可再生能源制氢心得

文摘   2024-07-13 08:29   江苏  


此次的“第四届可再生能源制氢产业发展论坛”,了解到很多可再生能源制氢的技术和整个产业链上的发展挑战,以下是我的一些思考:

出于对能源安全和环境问题,近几年不管是政策扶持还是产业需求,都在大力发展可再生能源。其中可再生能源制氢满足了低碳环保要求,是可再生能源发展的主要内容。

氢气有多种来源途径,如上图所示,而由可再生能源生产的绿氢是我们的主要研究对象。

绿氢的判据=绿色供氢载体(不含碳)+ 绿色供能载体(不排放碳)

绿色供氢载体比如:H2O、NH3

绿色功能载体比如:风伏、光电、水电、核能

从能源供给端来看,近几年大力发展可再生能源发电,如果能把这些可再生能源全部拿来利用是足够的,但并网传输的电力消纳能力有限,不能全部消纳,就需要把这些富余的电力由电能转化为物质能储存起来,而氢气是首要选择,所以可再生能源电解水制氢是近几年发展的热门,碱性电解水装机规模也在成倍增长,质子交换膜电解水发展迅猛,阴离子交换膜以及高温固体氧化物电解水也在加速示范实践中。

这是一个很大的战略布局,这个过程中所涉及的绿电—绿氢—产—储—运—加—用每个关键节点都存在着一些技术难点和挑战,需要全方位多角度的发展合作,简单列举一些:

  1. “绿电是否真的绿”?可再生能源发电除了考虑电站成本,还要要考虑电源和负荷的匹配成本,绿电的真实价值=发电成本+匹配成本。匹配成本是由于风光电存在时间波动性导致的,绿电比例上升,也意味着绿电成本上升,因为增加了短期氢储能和长期氨储能,而这也是减碳目标的必经之路。


  2. 发展离网制氢并行离网制氢的意思是可再生能源产生的电能不并入电网直接电解水制氢,一方面解决一部分富余电力并网问题,另一方面也不用交过网费。在一些情况下需要弱联网,利用并网的便利,降低运载成本。


  3. 电解水制氢的若干问题,不管是ALK、PEM、AEM、SOEC都存在基础问题包括负荷下限、启动时间、变载速率、电流效率、耐久性等,关键在于优化各个组成部件的集成,比如催化剂、气体扩散层、隔膜、垫片、极板等等,通过增效、降阻、优化传质路径、提高耐久性等方面来实现降本。学术界关注的方向由电解效率、电流密度、动态相应、安全问题、成本核算依次递减,而产业界则恰恰相反。由产能促进的技术研发和技术推进的产业发展相辅相成。


  4. 膜的发展日益成熟,这次会议有好几家企业报告在ALK的复合隔膜方面,和AEM的阴离子交换膜方面的研发成果很好,产业化性能不错。膜的性质直接关系到欧姆阻抗和离子传输,是降本的关键一部分。


  5. 氢气的储存依然是困境,目前没有一个完美的解决方案,金属储氢、高压气态储氢、液氢的同时,发展其他低碳储氢方式如液氨,液态阳光甲醇,同时将氢利用起来,耦合煤化工生产高附加值的产品,或者出口卖出去。氢经济可以简单理解为:电解水产氢所用的成本,以某种氢的形态卖出去的收益,这个过程有没有增值。


  6. 氢气的运输如何破局?目前局域地区设立的加氢站点不够,长程运输没有成本优势,也存在安全问题。由于供给链不足所以缺少市场,又因为没有市场所以供给链不足,如何打破这个恶性循环,需要多方面的共同努力。增加氢能产业布局,减少长程运输的距离,是不是一种思路。


  7. 氢气的安全先行。落实氢安全政策,建立系统、完备的参数监测、泄露预警、措施响应,会有利于从政策和人心上推进氢能的发展。


  8. 加氢的方式方法。加氢站的加注协议是比较繁琐,因为要保证安全,这也是站点没有普及的原因之一。除此之外,液态阳光甲醇重整制氢加氢也是一种思路。


  9. 发展多方面多元化的应用,增加需求侧氢气的利用。在氢燃料电池方面除了公交、重卡之外,比如在低碳产业园区见到的氢燃料自行车,就很受大家关注,虽然目前成本还很高,前期还需要政府的扶持推进。但随着大力发展可再生能源电价成本降低,提高核心技术水平电解槽成本降低,以及各个环节的发展,氢能是大势所趋。在其他方面如与捕获的CO2耦合合成液体燃料、提升燃油品质;与N2耦合合成氨、冶炼金属;合成特种气体等等,生成高附加值的产品。


  10. 其他制氢方法如生物质制氢,包括废水、秸秆、垃圾等等,制氢的同时废物利用减少污染,也是值得广泛关注的。


以上只是我的一点简单总结,电解水中的具体问题有机会再跟大家展开分享。


我跟盐城这座城市也有一点渊源,我爸跟我说他十几岁的时候跟爷爷出来工作就是在盐城,那时1988年在建筑工地,每天骑自行车上下班,上班的地方就离现在的会议中心不远,隔着30多年的时空,盐城带给我的感受是:

  1. 电多,自家产的电就是随便用。一到晚上不管是建筑、道路、桥梁都是灯火通明的。这里的电源于海上风力发电,听说发的电用不完还关了一些机组,现在应该是并网传输出去了。


  2. 地大,占地面积是其他几个市的加和。我爸说他在那会儿还没多大,骑车一会儿就转完了,现在就大了去了。听开车的师傅说,因为盐城有很大的滩涂面积,四周都是海,海水冲过来的地,别人家土地都是越来越少,这里土地越来越多,“土地自生长”,哈哈哈哈。。


  3. 发展潜力大,经济实力强。作为绿色低碳发展示范区,在绿色经济和新兴产业方面,如新能源、新材料等高新技术产业发展前景很好,我们还参观了绿色低碳科创园、制氢加氢一体站、氢能技术研发中心、大功率电力电子实验室、大规模电解水系统和燃料电池堆,还骑了一下氢燃料自行车,像骑电动车一样。。

    我在想珠海也是沿海发展城市,为什么没有这样的高新低碳产业园和产业项目呢?


  4. 人才少,可能是被周边苏州、杭州、上海等一二线城市吸引走了,也可能是它自身比较低调没怎么宣传,所以很多人都不了解这座城市。


  5. 当地人幸福指数高普遍热情和善,他们很热爱这方土地,说起自家的滩涂湿地、自然遗产丹顶鹤麋鹿、新四军、大铜马、太湖,满满的家国自豪感。

    当然他们生活幸福也跟经济水平有关,盐城是苏北地区人均收入排名第一的城市,另外地多房价物价也不虚高,生活自然就幸福啦!所以说,发展是第一要务,而科技是第一生产力!科技改变命运啊。


  6. 当地人说话听不太懂,感觉像是在说外国话,但又听不出是哪国的,而且各区域方言各不相同,司机师傅说完我们都得反应半天。


整体感觉不错,期待它的发展,也期待我们都能乘借着"绿色发展的东风",逐氢而行,聚绿汇流


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