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劉堅:氫能生產(chǎn)和能源化利用還有很長一段路要走(下)
作者:官方 來源:氫啟未來網(wǎng) 所屬欄目:專家觀點 發(fā)布時間:2021-07-28 16:58
[ 導讀 ]運輸包括氣氫、液氫和有機液體、固體合金這幾種形式。總體來看的話,技術(shù)特點也是比較鮮明的。對于氣氫來說,優(yōu)勢在于能耗較小,...

氫能的運輸和存儲

運輸包括氣氫、液氫和有機液體、固體合金這幾種形式??傮w來看的話,技術(shù)特點也是比較鮮明的。對于氣氫來說,優(yōu)勢在于能耗較小,損失也會比較少,但是能量密度是一個比較大的問題,取決于壓力水平比如說目前普遍上工業(yè)的20兆帕的氫氣壓力,對于氣氫的能量密度來講,就屬于比較低了,單來說也就是1%左右的儲運效率,也就是說,仿佛不是在運氫,而是在運一個氫氣儲罐。

相比之下的液氫和有機液體、固體合金這幾種形式,液氫它的這個優(yōu)勢在于能量密度很高,可以實現(xiàn)5%以上的氫氣儲運占比,但是損耗較大,轉(zhuǎn)換效率較低,因為它需要一個低溫、制冷的這樣一個過程。

有機液體和固體合金需要一個吸附和脫離的過程,涉及到較大的電耗,所以從總體來看的話,轉(zhuǎn)換就會有很大的損失,大概在40%—60%之間,有接近一半的能量會在這個過程中損失掉。所以在未來,相對于效率、運行、經(jīng)濟性表現(xiàn)更好的可能會是管道運氫方式,從這一部分來講,就需要很大的清洗終端需求,初期投資較大。目前市面上成本大概為一元每標方,那也就是說如果一百公里的話,要到十塊錢每公斤以上,所以這樣來講的,疊加到綠氫10塊錢的成本的話,終端20元以上,如果沒有碳市場碳價的話,這部分將難以推廣。

所以在未來如果是大規(guī)模綠氫運用的話,管道運輸相對來說是一個相對比較合理的方式。據(jù)資料,國內(nèi)現(xiàn)有的純氫管道,以單位公斤的氫氣運輸成本來看的話,大約可以達到5塊錢以下的水平。未來如果應用增加,還會有一些成本下降的空間,能夠滿足總體的氫氣的經(jīng)濟性要求。

劉堅:氫能生產(chǎn)和能源化利用還有很長一段路要走(下)

氫能的應用

在氫能應用方面,很多研究機構(gòu)都會做一些預測,包括最早的氫能理事會做的全球氫氣的總的預測規(guī)模,按照78焦耳這種方式來計算折算到以噸為單位的氫氣的話,2050年要達到5-6億噸氫氣的規(guī)模。

從結(jié)構(gòu)上來說,交通是一個氫氣的消費大戶,接下來就是工業(yè)能源和工業(yè)原料,這兩部分合計可能會超過交通對于氫氣的需求。還有包括少部分的建筑和電力供應。國際能源署做過一個分析,預計到2050年全球氫氣消費在5億噸,從氫氣生產(chǎn)結(jié)構(gòu)來看,其認為更多的是通過綠氫的方式,但是仍然會有40%左右是通過藍氫這種方式。除了純氫氣的應用之外,還有一部分通過氫作為上游能源來制取合成燃料即P2X這樣一種方式來合成油、氨等,

從成本來講的話,國際上也會有一些分析預測,大致來說分兩個階段,即2030年之前可以達到200元每公斤,這樣的水平就取決于風能太陽能技術(shù)的進步;在2050年綠氫本身的制備成本可能還會有一定的下降,再疊加碳因素,經(jīng)濟性會進一步凸顯出來,就是一個成本最優(yōu)的技術(shù)選擇??赡茉?030年之前還是有一定的經(jīng)濟性上面的一些問題,但2050年之前的話疊加了碳市場這個因素之后,它還是會有一定的競爭力的。

