[Resum]L'energia de l'hidrogen és una mena d'energia secundària amb fonts abundants, verdes i baixes en carboni, i àmplia aplicació. Pot ajudar al consum a gran escala d'energies renovables, aconseguir una disminució màxima a gran escala de la xarxa elèctrica i l'emmagatzematge d'energia a través de les temporades i regions, i accelerar la promoció de la indústria, la construcció, el transport i altres camps de baix carboni.el meu país té una bona base per a la producció d'hidrogen i un mercat d'aplicacions a gran escala, i té avantatges significatius en el desenvolupament de l'energia d'hidrogen.Accelerar el desenvolupament de la indústria de l'energia de l'hidrogen és un camí important per ajudar el meu país a assolir l'objectiu de la neutralització de carboni.Fa uns dies, la Comissió Nacional de Desenvolupament i Reforma i l'Administració Nacional d'Energia van publicar conjuntament el "Pla a mitjà i llarg termini per al desenvolupament de la indústria energètica de l'hidrogen (2021-2035)".El desenvolupament i la utilització de l'energia de l'hidrogen està provocant una profunda revolució energètica. L'energia de l'hidrogen s'ha convertit en un nou codi per resoldre la crisi energètica i construir un sistema energètic modern net, baix en carboni, segur i eficient.
La crisi energètica ha obert el camí a l'exploració del desenvolupament i la utilització de l'energia de l'hidrogen.
L'energia de l'hidrogen com a energia alternativa va entrar en el camp de visió de les persones, que es remunta als anys setanta.En aquell moment, la guerra a l'Orient Mitjà va desencadenar una crisi mundial del petroli. Per desfer-se de la dependència del petroli importat, els Estats Units van proposar primer el concepte d'"economia de l'hidrogen", argumentant que en el futur, l'hidrogen podria substituir el petroli i convertir-se en la principal energia de suport al transport global.Entre 1960 i 2000, la pila de combustible, una eina important per a l'aprofitament de l'energia de l'hidrogen, es va desenvolupar ràpidament, i la seva aplicació en l'aeroespacial, la generació d'energia i el transport ha demostrat plenament la viabilitat de l'energia de l'hidrogen com a font d'energia secundària.La indústria de l'energia de l'hidrogen va entrar en un baix reflu cap al 2010.Però el llançament del "futur" vehicle de pila de combustible de Toyota el 2014 va provocar un altre boom de l'hidrogen.Posteriorment, molts països han llançat successivament rutes estratègiques per al desenvolupament de l'energia de l'hidrogen, centrant-se principalment en la generació d'energia i el transport per promoure el desenvolupament de l'energia d'hidrogen i les indústries de piles de combustible; la UE va publicar l'Estratègia de l'energia de l'hidrogen de la UE el 2020, amb l'objectiu de promoure l'energia de l'hidrogen a la indústria, el transport, la generació d'energia i altres aplicacions en tots els camps; el 2020, els Estats Units van publicar el "Pla de desenvolupament del pla energètic de l'hidrogen", van formular una sèrie d'indicadors tècnics i econòmics clau i s'esperava que es convertiria en el líder del mercat de la cadena de la indústria energètica de l'hidrogen.Fins ara, els països que representen el 75% de l'economia mundial han posat en marxa polítiques de desenvolupament de l'energia de l'hidrogen per promoure activament el desenvolupament de l'energia de l'hidrogen.
