《做好氢能利用文章 氯碱业要变耗能为造能》

  • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
  • 编译者: wukan
  • 发布时间:2018-06-05
  •   眼下炙手可热的氢能对氯碱行业而言也蕴含机会。“氯碱企业既是耗能大户,也是产氢大户,每年约有18亿立方米的氢气没有被充分利用。氯碱行业要提升氢能储运技术,做好氢能利用这篇大文章,使氯碱企业走上从耗能到造能的转变之路。”在5月23-24日于苏州召开的第21届中国氯碱论坛上,上海浦江特种气体有限公司董事长刘炜炜提出建议。   刘炜炜介绍,氢气除了用于制造化学品,还可应用在氢燃料电池、掺氢天然气(HCNG)等能源领域,从这一思路来看,氯碱企业其实是在造能。2017年的统计数据显示,氯碱生产过程中,氯化钠电解制取氯气和烧碱的同时联产氢气,理论上约为84万吨/年,即94亿立方米/年。虽然氯碱行业的氢气利用率在逐年提高,但仍有约18亿立方米的氢气没有被充分利用。结合当前的氢能政策和布局,这部分氢气在有明确燃料电池汽车规划的地区就是宝贵的资源,可以率先利用起来。   “氯碱企业用氢气造能是非常可行的。”刘炜炜表示,一是有潜力。氯碱企业在电解技术方面有储备。二是有方案。将氯碱副产氢气提纯后,通过加压或液化可输送到加氢站作为能源使用,亦可在氯碱厂内建设大型燃料电池电站,将氢转换成电及热能再返回氯碱工厂。三是有前景。我国绿色电力的政策方向已经非常明确。如果将每年放空的18亿立方米氢气充分利用,至少可以供12万辆氢燃料车使用,或产生12.6亿千瓦时的电。   记者了解到,从氢供应链逻辑来看,发展氢能经济的基础是氢气供应。而氢的来源包括三个途径,一是化学制取,如天然气裂解、甲醇裂解或煤制氢;二是氯碱、烷制烯烃(PDH)等化工工艺过程副产的弛放气;三是可再生能源发电电解水制氢。企业可以通过提纯将副产氢气精制成产品氢气,经过储运环节,输送至加氢站作为能源,或者送到用氢企业。如果建分布式燃料电池电站发电,以每小时供应27.5千克的氢气计,可发电440千瓦时,同时每小时还能生产6吨120℃的高压纯水。   由此看来,氯碱行业的氢气既有最基础的工业利用途径,又有向新能源发展的空间。在我国氯碱行业的生产中,积极推进存量氢气的回收利用和电解技术研发,就能使行业从耗能转向造能,这是一个极为重要的角色转变。   然而,目前氯碱企业的氢气利用还存在一些难点。一是技改审批难,因其涉及安全、环保、消防问题;二是下游市场开发没有跟上,氢燃料电池车还未普及,电站也不多;三是持续需求与化工厂因检修不能稳定供应存在矛盾。   针对以上问题,刘炜炜建议要把氢气的利用纳入地方绿色发展规划,氯碱企业可以结成联盟,进行轮流检修,构建一体化销售网络。氯碱企业还可与专业气体公司合作建设“气、车、站、运”一体化的氢能基础设施,进一步拓展分布式电站及掺氢天然气等氢能源应用领域,形成氢能供应链网络。   氢能商业化仍有长路要走,做好氢气储运是关键也是发展方向。目前氢气储运有4种方式,即高压储运、液化储运、载体储氢等。高压储运在稳定性、安全性、经济性及轻量化方面有长足进步,未来将广泛应用于加氢站、运氢车及燃料电池汽车上。液化储运技术可以实现氢气的长距离运输,解决氢资源分布不均衡的问题,我国已经可以将氢气做成-253℃的常压液体进行运输。而载体储氢,如有机物储氢或固体储氢这两种储氢方式的基本原理均是寻找可与氢气在分子或原子层面进行结合的优良储氢载体,在安全性及储氢容器的选择上有着独特优势,是目前国内外科研院所及氢能企业的研发热点。
相关报告
