《听说,氢能是21世纪的“终极能源”?!》

  • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2023-11-27
  • 从氢能源汽车到氢能电站,氢能近年来备受关注。作为一种绿色、高效的新型能源,氢能被视为21世纪潜在的”终极能源“。

    简单来说,氢能像一支碳的“消除笔”,能广泛应用于能源生产、运输、消费各个环节。

    01、氢能为什么是潜在“终极能源”?

    不同于煤炭石油天然气等化石燃料可以直接从地下开采,氢气来自于水、化石燃料等含氢物质,在地球上主要以化合物形式存在,属于二次能源,可以存在于能源生产、输送和消费等各环节。

    氢气和氧气可以通过燃烧产生热能,也可以通过燃料电池转化为电能。

    氢燃烧后的产物只有水,是最佳碳中和能源载体,可应用于发电、供热、交通等领域,具有零污染、热值高、可储存、储量足、应用广等优点,在应对气候变化和推动碳减排中起到重要作用。

    氢能利用过程的反应

    同时,氢的储能属性使其具备跨时间和空间灵活应用的潜力,能与可再生能源有效衔接,助力可再生能源消纳。

    氢能逐步替代传统能源愿景图

    氢气可在化石能源和可再生能源之间起到桥梁和纽带作用,既可替代化石能源的直接消耗,促进终端能源消费的清洁化,也可以作为可再生能源发展的缓冲器,避免可再生能源不稳定性对能源体系带来的冲击。在“碳达峰、碳中和”背景下,氢能产业迎来了重要发展机遇。

    02、氢能的类别及应用

    根据原料来源和生产方式不同,氢能可分为绿氢、蓝氢、灰氢。

    灰氢,指的是以煤等化石原料制成的氢气。如果在制取灰氢的同时进行碳捕捉、利用与储存,得到的氢气便是蓝氢。而由可再生能源制备的就是绿氢。

    由可再生能源发电、水电解技术得到的绿氢,经过管道或罐车运输至氢用户,可作为能源用于燃料电池或发电厂发电。

    其中,燃料电池通过电化学反应将氢气的化学能转化为电能,而发电厂则通过直接燃烧产生动力。此外,氢气还可用作化工项目的原料气和冶金项目的还原剂。

    交通

    加氢站、燃料电池交通工具

    发电

    固定式燃料电池发电、天然气掺氢/纯氢燃机

    工业

    氢冶金、化工原料、燃料

    03、中国能建的氢能一体化解决方案

    我国是第一产氢大国,氢能正面临前所未有的发展机遇。但同时,氢能整体发展仍处于初期阶段,面临着绿电制氢波动大、储存运输成本高、氢气安全风险高等难题。

    中国能建创新提出风光发电+水电解制氢+储氢+绿色化工的最佳规模配置一体化解决方案,可有效解决绿氢制取过程中存在的诸多技术难点,经鉴定已达到国际先进水平,并在多个项目中付诸实践。

    松原氢能产业园(绿色氢氨醇一体化)项目

    松原氢能产业园(绿色氢氨醇一体化)项目是全球最大体量的绿色氢氨醇一体化项目,由中国能建投资建设,规划年产绿氢11万吨,绿氨/醇60万吨,配套建设电解槽装备制造生产线、综合加能站,设立氢能研究院,基本涵盖制氢、储氢、运氢、加氢、氢能化工、氢能装备全产业链条。项目一期建设内容包括:800兆瓦风电光伏新能源、年产4.5万吨电解水制氢装置、20万吨级柔性合成氨装置和2万吨绿色甲醇装置。

    甘肃酒泉风光氢储及氢能综合利用一体化示范项目

    甘肃酒泉风光氢储及氢能综合利用一体化示范工程,由中国能建投资建设,华北院设计,规划建设绿氢年产量1.7万吨、绿色合成氨年产量3.9万吨以及配套工程,总投资76.25亿元,其中一期规划建设高压气态氢年产7000吨、液氢年产量330吨、合成氨装机2万吨并配套建设风电85兆瓦、光伏130兆瓦,一期投资23亿元。项目建成后将成为甘肃省首个集气态和液态绿氢、绿色合成氨于一体的氢能综合利用项目。

