[Резюме]Водородната енергия е вид вторична енергия с изобилие от източници, зелена и нисковъглеродна, и широко приложение. Може да подпомогне широкомащабното потребление на възобновяема енергия, да реализира широкомащабно намаляване на върховете на електрическата мрежа и съхранението на енергия през сезоните и регионите и да ускори насърчаването на промишлеността, строителството, транспорта и други области с ниски въглеродни емисии.моята страна има добра основа за производство на водород и широкомащабен пазар на приложения и има значителни предимства в развитието на водородната енергия.Ускоряването на развитието на водородната енергийна индустрия е важен път за подпомагане на моята страна да постигне целта за неутрализиране на въглерода.Преди няколко дни Националната комисия за развитие и реформи и Националната енергийна администрация издадоха съвместно „Средносрочен и дългосрочен план за развитие на водородната енергийна индустрия (2021-2035 г.)“.Развитието и използването на водородна енергия предизвиква дълбока енергийна революция. Водородната енергия се превърна в нов код за справяне с енергийната криза и изграждане на чиста, нисковъглеродна, безопасна и ефективна модерна енергийна система.
Енергийната криза отвори пътя за изследване на развитието и използването на водородната енергия.
Водородната енергия като алтернативна енергия навлезе в полезрението на хората, което може да се проследи назад до 70-те години на миналия век.По това време войната в Близкия изток предизвика световна петролна криза. За да се отърват от зависимостта от вноса на петрол, Съединените щати първо предложиха концепцията за „водородна икономика“, твърдейки, че в бъдеще водородът може да замени петрола и да се превърне в основната енергия, поддържаща глобалния транспорт.От 1960 г. до 2000 г. горивната клетка, важен инструмент за използване на водородна енергия, се развива бързо и нейното приложение в космическото пространство, производството на електроенергия и транспорта напълно доказа осъществимостта на водородната енергия като вторичен енергиен източник.Водородната енергийна индустрия навлезе в нисък спад около 2010 г.Но пускането на "бъдещото" превозно средство с горивни клетки на Toyota през 2014 г. предизвика още един водороден бум.Впоследствие много държави последователно пуснаха стратегически маршрути за развитие на водородната енергия, като се фокусираха главно върху производството на електроенергия и транспорта, за да насърчат развитието на водородната енергия и индустриите с горивни клетки; ЕС публикува стратегията на ЕС за водородна енергия през 2020 г., целяща да насърчи водородната енергия в промишлеността, транспорта, производството на електроенергия и други приложения във всички области; през 2020 г. Съединените щати пуснаха „План за развитие на водородния енергиен план“, формулираха редица ключови технически и икономически показатели и се очаква да станат лидер на пазара във веригата на водородната енергийна индустрия.Досега страни, които представляват 75% от световната икономика, са стартирали политики за развитие на водородната енергия, за да насърчават активно развитието на водородната енергия.
В сравнение с развитите страни, водородната енергийна индустрия на моята страна все още е в начален етап на развитие.През последните години моята страна обърна повече внимание на водородната енергийна индустрия.През март 2019 г. водородната енергия беше записана в „Доклада за работата на правителството“ за първи път, ускорявайки изграждането на съоръжения като зареждане и хидрогениране в публичното пространство; Включен в енергийната категория; през септември 2020 г. пет отдела, включително Министерството на финансите, Министерството на промишлеността и информационните технологии, съвместно ще извършат демонстрационно приложение на превозни средства с горивни клетки и ще възнаградят отговарящите на условията градски агломерации за индустриализацията и демонстрационните приложения на ключови основни технологии за превозни средства с горивни клетки ;През октомври 2021 г. Централният комитет на Комунистическата партия на Китай и Държавният съвет издадоха „Становища относно напълно точното прилагане на новата концепция за развитие и вършене на добра работа в неутрализирането на въглерода“, за да координират развитието на цялата верига на водородната енергия „производство-съхранение-пренос-използване“; През март 2022 г. Националната комисия за развитие и реформи издаде „Средносрочен и дългосрочен план за развитие на водородната енергийна индустрия (2021-2035 г.)“ и водородната енергия беше определена като важна част от бъдещата национална енергийна система и ключ към реализиране на екологична и нисковъглеродна трансформация на енергоемки терминали. Важен носител, водородната енергийна индустрия е идентифицирана като стратегическа нововъзникваща индустрия и ключова посока на развитие на бъдещата индустрия.