為什么未來綠氫的經(jīng)濟性會有一個邏輯線?因為未來這種新能源電力系統(tǒng)里面有非常大的波動性電源的滲透率,這樣其實就會對綠氫的生產(chǎn)會產(chǎn)生很好的這樣的一個經(jīng)濟價值。未來這種風能和太陽能在電力系統(tǒng)中的滲透率越來越高之后,系統(tǒng)的平衡就需要新技術(shù)。 

國內(nèi)氫能發(fā)展的發(fā)展預測

今年上半年發(fā)表的氫能白皮書中預計2060年達到1.3億噸的氫氣需求,結(jié)構(gòu)與氫能理事會的結(jié)構(gòu)類似,交通工業(yè)為主,工業(yè)占比超過交通。在氫源的結(jié)構(gòu)當中,分為清潔氫、低碳氫和非低碳氫三類。清潔氫即可再生能源制氫,在制氫環(huán)節(jié)基本沒有碳排放的產(chǎn)生;低碳氫即藍氫,會存在一些化石能源加CCS這種方式;剩下一個就是綠氫,綠氫到2060年成本會降到7塊錢這樣一個水平。

碳中和在氫能中扮演的角色,實際上有不同的技術(shù)路徑可以實現(xiàn)碳中和的效果。首先,成本最低而且在未來相當長的一段時間里扮演主要角色的,仍然還是電氣化,特別是在很多終端用能領域,像建筑、輕型的交通、低溫的工業(yè)的供熱,都可以通過成本相對較低、技術(shù)比較成熟的電氣化的手段來進行實現(xiàn)的。

但是在第二個階段,像重型交通、高品質(zhì)供熱、甚至部分原料,其實就沒有辦法通過電能,因為成本會非常高,同樣對氫的成本有這樣一個需求,若通過綠氫替代的話,未來成本降到20塊錢以下,包括制備和儲存的話,是可以實現(xiàn)第二階段與電能領域的競爭的。

第三階段就是一些真正的純原料的應用,比如煉鐵環(huán)節(jié)的還原劑、合成氨和合成甲醇,電視沒有辦法直接應用的,完全沒有競爭力,剩下的可以通過氫去生產(chǎn)。但是這部分氫氣原料來講的話因為多一個氫轉(zhuǎn)化成原料的這樣一個過程,所以損耗會更高,綠氫的成本要求更高需要降到10塊錢以內(nèi),那么這部分才能替代煤炭和石油,所以單一依靠某一種技術(shù)可能很難通盤去實現(xiàn)未來可能更多的是一個技術(shù)組合,每類技術(shù)都有它自己更適應的一個領域,未來規(guī)模的應用會存在一定的差異性。

結(jié)合“十四五”發(fā)展規(guī)劃對氫能未來發(fā)展的建議

技術(shù)層面

電解水制氫問題較多,特別是結(jié)合風能、電能、光伏這種波動性電源的執(zhí)行技術(shù)現(xiàn)在還存在一些技術(shù)上的短板,除此之外,需要做一些示范應用,不僅在制備環(huán)節(jié),也在氫氣的儲運環(huán)節(jié),比如說氫氣管道的標準體系可能需要一定的突破,目前來講約束較多;然后在終端應用上,特別是工業(yè)領域如果要實現(xiàn)綠氫的生產(chǎn),很多工業(yè)流程需要做一些調(diào)整和優(yōu)化的。

政策保障體系層面

目前電解水制氫,其身份還是不太明確的,氫氣目前來說還是屬于文化品,所以就是電力行業(yè)去做這件事情,目前其實還是沒有一個很好的市場準入。綠氫在未來一段時間里,成本還是一個比較大的問題,還需要政策的扶持。劉博士稱,在初期階段,目前還是比較看重碳市場的機制,除此之外,就是在一些電解水制氫的項目上,結(jié)合現(xiàn)在已有的政策保障,比如新能源發(fā)電的競爭性配置、在運營層面的一些扶持都能幫助新能源企業(yè)有更大的積極性去做一些新能源項目。

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