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氢能 未来能源已来
信息发布日期: 2018-11-07
 氢能,被冠以未来能源、终极能源的美誉,仿佛离我们还非常遥远。实际上,氢能已经走进了我们的生活。

 

目前,一些城市的人们或许已经乘上了氢能动力的公共汽车,或者开始采用氢燃料重型卡车来运送货物。中国氢能联盟理事长凌文预计,到2050年,氢能在我国将实现大规模应用,其在能源结构中占比有望达到10%以上。

 

最有前途的能源

 

氢,在元素周期表中位列第一,是目前已知最小的原子。氢也是宇宙中分布最广泛的物质,宇宙质量的75%都是氢。

 

氢有什么特点呢?它的燃烧热值高。除核燃料以外,氢的燃烧热值居各种燃料之首,是液化石油气的2.5倍,汽油的3倍。并且,氢是零碳的。它燃烧生成水,水电解又可以生成氢,是一种可循环使用的清洁能源。

 

“如果说风电、光伏发电是当前新能源行业的主导力量,氢能源就是能源领域的未来之星。”中国科学技术协会主席万钢表示,氢能非常符合全球能源发展的新趋势,被行业誉为21世纪最有前途的能源之一。

 

在人类发展史中,能源利用方式的转型和变革贯穿期间。最初,火的发现开启了人类文明的源头。柴火使食物的能量密度得以提高,人类因此可以通过短时间进食获取足够高的能量。而以煤为动力的蒸汽机的使用,开启了人类工业化进程,使人类的生产率得以大幅提升。随后,石油、天然气的使用大大提升了人类活动半径。人们的交往更为频繁,交通更为便利。

 

“这其实就是一个减碳加氢的过程,也是人类能源利用方式演变的总体趋势。”国家科技部原部长徐冠华表示。

 

“这个大方向,是向更加清洁、低碳的能源转型。”凌文说,目前可再生能源比重的大幅上升,表明全球能源转型的过程已经开始加速。

 

比如煤是高碳能源,以碳元素为主,含有少量氢、硫、氮等元素。石油的主要成分是丙烷(C3H8)和丁烷(C4H10),氢的比重逐步上升。到了天然气,主要成分为甲烷(CH4),碳原子和氢原子的比重达到了14。

 

而越来越多的研究发现,氢的来源非常广泛,既可借助传统化石能源如煤炭、石油、天然气等用低碳化技术制取,也可以通过风电、光伏、水电等可再生能源制备。同时,氢的利用形式很多样,可以通过燃烧产生热能,在热力发动机中产生机械功,并且用氢代替煤和石油,不需对现有技术装备作重大改造;此外,又可以作为能源用于燃料电池直接产生电能,为燃料电池车、分布式发电设施提供动力。它还可以储存,能够实现持续供应、远距离输送。

 

因此,氢能被冠之以未来的能源、终极能源的称呼。中国氢能联盟战略指导委员会常务副主任干勇表示,氢能将成为改变传统能源的终极目标,发展氢能产业是人类能源结构调整和产业结构转型的必由之路。

 

各国加快探索

 

事实上,世界各国已经纷纷启动对氢能的研究和尝试。并且,在前些年远景规划的基础上,一些有规模的试点业已启动,氢能产业链开始逐步显现。

 

在美国,有关部门2001年就曾勾画出氢能发展的蓝图:在未来的氢经济中,美国将拥有安全、清洁以及繁荣的氢能产业,美国消费者将像现在获取汽油、天然气或电力那样方便地获取氢能。2003年,美国宣布启动总额超过12亿美元的氢燃料计划。

 

目前,美国已经从政策的评估、制定转向以技术研发、示范为起点的系统化实施阶段。2017年,在美国加利福尼亚州,壳牌石油与丰田合作,在当地建立了7座加氢站,使全州的加氢站数量增加到了25座。一个拥有5座加氢站的供应商甚至宣布,他们提供的氢气每公斤少于10美元,这一定价被看作氢能定价的关键里程碑。

 