  • 《2050年将迎来“氢能时代”》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2019-01-15
    • 新华社1月9日刊发题为《“ 氢能时代” 中国加快探索氢能经济》的报道。文章称,汽车发动机不“喝油”了,建筑取暖不烧天然气了,重工业热力来源告别黑煤球了……未来,替代这些传统能源的有可能就是氢能和燃料电池。不久前在北京举办的“首届北京未来科学城氢能与燃料电池技术发展大会”,与会专家为人们描述了这样一幅未来图景。 “氢能时代”来临 氢能通常是指氢在物理与化学变化过程中释放的能量。它更加清洁、高效并可再生,相比于潮汐能、风能等,氢能更便于储备、运输,同时它也是“能源互联网”中的重要纽带。氢能来源多样,可以从化石能源中获取,也可以从工业副产品、合成甲醇、生物沼气中获取。如今,氢能正在走向规模化、商业化。 基于这些特点,燃料电池成为氢能的重要应用成果,具有燃料能量转化率高、噪音低以及“零排放”等优点,从20世纪末以来便受到各国关注,其研发、示范和商业化应用的资金投入不断增加。中国工程院院士汤广福表示,能源消费正在发生变革,高效节能、智慧用能是现代能源消费模式的典型特征。 国际氢能委员会发布2017年发布报告称,氢能源是能源结构转型的重要方式,预计在2050年之前,通过更大规模的普及,氢能源将占整个能源消耗量的大约20%。数据显示,2017年全球燃料电池机组数量增长15%,达到7万多套。 面对这一发展趋势,美国、德国、日本、韩国等国家均在氢能基础研究、应用研究方面进行了大规模投入。在日本、美国、德国等地,氢燃料电池车部分已经投入使用。丰田FCV燃料电池商业车最大续航里程约700公里,美国“尼古拉”燃料电池拖车头最大输出1000马力,德国已批准燃料电池火车应用于商业化。 不仅是汽车,发电、工业能源、建筑等,同样是氢能和燃料电池的重要应用领域。在日本,家用燃料电池热电联供系统已投入使用,使家庭有了自己的“发电站”和“供暖站”。航天领域,大推力火箭的动力来源也大多采用氢能。 中国企业、研究机构也在“紧盯”氢能源。2017年7月,北京市科委、昌平区政府联合主办北京未来科学城氢能技术协同创新平台签约仪式,推动打造代表国内氢能领域最高科研水平的协同创新平台,首批签约的12家科研单位共有24个氢能研发团队。 清华大学核能与新能源技术研究院教授毛宗强介绍,我国有超强的氢气供应能力,目前氢气来源还是以煤炭、天然气为主,可再生能源制氢尚处于示范阶段。 成本高、氢站少 氢燃料电池的短板 “燃料电池汽车或者动力是我们未来车从化石燃料为主走向电动化路径当中非常重要的途径。”中国汽车工业协会副秘书长许艳华说。近期在由中国汽车动力电池产业创新联盟燃料电池分会参与主办的“第一元素” 2018氢能及燃料电池产业年度发展论坛上,氢燃料电池汽车未来路在何方成为最热的话题之一。 近两年,氢能及燃料电池行业正式进入产业化元年,国家与地方陆续发布了《“十三五”战略性新兴产业发展规划》、《汽车产业中长期发展规划》,《上海市燃料电池汽车发展规划》等一系列政策及规划。氢燃料电池汽车已在上海、郑州、张家口、佛山、云浮、十堰等多地实现商业化运营。国内各大知名汽车企业纷纷布局,传统能源企业、汽车零部件企业、产业资本也相继在氢能及燃料电池产业加码投入。 国家很早就将氢燃料电池汽车列为新能源汽车三大发展方向(包括混合动力、纯电动、燃料电池)之一,然而与前两种新能源车相比,氢燃料电池汽车至今仍处于示范运营阶段。究其原因,氢燃料电池汽车的高制造成本和加氢站的布局偏少是制约产业发展的关键因素。 中国工程院院士凌文:建议将氢能纳入能源体系 低碳化转型发展是中国应对内外部新形势新挑战的共同要求。