En comparació amb els països desenvolupats, la indústria energètica de l'hidrogen del meu país encara es troba en la fase inicial de desenvolupament.En els últims anys, el meu país ha prestat més atenció a la indústria de l'energia de l'hidrogen.El març de 2019, l'energia de l'hidrogen es va incloure per primera vegada a l'"Informe de treball del govern", accelerant la construcció d'instal·lacions com la càrrega i la hidrogenació de domini públic; Inclòs a la categoria d'energia; el setembre de 2020, cinc departaments, inclòs el Ministeri d'Hisenda, el Ministeri d'Indústria i Tecnologia de la Informació, realitzaran conjuntament l'aplicació demostrativa de vehicles de pila de combustible i premiaran les aglomeracions urbanes elegibles per a la industrialització i les aplicacions de demostració de les tecnologies bàsiques clau dels vehicles de pila de combustible. L'octubre de 2021, el Comitè Central del Partit Comunista de la Xina i el Consell d'Estat van emetre les "Opinions sobre la implementació completa del nou concepte de desenvolupament i fer una bona feina en neutralització de carboni" per coordinar el desenvolupament de tota la cadena d'energia de l'hidrogen “producció-emmagatzematge-transmissió-ús”; El març de 2022, la Comissió Nacional de Desenvolupament i Reforma va publicar el "Pla a mitjà i llarg termini per al desenvolupament de la indústria de l'energia de l'hidrogen (2021-2035)", i l'energia de l'hidrogen es va identificar com una part important del futur sistema energètic nacional i una clau per aconseguir una transformació verda i baixa en carboni de terminals que consumeixen energia. Un transportista important, la indústria de l'energia de l'hidrogen s'ha identificat com una indústria emergent estratègica i una direcció clau de desenvolupament de la indústria futura.
En els darrers anys, la indústria energètica de l'hidrogen del meu país s'ha desenvolupat ràpidament, cobrint bàsicament tota la cadena de producció, emmagatzematge, transmissió i ús d'hidrogen.
L'aigua amunt de la cadena de la indústria energètica de l'hidrogen és la producció d'hidrogen. el meu país és el major productor d'hidrogen del món, amb una capacitat de producció d'hidrogen d'uns 33 milions de tones.Segons la intensitat d'emissió de carboni del procés de producció, l'hidrogen es divideix en "hidrogen gris", "hidrogen blau" i "hidrogen verd".L'hidrogen gris fa referència a l'hidrogen produït per la combustió de combustibles fòssils, i hi haurà moltes emissions de diòxid de carboni durant el procés de producció; l'hidrogen blau es basa en l'hidrogen gris, aplicant tecnologia de captura i emmagatzematge de carboni per aconseguir una producció d'hidrogen baixa en carboni; L'hidrogen verd es produeix mitjançant energies renovables com l'energia solar i l'energia eòlica s'utilitza per electrolitzar l'aigua per produir hidrogen, i no hi ha emissió de carboni en el procés de producció d'hidrogen.Actualment, la producció d'hidrogen del meu país està dominada per la producció d'hidrogen a base de carbó, que representa al voltant del 80%.En el futur, a mesura que el cost de la generació d'energia renovable continua disminuint, la proporció d'hidrogen verd augmentarà any rere any i s'espera que arribi al 70% el 2050.
La part mitjana de la cadena de la indústria energètica de l'hidrogen és l'emmagatzematge i el transport d'hidrogen. La tecnologia d'emmagatzematge i transport de gasos a alta pressió s'ha comercialitzat i és el mètode d'emmagatzematge i transport d'energia d'hidrogen més extens.El remolc de tub llarg té una gran flexibilitat de transport i és adequat per al transport d'hidrogen a curta distància i de petit volum; L'emmagatzematge d'hidrogen líquid i l'emmagatzematge d'hidrogen en estat sòlid no requereixen recipients a pressió, i el transport és convenient, que és la direcció de l'emmagatzematge i el transport d'energia d'hidrogen a gran escala en el futur.
L'aigua avall de la cadena de la indústria energètica de l'hidrogen és l'aplicació integral de l'hidrogen. Com a matèria primera industrial, l'hidrogen es pot utilitzar àmpliament en el petroli, la química, la metal·lúrgia, l'electrònica, la medicina i altres camps. A més, l'hidrogen també es pot convertir en electricitat i calor mitjançant piles de combustible d'hidrogen o motors de combustió interna d'hidrogen. , que pot cobrir tots els aspectes de la producció i la vida social.L'any 2060, s'espera que la demanda d'energia d'hidrogen del meu país arribi als 130 milions de tones, de les quals predomina la demanda industrial, que representa al voltant del 60%, i el sector del transport s'ampliarà fins al 31% any rere any.
El desenvolupament i la utilització de l'energia de l'hidrogen està provocant una profunda revolució energètica.