През последните години водородната енергийна индустрия в моята страна се разви бързо, обхващайки основно цялата верига от производство-съхранение-пренос-използване на водород.
Нагоре по веригата на водородната енергийна индустрия е производството на водород. моята страна е най-големият производител на водород в света с капацитет за производство на водород от около 33 милиона тона.Според интензивността на въглеродните емисии на производствения процес водородът се разделя на „сив водород“, „син водород“ и „зелен водород“.Сивият водород се отнася до водорода, произведен от изгаряне на изкопаеми горива, и ще има много емисии на въглероден диоксид по време на производствения процес; синият водород се основава на сивия водород, като се прилага технология за улавяне и съхранение на въглерод за постигане на нисковъглеродно производство на водород; зеленият водород се произвежда от възобновяема енергия като слънчева енергия и вятърна енергия се използва за електролиза на вода за производство на водород и няма въглеродни емисии в процеса на производство на водород.Понастоящем производството на водород в моята страна е доминирано от производството на водород на базата на въглища, което представлява около 80%.В бъдеще, тъй като разходите за производство на електроенергия от възобновяеми източници продължават да намаляват, делът на зеления водород ще се увеличава всяка година и се очаква да достигне 70% през 2050 г.
Средната част от веригата на водородната енергийна индустрия е съхранението и транспортирането на водород. Технологията за съхранение и транспортиране на газ под високо налягане е комерсиализирана и е най-обширният метод за съхранение и транспортиране на водородна енергия.Ремаркето с дълги тръби има висока транспортна гъвкавост и е подходящо за транспортиране на водород на малки разстояния; съхранението на течен водород и съхранението на водород в твърдо състояние не изискват съдове под налягане и транспортирането е удобно, което е посоката на широкомащабно съхранение и транспортиране на водородна енергия в бъдеще.
Надолу по веригата на водородната енергийна индустрия е цялостното приложение на водорода. Като промишлена суровина, водородът може да се използва широко в петролната, химическата, металургичната, електрониката, медицината и други области. В допълнение, водородът може да се преобразува в електричество и топлина чрез водородни горивни клетки или водородни двигатели с вътрешно горене. , който може да обхване всички аспекти на общественото производство и живот.До 2060 г. търсенето на водородна енергия в моята страна се очаква да достигне 130 милиона тона, от които промишленото търсене доминира, което представлява около 60%, а транспортният сектор ще се разшири до 31% всяка година.
Развитието и използването на водородна енергия предизвиква дълбока енергийна революция.
Водородната енергия има широки перспективи за приложение в много области като транспорт, индустрия, строителство и електричество.
В областта на транспорта, автомобилният транспорт на дълги разстояния, железниците, авиацията и корабоплаването считат водородната енергия за едно от важните горива за намаляване на въглеродните емисии.На този етап моята страна е доминирана главно от автобуси с водородни горивни клетки и тежкотоварни камиони, чийто брой надхвърля 6000.По отношение на съответната поддържаща инфраструктура, моята страна е изградила повече от 250 станции за зареждане с водород, което представлява около 40% от глобалния брой, нареждайки се на първо място в света.Според данните, публикувани от Организационния комитет на зимните олимпийски игри в Пекин, тази зимна олимпиада ще демонстрира работата на повече от 1000 превозни средства с водородни горивни клетки, оборудвани с повече от 30 станции за зареждане с водород, което е най-голямото демонстрационно приложение на превозни средства с горивни клетки в свят.