凌文认为,氢能开发与利用是能源清洁化发展的重要方向。在优化能源系统方面,氢能作为一种二次能源,可实现多异质能源跨地域和跨季节的优化配置,形成可持续高弹性的创新型多能互补系统;在提高能源安全方面,发展氢能源配合燃料电池技术,有助于大幅度降低交通运输业的石油与天然气等的消费总量,降低二者对外依存度;在提高可再生能源利用率、促进能源革命方面,氢作为能源互联媒介,可通过可再生能源电力制取,通过氢气的存储或气体管网的运输,实现大规模的储能及调峰,实现电网和气网的耦合,增加电力系统灵活性。 从国外看,已有多国政府出台氢能及燃料电池发展战略路线图,美国、日本、德国、韩国、法国等发达国家更将氢能规划上升到国家能源战略高度。 凌文引述国际氢能源委员会发布的报告称,至2050年,在全球范围内,氢能产业将创造3000万个工作岗位,减少60亿吨二氧化碳,创造2.5万亿美元的市场价值,氢能汽车将占全世界车辆的20%-25%,承担全球18%的能源需求。 2018年10月12日,由国家能源集团牵头组建的中国氢能联盟发布了《中国氢能产业研究报告(核心观点)》,认为未来氢能在我国终端能源体系占比至少要达到10%,与电力协同互补,共同成为我国终端能源体系的消费主体。 凌文分析,我国氢能开发与应用已具备产业化基础,但还面临一些挑战,例如:与发达国家将氢能纳入国家能源体系不同,我国能源生产和消费结构中,还未将氢能纳入其中而将其作为一种具有发展潜力的能源对待;缺少立足长远的国家氢能产业发展顶层设计、政策保障体系与实施路线图;在核心技术、装备、技术标准方面与国外发达国家存在差距,应用基础设施差距巨大。 此外,氢在我国被列为危化品管理范畴,还未列入能源管理体系。凌文指出,这不利于氢能管理体系构建和相关产业政策的及时出台,也不利于社会公众消除“谈氢色变”的心理误区,容易阻碍“氢能社会”共识的达成和氢经济发展。 就此,他在发言中提出了相关建议: 一是建议国家组织相关部委研究将氢能纳入国家能源体系,推动氢能成为国家能源战略的重要组成部分,制定氢能产业发展战略及实施路线图,建立科学长效的产业发展扶持与激励政策。 二是建议明确氢能产业的行业主管部门并加强行业管理,加强行业发展战略、规范、行业协调与监管,推进氢能产业的科学发展。 三是建议制定研究设立氢能源及燃料电池国家重大专项工作方案,以氢能国际大科学大工程项目为抓手,积极参与并主导相关国际大科学工程科技创新,加快氢能源等相关领域全球协同科技创新,协同攻关掌握氢能关键核心技术,推动氢能产业的自主核心技术与装备发展。 水氢绿色旋风 自2013年以来,在东莞的樟木头,刮起了水氢“绿色旋风”——来自广东合即得能源科技有限公司研发团队研发的水氢技术氢气即产即用,降低了氢能使用成本,通过移动分布式制氢解决了氢能应用瓶颈。 水氢机是以甲醇和水的混合液作为原料,将其气化—催化整合—纯化从而产生高纯度氢气再利用氢气发电的一种新能源发电设备。水氢机具有便携可移动、原料来源广、氢气即产即用的特点。水氢机不但解决了氢气的储运难题,还将氢气的使用成本大大降低。并且维护频率低,污染程度极低。 水氢机可以减少碳烟颗粒物排放。据计算,如果水氢机应用在汽车上,水氢汽车可以100%减少硫氧化合物(SOX)、氮氧化合物(NOX)、颗粒物(PM2.5)等传统柴油汽车的污染排放。另外,水氢汽车具有内燃机汽车一样的高续航能力及燃料电池汽车的绿色环保性和纯电动汽车的便捷性,却没有加氢、充电难题。 行业对于水氢产业存在的最大担忧便在于一旦铺开推广应用,甲醇燃料是否足以供应。 当前我国已是全球最大甲醇生产国,来自中国氮肥工业协会统计数据显示,经历持续10余年的连续增长,截至2017年底,我国甲醇总产能已达到近8400万吨。