    埃及苏伊士运河区绿氢项目

    该项目由中国能建参与投资建设,包含风光发电、电力输送、水电解制储氢、绿色化工(合成氨)四大部分,计划建设21.6万吨/年产能的风光发电、水电解制氢工厂,配套120万吨/年合成绿氨项目,将充分发挥埃及风光资源优势,助力埃及建成中东北非区域内的能源中心。

    大型碱性电解水制氢机组稳暂态特性试验检测平台项目

    该项目是清华大学与中国能建合作的重点科技项目,同时也是大型碱性电解水制氢机组(8兆瓦级)稳暂态特性试验检测的重要实证项目。工程为获取大型电解水制氢设备关键参数提供了一手数据,为电解水制氢系统的集成优化和控制策略研究提供了模型支撑,为实现大型电解水制氢系统的本质安全提供了关键参考。

    我国已正式将氢能纳入能源战略体系

    氢能产业发展将进入新的历史时期

    相信在不久后

    随着应用逐渐成熟

    氢能将改变社会的用能方式

    助力构建零碳社会

  • 原文来源:https://h2.in-en.com/html/h2-2430844.shtml
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    • 氢作为一种来源广泛、清洁无碳、灵活高效的二次能源,在汽车、轨道交通、船舶、航天、物流、供电供暖等领域,都有着丰富而广泛的应用前景,被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源,代表着未来新能源的发展方向。 闫慧忠 包头稀土研究院技术专家 记者1月10日从内蒙古包头稀土高新区获悉,该区中科轩达新能源科技有限公司(以下简称中科轩达)建立了我国具有自主知识产权的新型稀土储氢合金电极材料连续稳定的生产工艺和产品控制体系,产品受到多家国内知名动力电池生产厂家的高度重视,并已初步形成规模供应。 “目前我们建立的生产线年产能为200吨,材料选用燕山大学自主知识产权的合金制备技术,通过稀土镁镍基储氢合金相结构与电化学储氢性能间的匹配关系,优化合金结构特性,开发出不同优势性能的稀土镁镍合金新产品。”中科轩达生产技术部部长肖明介绍。 技术研发带头人、燕山大学教授韩树民表示,新型稀土储氢合金电极材料生产线的投入运营,是新材料研发制备技术与氢能源应用结合的一次重要尝试和突破,也是未来我国氢能源发展的一个重要方向。 发展氢能源应对生态危机 能源危机是本世纪中叶即将面临的巨大挑战。据统计,若按目前的水平开采世界已探明的能源,煤炭资源可开采100年,石油可开采30—40年,天然气可开采50—60年。 另一方面,生态危机已经成为当今社会面临的巨大挑战。石化能源燃料燃烧时所产生的有害物质,严重污染了环境,导致全球气候变暖、生物物种多样性降低、荒漠化等诸多生态问题,严重影响国家资源安全和社会经济持续发展,甚至威胁人类的生存。 “事实上,目前的新能源交通工具,主要还是来自基于火力发电的电能。下一步,按照‘绿色发展’的要求,发展氢能尤其是推广氢燃料电池汽车,将成为发展零污染低碳交通的必然选择。”包头稀土研究院技术专家闫慧忠说。 据闫慧忠介绍,氢作为一种来源广泛、清洁无碳、灵活高效的二次能源,在汽车、轨道交通、船舶、航天、物流、供电供暖等领域,都有着丰富而广泛的应用前景,被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源,代表着未来新能源的发展方向。 我国氢气资源丰富,发展氢能源具有先天优势。目前国内氢气产量已位居世界第一位,同时,我国煤炭资源丰富,已经开始发展煤制氢产业;此外,丰富的风电、光电、水电等资源,未来都可以用来进行水电解制氢。 “我国氢能源产业相关技术,尤其是燃料电池技术与发达国家差距仍然较大,加氢站基础设施建设滞后,国家及相关部门正在对此进行统筹规划,以推进我国氢能源产业发展。”肖明说,储氢材料技术创新面临重要发展机遇,而稀土系储氢材料是目前生产工艺最成熟、产业规模最大的固态储氢材料,稀土储氢材料可作为氢能实现产业化过程中的关键技术手段。 