Понастоящем полето с най-голям дял на приложение на водородна енергия в моята страна е промишленото поле.В допълнение към своите енергийни горивни свойства, водородната енергия също е важна промишлена суровина.Водородът може да замени кокса и природния газ като редуциращ агент, който може да елиминира повечето от въглеродните емисии в процесите на производство на желязо и стомана.Използването на възобновяема енергия и електричество за електролиза на вода за производство на водород и след това синтезиране на химически продукти като амоняк и метанол, води до значително намаляване на въглерода и намаляване на емисиите в химическата промишленост.
Интегрирането на водородна енергия и сгради е нова концепция за зелено строителство, която се появи през последните години.Сферата на строителството трябва да консумира много електрическа и топлинна енергия и е посочена като трите основни „домакинства, които консумират енергия“ в моята страна, заедно с областта на транспорта и промишлеността.Ефективността на генерирането на чиста енергия на водородните горивни клетки е само около 50%, докато общата ефективност на комбинираната топлина и мощност може да достигне 85%. Докато водородните горивни клетки генерират електричество за сградите, отпадната топлина може да се оползотвори за отопление и топла вода.По отношение на транспортирането на водород до терминали за сгради, водородът може да се смеси с природен газ в съотношение по-малко от 20% с помощта на сравнително пълна домакинска тръбопроводна мрежа за природен газ и да се транспортира до хиляди домакинства.Изчислено е, че през 2050 г. 10% от глобалното отопление на сградите и 8% от енергията на сградите ще бъдат доставяни от водород, намалявайки емисиите на въглероден диоксид със 700 милиона тона годишно.
В областта на електроенергията, поради нестабилността на възобновяемата енергия, водородната енергия може да се превърне в нова форма на съхранение на енергия чрез преобразуване на електричество-водород-електричество.По време на периоди на ниско потребление на електроенергия водородът се произвежда чрез електролиза на вода с излишък от възобновяема енергия и се съхранява под формата на газообразни под високо налягане, течности с ниска температура, органични течни или твърди материали; по време на пикови периоди на потребление на електроенергия, съхраненият водород преминава през гориво Батериите или водородните турбинни агрегати генерират електричество, което се подава в обществената мрежа.Мащабът за съхранение на водородна енергия е по-голям, до 1 милион киловата, а времето за съхранение е по-дълго. Сезонното съхранение може да се реализира според разликата в изхода на слънчева енергия, вятърна енергия и водни ресурси.През август 2019 г. първият в моята страна проект за съхранение на водородна енергия с мегаватов мащаб стартира в Луан, провинция Анхуей, и беше успешно свързан към мрежата за производство на електроенергия през 2022 г.
В същото време електро-водородното свързване също ще играе важна роля в изграждането на модерна енергийна система в моята страна.
От гледна точка на чисти и нисковъглеродни емисии, широкомащабната електрификация е мощен инструмент за намаляване на въглеродните емисии в много области в моята страна, като например електрическите превозни средства в областта на транспорта, които заменят превозните средства с гориво, и електрическото отопление в областта на строителството, което заменя традиционното отопление с котли .Все още обаче има някои индустрии, при които е трудно да се постигне намаляване на въглеродните емисии чрез пряка електрификация. Най-трудните индустрии включват стомана, химикали, автомобилен транспорт, корабоплаване и авиация.Водородната енергия има двойните свойства на енергийно гориво и индустриална суровина и може да играе важна роля в гореспоменатите полета, които са трудни за дълбоко декарбонизиране.
От гледна точка на безопасността и ефективността, първо, водородната енергия може да насърчи развитието на по-висок дял от възобновяема енергия и ефективно да намали зависимостта на моята страна от вноса на нефт и газ; Регионалният баланс на доставките и потреблението на енергия в моята страна; освен това с намаляването на разходите за електроенергия от възобновяема енергия ще се подобри икономиката на зелената електроенергия и зелената водородна енергия и те ще бъдат широко приети и използвани от обществеността; водородната енергия и електричеството, като енергийни центрове, са повече. Лесно е да се свържат различни енергийни източници като топлинна енергия, студена енергия, гориво и т.н., за съвместно създаване на взаимосвързана модерна енергийна мрежа, образуване на силно устойчива система за енергийно снабдяване и подобряване на ефективността, икономичността и сигурността на системата за енергийни доставки.