该协会预计,2019年,我国甲醇产能有望突破9000万吨。2020年更有望突破1亿吨。 当前甲醇生产技术成熟,且成本要低于汽、柴油。可以说,中国煤炭资源丰富,仅以煤制甲醇便可保证我国百年能源安全,未来甲醇还可通过生物质、农作物秸秆等制取。随着技术的进步,通过加收二氧化碳制备甲醇,人们将源源不断获取清洁可再生能源。 为了培育水氢品牌,合即得也在着手打造水氢产业平台,今后,这个平台将是一个集聚100家水氢科技企业的联盟。 建设水氢产业生态文明,实现美丽中国,水氢擘画了生态文明建设新图景,水氢产业将推促人与自然和谐共生,一定能创造一个又一个绿色奇迹,以更多的优质生态产品满足人民群众新需要,滋养中华民族永续发展、生生不息。
  • 《日本能否在氢能利用上领跑世界》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2019-12-18
    • 日本川崎重工业12月11日举行了世界首艘液化氢运输船的下水仪式。该船将于2020年秋完工,并启动将澳大利亚生产的氢运往日本的实证试验。到2030年度,氢相关市场被认为将扩大至4000亿日元规模,而海上运输将成为核心。 日本将氢能定位为实现低碳社会的王牌,将通过政府与民间携手推动构建氢能供应链。另一方面,欧洲和中国等也展开积极投资。日本企业能否发挥技术优势,走在前列?日本经济新闻汇总了实现氢社会的要点。 包括澳大利亚驻日大使Rid Court、丰田会长内山田竹志和本田会长神子柴寿昭等企业首脑、相关人士和一般参与者在内,约4000人出席了12月11日的下水仪式。庆祝了定名为“SUISO FRONTIER(氢新天地)”号、全长116米的运输船的下水。在完成氢储存罐的安装工程等之后,预定2020年秋季完工。 川崎重工将携手丸红、J-POWER、JXTG能源、岩谷产业和英荷壳牌石油,启动利用在澳大利亚开采的低价煤炭制造氢、然后向日本出口的实证试验计划。这项计划不可缺少的就是运输船。 氢气如果冷却至摄氏零下253度即可液化,可使体积压缩至800分之1,适合大量运输。 运输船内置储存液化氢的特殊储存罐,为了保持隔热状态,以不锈钢制的外壳覆盖。结构犹如真空热水瓶。储存罐的直径为10.5米,高16米。可以更好储氢,在川崎重工的播磨工厂,已迎来制造的最终局面。 川崎重工在建造运输船的同时,一直推进氢能相关技术的开发。除了对氢气进行冷却压缩的“液化器”之外,还有在船舶和陆地之间转移氢的“装卸装置”等。在将海上运输的氢卸下的神户市神户机场岛,在陆地上储藏氢的大型储存罐的建设正在推进。 日本氢能产业链开发中心负责人西村元彦表示,液化氢此前被用作火箭的推进燃料,但“截至目前,没有大量运输的手段。借助大型运输船,在日本也能构建面向发电和燃料电池车的氢能供应链”。川崎重工力争2030年前后实现商用化,还计划推进大型船的开发。 对于川崎重工来说,氢能业务具有重要意义。造船业务受到中韩企业的低价攻势影响,盈利低迷。在能源相关业务方面,发电用涡轮机受二氧化碳(CO2)减排的潮流影响,不确定性正在加强。如果能尽快构建可以依托现有业务的液化氢的价值链,有望在标准竞争中领先,获得授权收入。该公司计划到2030年,使合并营业利润的5%来自氢能相关业务。 氢能相关市场今后有望迅速扩大。据调查公司富士经济估算,到2030年度将增至2018年度的50倍以上,达到4085亿日元。燃烧时不排放二氧化碳的氢作为实现低碳社会的王牌,受到的期待正在提高。在中东局势日趋紧张的背景下,依赖化石燃料的风险日渐浮现,这也成为氢能市场扩大的背景。 如果利用太阳能和风力等可再生能源,通过电解水来制氢,几乎不会产生二氧化碳。