高速通行費等政策。在行業方面,在石化、鋼鐵等相關產業中也越來越多提到氫能。
技術上,堿性制氫設備在大型化的同時,多電解槽運行的集成化、模塊化已是大勢所趨。
可再生能源制氫控制技術的趨勢和難點,在于適應波動性的、低成本的、精細化集群控制方案,特別是在離網模式下,氫能的波動性會導致電解槽壽命、系統的調節能力下降,整體安全性也會受到挑戰。
對此,行業內提出兩種解決方案,一是混合制氫,即通過配置少量PEM,與多臺堿性電解槽進行混合制氫,高技術目前處于研究階段,尚未成熟。二是多對一集成化解決方案,但該案仍處于初步項目驗證階段,實際效果,以及變壓器、整流柜與電解槽的配置等問題尚無行業共識。
在管道輸氫方面,我國有三類輸氫管道:摻氫管道,純氫管道和輸氨管道。我國天然氣摻氫已實現高比例摻氫示范應用,最大摻氫比例達30%。我國長距離純氫管道處于工程建設階段,最遠里程突破1000公里,但運行壓力、管徑等方面與國外仍有差距。在氨和醇方面,我國液氨管道起步較晚且總里程較短,目前已建液氨管道共4條。2021年5月10日,中煤鄂能化100萬甲醇技改項目配套管線工程一次安全投產成功,是我國第一條MTO甲醇長輸管線,填補了國內長輸甲醇管道的空白。成品油運輸管道可以在不大規模改造的情況下運輸甲醇,是未來甲醇遠距離輸送的可選方案。
在合成氨及甲醇方面,國內合成氨研究處于世界領先地位,綠色甲醇技術處于小規模示范階段,尚無已投產規模化綠色甲醇項目。當前綠色甲醇制取技術有三大發展趨勢:生物質氣化:研究具有更高的轉化效率和反應速度的氣化技術;生物質發酵甲醇:實現反應過程的可控性,提高反應速率和效率;二氧化碳加氫制甲醇:新型催化的研究、反應工藝的優化。
氫基能源發展路徑研究
根據水電總院的預測,未來我國的綠氫主要用途集中在工業、交通、電力、建筑四大領域。綠氫需求量穩步上升,2030年、2040年、2050年和2060年綠氫需求量將分別達到2336萬噸、6928萬噸、9230萬噸、12206億噸。電力領域的氫耦合是拉動氫能需求側發展的重要一環。
關于氫基能源未來發展,賈浩帥提出六大問題:專項政策仍需出臺,多場景應用仍需政策激勵;綠氫制備成本偏高,環境價值體現不明顯;關鍵技術需要突破產業鏈應用尚不成熟;基礎設施仍需升級,管道布局需頂層設計;標準輸出不足,國際影響力需進一步加強。
在風光儲風光儲(離網型)、風光(弱聯網)、海上風電儲、光儲制氫、網電制氫五種模式中,弱聯網型風光儲制氫項目成本最低,具備較強的商業經濟性;離網型項目須配置大量儲能,導致電價成本較高,目前離網制氫技術暫不成熟,現狀下的成本分析僅供參考。
對于如何構建氫基能源系統體系,賈浩帥從四個方面進行概括:能源結構新、系統形態新、產業體系新、治理體系新。未來新型能源系統不能只依靠新型電力系統的轉型,仍需有一定規模的新型油氣系統作為兜底保障,共同組成我國新型能源體系。
根據研究,為實現“碳中和”目標,未來全國綠氫年需求將達到1.2億噸,相應需配套約26億千瓦風光資源與12億千瓦制氫設備。為實現氫能長距離經濟輸運,需要構建以“西氫東輸”為主的全國高標準骨干氫網,管道總長度約9.3萬公里。
氫基能源國際化發展展望
對于氫基能源的國際化發展,賈浩帥認為,中國氫能國際化發展點優勢有四個方面:市場潛力大、政策力度大、要素保障強,體現在我國風光資源和土地資源豐富,以及氫能產業鏈獨一無二上。
但目前我國氫能在國際上話語權較弱,國際貿易保護也導致國際合作難度大,國際競爭格局尚不清晰。
賈浩帥認為,要想走國際化道路,要圍繞打造全球氫基能源貿易中心、造全球氫基能源科技創新中心、全球氫基能源應用示范中心、全球氫基能源裝備制造中心、全球氫基能源認證中心去推進。
內容根據嘉賓現場演講整理,未經嘉賓審核
來源:氫能觀察
記者:李航