能源革命正熱烈的進行,新銳的能源形態演繹著各自的風雲,試圖在未來的能源體系中占據主導地位,其中就包括被稱為21世紀終極能源的氫能。
「可以將2018年定義為中國氫能源及燃料電池的產業發展元年。在通過三個階段的有序發展之後,中國氫能源及燃料電池產業將實現技術快速進步,大量創新成果爆發式湧現,氫能實現可持續開發,在小汽車、軌道交通、船舶、航天、物流系統、礦用車等領域廣泛應用,行業健康發展,最終形成『氫能社會』。」中國氫能聯盟理事長、中國工程院院士凌文表示。
那麼,未來是「氫能社會」的終極命題該如何去理解呢?這條路又該怎麼走呢?
中國氫能聯盟專家委員會主任余卓平在《中國氫能源與燃料電池產業發展研究報告》開篇時指出:「我國能源體系存在不安全、不平衡、不可持續的問題,主要體現在能源安全、煤炭大國但利用不夠清潔、可再生能源發展遇瓶頸、碳排放壓力大和電力系統靈活性不足五方面。」
2017年,石油進口量突破4億噸,對外依存度高達68.85% ,70%石油進入交通運輸領域;天然氣進口量946億立方米,39%的天然氣依靠進口。
煤炭方面,80%應用在燃燒後的發電和供熱,碳排放量大,散燒煤污染嚴重;低質褐煤保有儲量約1300億t,占煤炭儲量13%,開發利用不足;褐煤碳含量低,氫含量相對高,科學利用褐煤,相當於發現了一種新能源。
此外,可再生能源併網消納困難。2017年可再生能源發電量占比僅增加0.7%,全年棄可再生能源電量達1007億kwh,阻礙了可再生資源進一步規模化應用。
我國提出2030年減排目標:單位GDP的二氧化碳排放比2005年下降60%-65%。以化石能源為主的能源結構為我國碳排放目標帶來了巨大的挑戰。
而電力作為我國終端能源消費的主體,其最大問題在於無法存儲。可再生能源的接入帶來的不確定性影響著電力系統的安全穩定運行。
此時,氫能作為二次能源,具有零碳、高效、能源互聯媒介(電,熱,氣之間轉化的媒介,是在可預見的未來實現跨能源網絡協同優化的唯一途徑)和可儲能(可再生能源電解水制氫,實現能源消納與儲存)等特點,且有交通、工業、建築等豐富的應用場景。
針對中國能源體系的不足,氫能或許能夠成為完美彌補。
余卓平還介紹說:「未來氫在我國終端能源體系占比至少要達到10%,成為我國能源戰略的重要組成部分。氫能將納入我國終端能源體系,與電力協同互補,共同成為我國終端能源體系的消費主體。」
儘管「氫能社會」的藍圖十分美好,但是目前仍然處於初期的階段,仍然面臨一些挑戰。
從制氫環節上看,現有制氫技術大多依賴煤炭、天然氣等一次能源,經濟、環保性問題依然突出。利用核能、生物質氣化制氫尚不成熟,利用太陽能或風能等可再生能源則存在效率低、綜合成本高等問題。
從儲氫環節上看,雖然加壓壓縮儲氫技術、液化儲氫技術、金屬氫化物儲氫技術和有機化合物儲氫技術均取得了較大進步,但儲氫密度、儲氫安全性和儲氫成本之間的平衡關係尚未解決,離大規模商業化應用還有一定差距。
從用氫環節上看,氫燃料電池汽車規模不足,導致加氫站建造成本居高不下、難以大規模鋪設,加氫站數量不足反過來又導致用戶難以選用氫燃料電池汽車。總體來看,用氫環節的便利性和成本控制難以兼顧。
針對氫能「儲運難、成本高」的問題,水氫產業創始人向華博士在「水基科學向華理論」的基礎上提出了「動氫」理念,成功攻克了小型化移動制氫難題,研發出世界上第一台集制氫與發電一體的水氫機。水氫機是以甲醇重整制氫與燃料電池高度集成的一種新型發電設備。水氫機不但解決了氫燃料電池氫氣來源過程中的壓縮、儲存及運輸問題,還大大降低了用氫成本並避開的用氫的安全問題。
如果利用來自於化石能源製取的甲醇,水氫機可減排二氧化碳40%以上;如果利用來自於可再生能源製取的甲醇,則可實現真正的高效零二氧化碳排放(二氧化碳循環利用)。另外,通過模塊化組合方式還可實現水氫機規模放大,同時適用於移動動力源和分布式發電。
水氫機可推動汽車、分布式發電等新興產業的發展。甲醇燃料加注3~5分鐘即可完成,一次加注續駛里程可達500公里以上,既解決里程焦慮,又安全低價,是汽車工業可持續發展的主要解決方案。
分布式熱電聯供方面,水氫分布式發電系統效率與燃氣輪機或內燃機分布式發電系統相比,具有更高的發電效率,易於製造千瓦——兆瓦的中小型熱電聯供系統。同時,水氫分布式熱電聯供能夠提高能源系統利用效率、緩解電網長距離輸配的壓力,對我國電力輸配系統的戰略安全性具有重要意義。
水氫機除了應用在汽車、分布式發電,還可用於資源探測、應急救災、軍事偵察等,對國家安全有重要意義。
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