Развитието на водородната енергийна индустрия в моята страна все още е изправено пред предизвикателства
Производството на евтин и с ниски емисии зелен водород е едно от важните предизвикателства пред водородната енергийна индустрия.Под предпоставката да не се добавят нови въглеродни емисии, решаването на проблема с източника на водород е предпоставката за развитието на водородната енергийна индустрия.Производството на водород от изкопаеми енергийни източници и производството на водород от промишлени странични продукти са зрели и рентабилни и ще останат основният източник на водород в краткосрочен план.Запасите от изкопаеми горива обаче са ограничени и все още има проблем с въглеродните емисии в процеса на производство на водород; производството на вторичен промишлен водород при производството е ограничено и радиационното разстояние на доставка е кратко.
В дългосрочен план производството на водород от водна електролиза е лесно за комбиниране с възобновяема енергия, има по-голям потенциал за мащаб, по-чисто е и по-устойчиво и е най-потенциалният метод за снабдяване с зелен водород.Понастоящем технологията за алкална електролиза в моята страна е близка до международното ниво и е основната технология в областта на търговската електролиза, но има ограничено място за намаляване на разходите в бъдеще.Електролизата на вода с протонна обменна мембрана за производство на водород в момента е скъпа и степента на локализация на ключови устройства се увеличава от година на година.Електролизата на твърд оксид е близо до комерсиализация в международен план, но все още е в етап на наваксване в страната.
Системата за доставка на веригата за водородна енергия в моята страна все още не е завършена и все още има празнина между широкомащабни търговски приложения.Повече от 200 станции за хидрогениране са построени в моята страна, повечето от които са станции за хидрогениране на газ 35MPa, а станциите за хидрогениране на газ с високо налягане 70MPa с по-голям капацитет за съхранение на водород представляват малка част.Липса на опит в изграждането и експлоатацията на станции за зареждане с течен водород и интегрирани станции за производство и хидрогениране на водород.Понастоящем транспортирането на водород се основава главно на транспортиране с ремаркета с дълги тръби под високо налягане, а тръбопроводният транспорт все още е слабо място.В момента пробегът на тръбопроводите за водород е около 400 километра, а използваните тръбопроводи са само около 100 километра.Тръбопроводният транспорт също е изправен пред възможността от водородна крехкост, причинена от изтичане на водород. В бъдеще все още е необходимо допълнително да се подобрят химичните и механичните свойства на тръбопроводните материали.Постигнат е значителен напредък в технологията за съхранение на течен водород и технологията за съхранение на водород с метален хидрид, но балансът между плътността на съхранение на водорода, безопасността и цената не е разрешен и все още има известна празнина между широкомащабните търговски приложения.
Системата за специализирана политика и механизмът за координация и сътрудничество между отделите и много области все още не са съвършени.„Средносрочният и дългосрочен план за развитие на водородната енергийна индустрия (2021-2035 г.)“ е първият план за развитие на водородната енергетика на национално ниво, но специалният план и системата от политики все още трябва да бъдат подобрени. В бъдеще е необходимо допълнително изясняване на посоката, целите и приоритетите на индустриалното развитие.Веригата на водородната енергийна индустрия включва различни технологии и индустриални области. Понастоящем все още има проблеми като недостатъчно междудисциплинарно сътрудничество и недостатъчен механизъм за междуведомствена координация.Например изграждането на станции за зареждане с водород изисква сътрудничество между различни отдели като капитал, технология, инфраструктура и контрол на опасни химикали. В момента има проблеми като неясни компетентни органи, трудности при одобрение, а свойствата на водорода все още са само опасни химикали, което представлява сериозна заплаха за развитието на индустрията. големи ограничения.