储氢技术高歌猛进 氢能源从生产到利用的过程中,储氢技术无疑是必不可少的桥梁。 肖明介绍,目前国内运用的主要储氢方式为固态储氢,即通过物理或者化学吸附的方式将氢气存储于固态储氢材料介质中。这种新型储氢技术因具有体积储氢密度高、储运方便、安全性能好等优点,被认为是最有发展前景的储氢方式。 稀土镁镍基储氢合金电池是以贮氢合金为负极材料的新型二次电池,被誉为无污染的绿色能源,具有比能量高、循环寿命长、耐过充放电、安全性能好等优点,可广泛应用于各种小型便携设备上。然而,自放电率较高的问题,也给这种电池的实际应用造成了一定困难。 依托丰富的稀土资源和雄厚的产业技术基础,中科轩达自2000年开始对稀土镁镍基储氢合金的制备技术、相结构和电化学性能等进行系统、深入的研究,揭示了这类合金的特殊超堆垛结构的生成机理和电化学特性,指出了不同类型相结构的稀土镁镍基储氢合金在吸/放氢过程中氢原子的存在状态、分布和进出行为的差异,以及对其结构稳定性及其电化学性能的影响规律。 韩树民表示,近几年来,130余篇相关研究成果论文已在各类核心期刊发表,相关成果获国家发明专利授权量18件,获得河北省技术发明奖二等奖。 在揭示了稀土镁镍基储氢合金相结构转变规律、生成条件及其对储氢性能影响的基础上,研发团队通过改进金属镁加料方式和生产工艺,还实现了合金规模化生产要求的精确控制和安全操作,所制备合金电化学容量大于360毫安/每克、寿命可达到500次循环以上,并且合金在功率性能、低温性能和低自放电性能等方面表现出优异的特性,比目前已商业化的混合稀土合金电极材料具有更加优良的性能和更高的性价比。 业内专家表示,新型稀土镁镍基储氢合金可以显著提高镍氢电池的性能和市场竞争力,有良好的市场应用前景,可用于新能源汽车、智能电网储能、通信基站储备电源等领域。 创新储氢材料提高性价比 储氢技术创新高歌猛进,储氢材料的创新也在大步奔跑。 内蒙古自治区关于“十四五”能源规划的具体步骤中,氢能和储能均位列“四大产业集群”。“我们将引进行业领军企业开展新能源制氢,配套发展氢能装备制造、建设加氢设施、推广氢燃料电池汽车,推进氢能产业链一体化发展,同时统筹全区储能发展,推动正负极关键材料以及隔膜、电解液、逆变器等核心组件的装备制造,推进储能全产业链发展,打造千亿级储能产业集群。”内蒙古能源局局长助理李理表示。 韩树民分析说,随着国家和各地相关产业的拉动及国际电池生产厂商在中国投资的增多,中国电池产业发展步伐加快,近年来增长速度超过30%以上;同时随着国际市场需求的不断增加,中国也成为世界上最大的电池出口国之一。因此,电池产业是21世纪最有发展前途和应用前景的新型绿色能源体系。在此背景下,稀土型储氢材料大有可为、风光无限。 韩树民表示,某些过渡族金属、合金以及金属间化合物,在常温常压(附近)下与氢反应,成为合金氢化物,这种材料可以贮存比自身体积大1000—3000倍的氢,通过加热或减压将贮存的氢气放出;通过冷却或加压又再次将氢气吸收于合金中。 “生产线建成之后,这种拥有我国自主知识产权的新型储氢合金将迅速应用于储氢材料中,它较以往的储氢合金最大的优势是容量提高,同时具备良好的安全性,以及低温性和较宽的温差范围,可在零下40摄氏度正常使用。”肖明介绍。 这种新型材料主要以镍和稀土金属为生产原料,使用的生产原料中有三分之一左右是轻稀土金属,也就是我国在全球储量最为丰富的镧、铈元素。因此,该材料实现国产化,不仅价格优势明显,而且就地消化了我国北方稀土生产的镧、铈,提高了稀土材料的附加值。 产业背景 到2050年,全球氢能占能源比重约为18%,氢能产业链产值将超过2.5万亿美元,且随着技术研发和产业资本的持续投入,未来10—20年,全球氢能产业将迎来快速发展的重大机遇期。 全球氢能布局正在加速,从能源发展规律和影响变量来看,氢能产业已进入新发展阶段。“十四五”期间,我国将加速发展绿氢制取、储运和应用等氢能产业链技术装备,促进氢能燃料电池技术链、氢燃料电池汽车产业链发展,氢能产业将迎来重要的机遇期。
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