以天然气和煤炭等化石燃料为原料制造氢之际,如果将排放的二氧化碳捕获与封存(CCS)在地下,也能大幅减轻环境负荷。能通过多样化原料制造的氢在能源的稳定供应方面具有重大的意义,各企业正致力于发展相关业务。 丰田在10月的东京车展上,发布了将于2020年底上市的燃料电池车(FCV)“未来”(MIRAI)的新车型。据称,通过提高发电效率,1次加氢可行驶的距离得以延长。 在日本能源行业举起氢能利用大旗的是日本国内最大石油批发商JXTG控股。该公司在横滨市的基地利用液化石油气(LPG)为原料生产氢。在日本全国41个加氢站向燃料电池车供应氢。 该公司在生产石油产品的工序中,一直利用氢去除硫磺成分等,与主业的联系密切。该公司社长杉森务表示“为了实现氢社会,能低价供给氢的基础设施的建设不可或缺”。 JXTG将携手千代田化工建设,开发通过在氢气中加入甲苯、使之在常温下变为液体化学品之后运输的技术。日挥开发出了高效制造包含氢分子的氨的技术。氨只要将氮和氢混合即可生产,如果压缩,可在常温下变为液体。以上方式一次可运输的氢的量都少于通过冷却加以液化的方式,但优点是能充分利用现有的化学品油轮和储存罐。 在发电设备方面,氢能技术的开发也在推进。IHI和三菱日立电力系统(Mitsubishi Hitachi Power Systems、MHPS)正在开发将氨和氢混入天然气、使之燃烧的燃气轮机技术。 在这些氢能相关技术的开发方面,日本一直领先于世界。不过,目前还存在与通过氢发电相比、利用天然气和煤炭发电成本明显更低这一课题。 目前液化天然气(LNG)的发电成本为15日元左右。针对氢发电的成本,日本政府将2030年代降至17日元/千瓦时定为目标。要实现与液化天然气基本相同的成本竞争力,确立国际供应链和实现大量运输将成为关键。日本政府需要在政策上维持强有力的支援。 各国也开始采取行动。目前,日本领先的趋势正在改变。欧洲和中国等世界各国也将氢作为低碳能源予以关注,开始启动果断的投资。 举全国之力推进投资的是德国。2018年12月,德国发布了在地方推进氢与燃料电池技术引进的支援计划“Highland project”。德国还成立了统一管理产学官(企业、学校、政府)的氢能技术研发和政策的机构。打算尽快构建在社会上普及产学官携手开发的氢能技术的体制,以主导氢能的国际竞争。 荷兰将抢在世界之前推进氢发电计划。在北部的Nuon Magnum发电站,计划到2023年将燃料从天然气改为氢。据称每年约130万吨的二氧化碳排放量将几乎减为零。利用天然气制造氢,在改质过程中发生的二氧化碳可以捕获与封存(CCS),可在无碳状态下供应氢。 英国将推进将北部的城市燃气全部改为氢、用于家用和工厂用的热供给的计划。氢通过北海和欧洲的天然气改质来制造,在改质过程产生的二氧化碳通过北海的枯竭天然气田捕获与封存。川崎重工高管表示“在欧洲,大胆在社会上引进氢能技术的趋势正在扩大”。 中国在步入2019年后,相继出台了氢能相关政策。中国发布了《长三角氢能与燃料电池产业创新发展白皮书》,将在长江三角洲地区形成氢能相关产业聚集,还将积极为基础研究领域提供支援。全年拥有2500万吨氢产能的中国将依托巨大市场,在氢社会领域也成为世界的强有力竞争者。 日本2019年9月汇总了《氢能和燃料电池技术开发战略》,提出在氢相关领域重点发展“燃料电池”、“氢能供应链”和“电解水”这3个领域的方针。汇总该战略的氢与燃料电池战略协议会表示“欧美是由公共机构以基础研究和关键技术开发为中心提供支援。为了领先于世界,不仅是大规模实证,还需要进一步强化基础研究和关键技术开发”。 在世界上的氢能技术开发竞争日趋激烈的背景下,对日本来说,社会普及的速度和技术的标准化或许也将成为课题。