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摘要:近年来,我国的氢能产业有了很大进展,天然气化工副产氢从传统的化工利用转化为氢能应用,可实现副产物提质升级,并有利于氢能产业发展。氢能是一种能够快速可再生、零碳排放、可长周期储存的储能介质,本文就中国氢能产业高质量发展多维度评价及对策建议进行研究,可有效解决建筑领域储能问题。
关键词:氢能;高质量发展;评价指标体系
引言
考虑到当前氢能产业存在储运瓶颈及成本制约,影响氢能的大规模应用,该副产氢在天然气化工企业又能够很容易地合成液氨,利用液氨可作为储氢介质、零碳燃料的特性,以及液氨相比气氢、液氢在储存方面的明显优势,以氢-氨融合的方式进行转化应用,近年来也受到国内外的关注和重视。
1制氢
氢气制备技术可分为热化学方法制氢(如煤制氢、天然气重整制氢、甲醇重整制氢等)、工业副产提纯制氢(氯碱工业副产氢、焦炉煤气副产氢等)、电解水制氢等。虽然我国目前的制氢技术取得了一定进展,但天然气重整制氢和可再生能源制氢技术与日本等国家仍有技术差距。2020年,我国煤制氢产量占比最大,约达60%、工业副产氢占比20%、天然气制氢占比10%,而电解水制氢占比尚且不足2%,可以看出目前国内氢气生产依旧依赖传统的煤制氢技术,可再生能源电解制氢尚处于发展初期。从长远来看,随着风光发电生产成本和远距离储运氢成本的进一步降低,可再生能源电解制氢可能是未来氢能来源的最主要途径之一。电解水制氢技术目前主要形式为碱性电解、质子交换膜电解,而固体聚合物阴离子交换膜水电解以及固体氧化物水电解还处于研究起步或初步示范阶段。由于碱性电解技术在我国较为成熟,目前被广泛地应用于电解水制氢项目,但由于其难以快速启动、快速调节制氢速度,因此在消纳可再生能源方面的适配性差;质子交换膜电解槽由于灵活性高、能适应波动电源,因此在消纳波动性和随机性较大的风电、光伏方面有良好的应用,目前其已在部分发达国家实现商业化应用。
2中国氢能产业高质量发展评价指标体系的构建
2.1氢能利用系统
强化部门联动,完善氢能产业规模化发展政策体系我国氢能产业处于初期阶段,欠缺顶层设计与部分行业规范,要在国家层面推动部门联动与跨部门联席机制,及时解决产业发展过程中出现的各项重大问题,研究制定国家层面统一的氢能管理制度;统筹各省、市、地方企业氢能产业布局、区域布局、技术布局,避免资源浪费及无序竞争。绿氢是未来能源转型的关键,针对绿氢要出台国家级财政补贴、税收优惠、创新基金等系列政策工具,推动氢能全产业链技术研发;支持绿氢装备的全国产化研发,出台可再生电力余电上网政策,降低绿氢生产成本。通过部门联动和政策引导,以市场应用为牵引,有序推进氢能在交通领域的示范应用,拓展在储能、发电、冶金、化工等领域的应用,推动氢能产业规模化发展。
2.2加强关键技术攻关,提升氢能产业新质生产力
面对当前氢能产业链环节的技术瓶颈,政府、国内外研究机构、高校和龙头企业要多方联合共同攻克技术难题,整合行业优质创新资源,打造国家级氢能技术与氢能产业创新平台,布局产业创新中心、工程研究中心、技术创新中心、制造业创新中心等创新平台,加快攻克低成本制氢、氢能储运、燃料电池等关键核心技术,努力消除“卡脖子”问题,实现氢能产业链的创新提升。从新概念、新模式、新产业、新生态、新专业和新人才上推动氢能产业质的提升,加快氢能“生产力”的发展。
2.3建筑氢能利用研究问题与方向