Ние вярваме, че технологията, платформите и талантите са точките на растеж в подкрепа на развитието на водородната енергийна индустрия в моята страна.
На първо място, необходимо е непрекъснато да се подобрява нивото на основните основни технологии.Технологичните иновации са в основата на развитието на водородната енергийна индустрия.В бъдеще моята страна ще продължи да насърчава изследванията и развитието на ключови основни технологии в производството, съхранението, транспортирането и прилагането на екологична и нисковъглеродна водородна енергия.Ускорете технологичните иновации на горивните клетки с протонна обменна мембрана, разработете ключови материали, подобрете основните показатели за ефективност и капацитета за масово производство и продължете да подобрявате надеждността, стабилността и издръжливостта на горивните клетки.Ще бъдат положени усилия за насърчаване на научноизследователската и развойната дейност и производството на основни компоненти и ключово оборудване.Ускорете подобряването на ефективността на преобразуване на производството на водород от възобновяема енергия и мащаба на производството на водород с едно устройство и направете пробиви в ключови основни технологии във връзката на инфраструктурата за водородна енергия.Продължете да провеждате изследвания върху основните закони на безопасността на водородната енергия.Продължете да популяризирате усъвършенствани водородни енергийни технологии, ключово оборудване, демонстрационни приложения и индустриализация на основни продукти и изградете висококачествена технологична система за развитие на водородната енергийна индустрия.
Второ, трябва да се съсредоточим върху изграждането на платформа за подкрепа на индустриалните иновации.Развитието на индустрията за водородна енергия трябва да се съсредоточи върху ключови области и ключови връзки и да изгради многостепенна и диверсифицирана платформа за иновации.Подкрепете университети, изследователски институти и предприятия за ускоряване на изграждането на ключови лаборатории и авангардни платформи за кръстосани изследвания и извършвайте основни изследвания на приложенията на водородната енергия и авангардни технологични изследвания.В началото на 2022 г. Националната комисия за развитие и реформи и Министерството на образованието издадоха „Одобрение на доклада за проучване на осъществимостта на проекта за иновационна платформа за национална технологична индустрия за съхранение на енергия в индустрията и образованието на North China Electric Power University“, Севернокитайския университет Проект за иновационна платформа за интеграция на индустрията и образованието на Националния университет за електроенергия. Той беше официално одобрен и стана първата група колежи и университети, които „командват“.Впоследствие беше официално създаден Центърът за иновации на технологиите за водородна енергия на Севернокитайския електроенергетичен университет.Иновационната платформа и иновационният център се фокусират върху техническите изследвания в областта на електрохимичното съхранение на енергия, водородната енергия и технологията за нейното приложение в електрическата мрежа и активно насърчават развитието на националната водородна енергийна индустрия.
Трето, необходимо е да се насърчи изграждането на екип от специалисти по водородна енергия.Технологичното ниво и мащабът на водородната енергийна индустрия продължават да правят пробиви. Водородната енергийна индустрия обаче е изправена пред голяма празнина в екипа с таланти, особено сериозния недостиг на иновативни таланти на високо ниво.Преди няколко дни специалността „Водородна енергийна наука и инженерство“, обявена от North China Electric Power University, беше официално включена в каталога на бакалавърските специалности в обикновените колежи и университети, а дисциплината „Водородна енергийна наука и инженерство“ беше включена в нов интердисциплинарен предмет.Тази дисциплина ще вземе енергийно инженерство, инженерна термофизика, химическо инженерство и други дисциплини като сцепление, органично интегриране на производство на водород, съхранение и транспортиране на водород, водородна безопасност, водородна енергия и други модулни курсове за водородна енергия и провеждане на всестранни интердисциплинарни основни и приложни изследвания. Той ще осигури благоприятна подкрепа за таланти за реализиране на безопасен преход на енергийната структура на моята страна, както и развитието на водородната енергийна индустрия и енергийната индустрия на моята страна.
Време на публикуване: 16 май 2022 г