每一次能源利用方式的轉(zhuǎn)變都會帶來社會生產(chǎn)、生活方式的深刻變革。從木材、煤炭、石油、天然氣到氫氣,人類歷史上的能源變革有著清晰的主線邏輯,那就是減碳加氫,不斷提升能量密度。
中國工程院院士干勇在近期召開的第二屆中國礦業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈大會上表示,資源和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的約束性壓力倒逼能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型,從而實現(xiàn)兩個轉(zhuǎn)變:能源利用方式要從化石能源消耗型向綠色能源再生型轉(zhuǎn)變;碳?xì)淙剂系睦梅绞揭獜母咛既剂舷虻吞既剂限D(zhuǎn)變,這一轉(zhuǎn)變方式本質(zhì)是燃料的加氫減碳過程。
具有多重優(yōu)勢
數(shù)據(jù)顯示,2012年至2015年,全球可再生能源方面的投資為10500億美元,其中,美國1570億美元,占比15%;歐洲2600億美元,占比25%;中國3150億美元,占比30%。干勇說,中國在可再生能源的能力方面比世界其他地方發(fā)展更快,中國正在變成世界可再生能源的動力站,未來5年,中國將在可再生能源領(lǐng)域成為領(lǐng)導(dǎo)。
這其中,氫是高效的能量載體,易于存儲和轉(zhuǎn)換,在宇宙中的含量最為豐富,且無污染、零排放。氫能在能源結(jié)構(gòu)調(diào)整中發(fā)揮重要作用。
“氫能源符合新工業(yè)革命所倡導(dǎo)的分布式能源生產(chǎn)與利用方式的各項特征,其在未來全球能源結(jié)構(gòu)變革中的重要地位和作用已逐步為日本、美國、德國等發(fā)達(dá)國家所重視。”干勇表示,我國在轉(zhuǎn)變能源結(jié)構(gòu)和開展節(jié)能減排過程中,需要充分發(fā)揮氫能源的作用。
在干勇看來,發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)是能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的必由之路,氫能是支撐可再生能源大規(guī)模發(fā)展和充分利用的重要途徑。
氫作為一種綠色的二次能源具有多重優(yōu)勢:比電更容易分散儲存,可像天然氣一樣利用管網(wǎng)進(jìn)行規(guī);渌;獲取方式多元,既可從煤、石油、天然氣等化石能源制取,也可從工業(yè)副產(chǎn)品中獲得,更可通過可再生能源制;制取成本較低。
2011年10月,國家發(fā)展改革委能源研究所曾發(fā)布研究報告:到2020年、2030年和2050年,我國風(fēng)電裝機(jī)容量將分別達(dá)到200GW、400GW和1000GW,2050年滿足全國17%的電力需求。干勇表示,按儲能比20%計算,2050年需要200GW儲能設(shè)施,而傳統(tǒng)儲能方式已不能滿足可再生能源發(fā)展需要。
干勇闡釋了氫能在可再生能源存儲方面的獨特優(yōu)勢,“電解水裝置可將難以并網(wǎng)的間歇性電能轉(zhuǎn)變?yōu)闅淠茉。與抽水蓄能、壓縮空氣、二次
電池等儲能方式相比,氫儲能具有地理環(huán)境制約少、規(guī)模適應(yīng)性寬、投資成本低、環(huán)境友好等顯著特征”。
推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展
燃料電池是氫能利用的典型代表。與相同用途的其他熱機(jī)相比,燃料電池的能效可高出30%~50%。如果利用來自于化石能源制取的氫,燃料電池可減排二氧化碳40%以上;如果利用來自于可再生能源制取的氫,則可實現(xiàn)真正的高效零二氧化碳排放。另外,通過單元堆疊方式還可實現(xiàn)燃料電池規(guī)模放大,同時適用于移動動力源和分布式發(fā)電。
