氫能受到各方高度關注,2022年初國家發展改革委、國家
能源局聯合印發《氫能產業發展中長期規劃(2021—2035年)》,首次明確了氫的能源屬性。氫能是一種來源豐富、綠色
低碳、應用廣泛的二次能源,正逐步成為全球能源轉型發展的重要載體之一。
氫儲能在能量密度、儲能時長上具有較大優勢,在能量轉換效率、響應速度等方面相對較差,可以與電化學儲能形成互補。近年來,我國氫氣產量保持連續增長,已成為世界第一產氫大國,2021年產量達3300萬噸。但是氫能的發展仍存在一些問題和挑戰。一方面,目前氫氣制取主要由化石能源制氫和工業副產氫構成,據中國標準化研究院不完全統計,目前我國煤制氫占比約62%,天然氣重整制氫占比約19%,焦爐煤氣、氯堿尾氣等工業副產提純制氫和石油制氫占比約18%,電解水制氫等約占1%,可再生能源制氫規模還很小。
大家知道,通過化石能源燃燒制氫過程中會產生二氧化碳,是灰氫;在灰氫的基礎上,將二氧化碳副產品捕獲、利用和封存(CCUS)而制取后的氫氣是藍氫;通過使用再生能源(例如太陽能、風能、核能等)制造的氫氣是綠氫,我們真正需要的是綠氫。另一方面,氫是元素周期表上最輕的元素,很容易泄漏,對儲能容器要求高,常壓下液化需在-235℃下,能耗較高。如果以管道運輸,則需要克服純氫以及摻氫氣體給管道帶來的安全隱患。
現階段,我國氫氣儲運主要以高壓氣態長管拖車運輸為主,常用的高壓氣態長管拖車氫氣儲存壓力為20兆帕,單車運載量約300千克氫氣。液氫運輸和管道運輸的基礎尚不成熟,液態儲運、固態儲運均處于小規模試驗階段,目前氫氣管道里程約400千米,在用管道僅100千米左右。預計到2025年,液態儲運和管道儲運的方式將有初步發展,到2035年,高壓氣氫儲運、液體儲運和管道儲運等多種氫氣儲運形式將實現并存。
氨既能當儲氫介質,又能做零碳燃料。氨是天然的儲氫介質,常壓下,-33℃就能液化,便于安全運輸,有完備的貿易和運輸體系。可再生能源生產氫,再將氫轉換為氨,運輸到目的地,或許是一條解決途徑。目前,氨的主要制備方式是氫氣和氮氣反應合成,全球年產量1.8億噸,80%左右用于化肥行業,工藝成熟,成本低廉。在氨能使用方面,技術難題是不能穩定燃燒,如何獲取“綠氨”,日韓等國在充分燃燒的研發方面遙遙領先,有氨動力船研究項目。
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