在欧洲,欧盟25国促成的欧洲研究区专家认为,到2020年,成员国中会有5%的新型汽车和2%的船舶使用氢能产品;到2030年后,其市场占有率不断提高,预计届时氢能制造主要来自于可再生能源和先进的核能。其中,德国在氢能和燃料电池技术上处于领先地位。德国制定并执行了严格的氢能法规和标准,涉及氢能的生产、运输、加注、车辆的使用和购买等。2017年,宝马、奔驰等车企已开始商业化发展氢燃料电池汽车。

 

日本因自身能源缺乏,非常重视新能源开发,也是最早系统制定氢能发展规划的国家。日本1993年启动世界能源网项目,其目标是构建一个环球能源网络以实现氢能的高效供应、输送和利用。

 

日本新能源与工业技术发展机构氢能主任大平英二在中国氢能源及燃料电池产业高峰论坛上表示,氢能已经成为日本的基本战略,成为全球首个国家战略。2050年,日本希望将氢气作为可再生能源后的另一种新能源,并且制定了使氢气价格从2030年的3美元/千克降至2050年2美元/千克的目标。

 

突破与挑战并存

 

干勇表示,氢能在交通领域的应用将会率先突破,尤其是重型卡车采用氢燃料电池,在运行环境和运行成本,包括续驶里程和加氢时间上拥有不错的前景。

 

2016年3月份,我国制定的《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》提出,把可再生能源制氢、氢能与燃料电池技术创新作为重点任务;把氢的制取、储运及加氢站等方面的研发与攻关、燃料电池分布式发电等作为氢能与燃料电池技术创新的战略方向;把大规模制氢技术、分布式制氢技术、氢气储运技术、氢能燃料电池技术等列为创新行动。

 

2017年,科技部和交通运输部出台的《“十三五”交通领域科技创新专项规划》明确提出,推进氢气储运技术发展,以及加氢站建设和燃料电池汽车规模示范,形成较完整的加氢设施配套技术与标准体系。

 

在这个背景下,我国氢能产业的商业化步伐正不断加快,一些地方和能源企业纷纷布局氢能项目。

 

2018年1月份,武汉市氢能产业发展规划建议方案出炉。该规划建议,到2025年,力争氢能燃料电池全产业链年产值突破1000亿元,成为世界级新型氢能城市。

 

2022年,北京和张家口将联合举办第24届冬奥会。在冬奥会的规划中,将大量采用清洁的氢能源汽车用于通勤、物流。为此,张家口已经引入了70多辆氢能源公交车;与此同时,引入了多家企业生产氢燃料电池,并与国家能源集团探讨设立制氢和加氢设施,以期建立起氢能产业链。

 

然而,这仅是万里长征的第一步。据统计,2017年我国氢气产量约为2100万吨,其中用于生产合成氨、甲醇的原料氢占比约65%,用于石油炼制加氢等的占比约33%,工业氢气占比约2%,用作氢能载体仍仅为示范性工程。

 

万钢表示,与发达国家相比,我国在燃料电池基础研究和技术发展、氢能装备制造等方面仍相对滞后,特别是一些关键技术与国外仍存在差距,产业链较为薄弱。在基础设施方面,制氢、供氢和加氢的系统先进性有待提升,制氢成本有待降低,氢设施标准落后等也制约着产业发展。

 

中国航天科技101所副总工程师刘玉涛表示,储氢、运氢中的“卡脖子”问题可以考虑用液化氢的方式解决。

 

他介绍,目前采用进口的氢气传感器,监测时间要在几秒左右,而中国航天级传感器的监测时间已经能做到1秒左右。在储氢环节,对于能实现大规模存储、远距离输送的液态氢,早在上世纪60年代中国就能大规模生产。液化氢的产业化、规模化将会成为氢能产业发展的一大推动因素。

 

变化已经开始,未来正向我们走来。国际氢能委员会预计,到2050年,氢能可以满足全球能源总需求的18%或全球一次能源总需求的12%,氢能及氢能技术相关的市场规模将超过2.5万亿美元。

 

来源:经济日报

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