氫能與燃料電池技術(shù)推動了汽車、分布式發(fā)電等新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。“氫燃料加注3~5分鐘即可完成,一次加注續(xù)駛里程可達(dá)500公里以上,被認(rèn)為是汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要解決方案。”干勇說。
分布式熱電聯(lián)供方面,燃料電池分布式發(fā)電系統(tǒng)效率與燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)分布式發(fā)電系統(tǒng)相比,具有更高的電效率,熱電綜合能效最高可達(dá)90%以上,易于制造千瓦—兆瓦的中小型熱電聯(lián)供系統(tǒng)。
干勇表示,分布式熱電聯(lián)供能夠提高能源系統(tǒng)利用效率、緩解電網(wǎng)長距離輸配的壓力,對我國電力輸配系統(tǒng)的戰(zhàn)略安全性具有重要意義。
“燃料電池的持續(xù)供電時間長、可適應(yīng)大潛深、運(yùn)行安靜、紅外輻射少等特點,在深海潛器和無人機(jī)等領(lǐng)域也有重要應(yīng)用價值。”干勇介紹道,“可用于資源探測、應(yīng)急救災(zāi)、軍事偵察等,對國家安全有重要意義。”
各國發(fā)力搶占先機(jī)
當(dāng)前,氫能利用產(chǎn)業(yè)正加速發(fā)展,受到世界發(fā)達(dá)國家政府和企業(yè)的高度重視,已成為世界經(jīng)濟(jì)新的增長點。歐洲率先開始了可再生能源制氫、摻入天然氣管網(wǎng)的商業(yè)示范運(yùn)營。德國意昂集團(tuán)2011年始建第一個MW級“Power-to-Gas”示范項目,使用風(fēng)力發(fā)電的剩余電力,通過電解水制氫。美國能源部也高度重視該項目,有評估結(jié)果表明美國管網(wǎng)注氫容量可達(dá)15%~20%。干勇認(rèn)為,這說明氫能發(fā)展利用進(jìn)入了關(guān)鍵時期。
迄今,歐、美、日、韓的汽車企業(yè)在大規(guī)模制氫技術(shù)、70Mpa高壓儲氫技術(shù)以及燃料電池技術(shù)等方面均取得突破,燃料電池性能與壽命已達(dá)到實用化目標(biāo)。干勇表示,“各大企業(yè)正在努力創(chuàng)新商業(yè)模式、擴(kuò)大批量規(guī)模、迅速降低成本,以期在下一輪產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變中占領(lǐng)先機(jī)”。
我國發(fā)展氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)具有一定基礎(chǔ)。從“十五”開始,科技部通過“973”計劃、“863”計劃和“科技支撐計劃”三大計劃持續(xù)對氫能與燃料電池領(lǐng)域進(jìn)行支持,形成了以大學(xué)研究院所為主,涵蓋制氫、儲氫、輸氫、氫安全以及燃料電池技術(shù)的初步的技術(shù)研發(fā)體系。
干勇表示,我國風(fēng)電2030年裝機(jī)容量將達(dá)到400GW,光伏產(chǎn)業(yè)2030年預(yù)計達(dá)到270GW,年產(chǎn)氫量可高達(dá)2680億立方米,能滿足驅(qū)動1.2億輛燃料電池車需要。“我國風(fēng)光資源與天然氣管網(wǎng)地理匹配性好,容量大,可再生能源制氫和輸氫均有保證。”
此外,我國煤制氫、變壓吸附純化電解水制氫技術(shù)與國外先進(jìn)水平相當(dāng),制氫規(guī)模居世界首位。2012年氫產(chǎn)量達(dá)到1600萬噸;稀土儲氫材料連續(xù)3年產(chǎn)量保持1萬噸/年、居世界第一,20MPa以下高壓氣態(tài)儲氫鋼質(zhì)氣瓶產(chǎn)量占到世界的70%以上。這些產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)為我國發(fā)展氫能源利用創(chuàng)造了條件。
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