氢能的开发与利用正在引发一场深刻的能源革命

2023-04-19 15:26

氢能在交通、工业、建筑和电力等诸多领域均有广阔应用前景。

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  在交通领域,公路长途运输、铁路、航空及航运将氢能视为减少碳排放的重要燃料之一。现阶段我国主要以氢燃料电池客车和重卡为主,数量超过6000辆。在相应配套基础设施方面,我国已累计建成加氢站超过250座,约占全球数量的40%,居世界**。根据北京冬奥组委公布的数据,本届冬奥会示范运行超1000辆氢燃料电池汽车,并配备30余个加氢站,是全球**规模的一次燃料电池汽车示范应用。


  目前我国氢能应用占比**的领域是工业领域。氢能除了具有能源燃料属性外,还是重要的工业原料。氢气可代替焦炭和天然气作为还原剂,可以消除炼铁和炼钢过程中的绝大部分碳排放。利用可再生能源电力电解水制氢,然后合成氨、甲醇等化工产品,有利于化工领域大幅度降碳减排。


  氢能与建筑融合,是近年兴起的一种绿色建筑新理念。建筑领域需要消耗大量的电能和热能,已与交通领域、工业领域并列为我国三大“耗能大户”。利用氢燃料电池纯发电效率仅约为50%,而通过热电联产方式的综合效率可达85%——氢燃料电池在为建筑发电的同时,余热可回收用于供暖和热水。在氢气运输至建筑终端方面,可借助较为完善的家庭天然气管网,以小于20%的比例将氢气掺入天然气,并运输至千家万户。据估计,2050年全球10%的建筑供热和8%的建筑供能将由氢气提供,每年可减排7亿吨二氧化碳。


  在电力领域,因可再生能源具有不稳定性,通过电—氢—电的转化方式,氢能可成为一种新型的储能形式。在用电低谷期,利用富余的可再生能源电力电解水制取氢气,并以高压气态、低温液态、有机液态或固态材料等形式储存下来;在用电高峰期,再将储存的氢通过燃料电池或氢气透平装置进行发电,并入公共电网。而氢储能的存储规模更大,可达百万千瓦级,存储时间更长,可根据太阳能、风能、水资源等产出差异实现季节性存储。2019年8月,我国**兆瓦级氢储能项目在安徽六安落地,并于2022年成功实现并网发电。


  同时,电氢耦合,也将在我国构建现代能源体系中发挥重要作用。


  从清洁低碳角度看,大规模电气化是我国多个领域实现降碳的有力抓手,例如交通领域的电动汽车替代燃油汽车,建筑领域的电采暖取代传统锅炉采暖等。然而,仍有部分行业是难以通过直接电气化实现降碳的,*为困难的行业包括钢铁、化工、公路运输、航运和航空等。氢能具有能源燃料和工业原料双重属性,可以在上述难以深度脱碳的领域发挥重要作用。


  从安全高效角度看,首先,氢能可以促进更高份额的可再生能源发展,有效减少我国对油气的进口依存度;其次,氢能可以进行化学储能和运输,实现能源的时空转移,促进我国能源供应和消费的区域平衡;此外,随着可再生能源电力成本的降低,绿色电能和绿色氢能的经济性将得到提升,被大众广泛接纳和使用;氢能与电能作为能源枢纽,更容易耦合热能、冷能、燃料等多种能源,共同建立互联互通的现代能源网络,形成**韧性的能源供应体系,提高能源供应体系的效率、经济性和安全性。