对于氢能在建筑上的利用研究,本文搜集到的国内外文献中研究方向主要包括以下几个方面:探究氢能系统储能对提高可再生能源利用率的影响;探究各系统组合模式下适宜设备容量;探究氢能系统的经济、效率以及效益;探究不同系统配置和不同运行方案下的系统情况;探究仿真氢能系统以及对其性能评估的综合方法等等。太阳能等可再生能源结合的氢能系统应用于建筑领域具有显著降低建筑碳排放的优势,与蓄电池一类的储能系统相比,氢能系统又具有可长周期储存能量的特性,但目前我国较高成本的氢能系统是其广泛应用的关键阻碍。国际上针对氢能应用于建筑的形式开展了较多探索,而国内对于用氢作为建筑长周期储能介质的具体利用模式、系统形式以及运行方案等相关研究还较少。对于氢能系统如何匹配不同场景下的建筑负荷特征、氢能系统应用于建筑具有经济可行性时的氢能成本以及该场景下电力成本与氢能成本的关系;如何对建筑利用氢能系统的综合性能进行评价等关键问题还未探明。探寻合理的建筑氢能利用形式,发展各种应用场景下的绿电绿氢模式,把氢能作为一种补充的长周期储能方式以实现建筑领域降碳是可能是氢能建筑利用的未来发展方向。
2.4优化产业链布局,加快氢能基础设施建设
一是国家层面要明确加氢站的主管部门,制定全国统一的制氢项目、储运设施、加氢站、制加氢一体站等设施的规划、建设和审批办法及流程,提高审批效率,加快建设和提升商业化运营能力;二是利用现有加油站或加气站的土地,建设油气氢电等综合能源补给站点,加快加氢基础设施建设,提升土地利用效率。在此基础上,可以适度超前在物流干线、高速公路和主要城市周边布局制加氢设施,逐步构建起覆盖全国的氢能基础设施网络,为氢燃料电池汽车的推广和使用提供配套设施,并鼓励颠覆性和前沿技术的示范应用,以确保氢气的低成本、高效率、大规模供应。从而形成低成本、多元化、安全高的输运网络体系,实现氢气规模化输送。
2.5建筑氢能利用研究问题与方向
对于氢能在建筑上的利用研究,本文搜集到的国内外文献中研究方向主要包括以下几个方面:探究氢能系统储能对提高可再生能源利用率的影响;探究各系统组合模式下适宜设备容量;探究氢能系统的经济、效率以及效益;探究不同系统配置和不同运行方案下的系统情况;探究仿真氢能系统以及对其性能评估的综合方法等等。太阳能等可再生能源结合的氢能系统应用于建筑领域具有显著降低建筑碳排放的优势,与蓄电池一类的储能系统相比,氢能系统又具有可长周期储存能量的特性,但目前我国较高成本的氢能系统是其广泛应用的关键阻碍。国际上针对氢能应用于建筑的形式开展了较多探索,而国内对于用氢作为建筑长周期储能介质的具体利用模式、系统形式以及运行方案等相关研究还较少。对于氢能系统如何匹配不同场景下的建筑负荷特征、氢能系统应用于建筑具有经济可行性时的氢能成本以及该场景下电力成本与氢能成本的关系;如何对建筑利用氢能系统的综合性能进行评价等关键问题还未探明。探寻合理的建筑氢能利用形式,发展各种应用场景下的绿电绿氢模式,把氢能作为一种补充的长周期储能方式以实现建筑领域降碳是可能是氢能建筑利用的未来发展方向。
结语
综上所述,利用天然气化工企业在生产上的便利条件,将天然气化工副产氢合成液氨,采用液氨储氢、氨-氢融合的方式,拓展该副产氢的利用路径和应用场景,创造更好的发展前景。在双碳目标引领和新型能源驱动下,氢能全产业链必将持续进步和发展,天然气化工副产氢有望在新能源领域发挥更大作用,作出更大贡献。
参考文献
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