L'energia de l'hidrogen té àmplies perspectives d'aplicació en molts camps com el transport, la indústria, la construcció i l'electricitat.
En el camp del transport, el transport per carretera de llarga distància, el ferrocarril, l'aviació i el transport marítim consideren l'energia de l'hidrogen com un dels combustibles importants per reduir les emissions de carboni.En aquesta etapa, el meu país està dominat principalment per autobusos de pila de combustible d'hidrogen i camions pesants, el nombre dels quals supera els 6.000.Pel que fa a la infraestructura de suport corresponent, el meu país ha construït més de 250 estacions d'abastiment d'hidrogen, que representen al voltant del 40% del nombre mundial, ocupant el primer lloc del món.Segons les dades publicades pel Comitè Organitzador dels Jocs Olímpics d'Hivern de Pequín, aquests Jocs Olímpics d'hivern demostraran el funcionament de més de 1.000 vehicles de piles de combustible d'hidrogen, equipats amb més de 30 estacions de reabastament d'hidrogen, que és l'aplicació de demostració més gran de vehicles de pila de combustible del món.
Actualment, el camp amb una proporció més gran d'aplicació d'energia d'hidrogen al meu país és el camp industrial.A més de les seves propietats de combustible energètic, l'energia de l'hidrogen també és una matèria primera industrial important.L'hidrogen pot substituir el coc i el gas natural com a agent reductor, que pot eliminar la majoria de les emissions de carboni en els processos de fabricació de ferro i acer.L'ús d'energies renovables i electricitat per electrolitzar l'aigua per produir hidrogen, i després sintetitzar productes químics com l'amoníac i el metanol, afavoreix una reducció substancial de carboni i una reducció d'emissions a la indústria química.
La integració de l'energia d'hidrogen i els edificis és un nou concepte d'edificació verda que ha sorgit en els últims anys.El camp de la construcció ha de consumir molta energia elèctrica i calor, i ha estat catalogat com les tres principals "llars consumidores d'energia" al meu país juntament amb el camp del transport i el camp industrial.L'eficiència de generació d'energia pura de les piles de combustible d'hidrogen és només al voltant del 50%, mentre que l'eficiència global de la calor i l'energia combinades pot arribar al 85%. Mentre que les piles de combustible d'hidrogen generen electricitat per als edificis, la calor residual es pot recuperar per a la calefacció i l'aigua calenta.Pel que fa al transport d'hidrogen a terminals d'edificis, l'hidrogen es pot barrejar amb gas natural en una proporció inferior al 20% amb l'ajuda d'una xarxa de gasoductes de gas natural relativament completa i transportat a milers de llars.S'estima que l'any 2050, el 10% de la calefacció global dels edificis i el 8% de l'energia dels edificis seran subministrats per hidrogen, la qual cosa reduirà les emissions de diòxid de carboni en 700 milions de tones anuals.
En el camp de l'electricitat, a causa de la inestabilitat de les energies renovables, l'energia de l'hidrogen pot esdevenir una nova forma d'emmagatzematge d'energia mitjançant la conversió electricitat-hidrogen-electricitat.Durant els períodes de baix consum elèctric, l'hidrogen es produeix electrolitzant l'aigua amb energia renovable excedentària, i s'emmagatzema en forma de materials gasosos a alta pressió, líquids a baixa temperatura, líquids orgànics o sòlids; durant els períodes punta de consum elèctric, l'hidrogen emmagatzemat passa a través del combustible. Les bateries o les turbines d'hidrogen generen electricitat, que s'alimenta a la xarxa pública.L'escala d'emmagatzematge d'energia d'hidrogen és més gran, fins a 1 milió de quilowatts i el temps d'emmagatzematge és més llarg. L'emmagatzematge estacional es pot realitzar segons la diferència de sortida d'energia solar, energia eòlica i recursos hídrics.L'agost de 2019, el primer projecte d'emmagatzematge d'energia d'hidrogen a escala de megawatts del meu país es va posar en marxa a Lu'an, província d'Anhui, i es va connectar amb èxit a la xarxa per a la generació d'energia el 2022.
Al mateix temps, l'acoblament electro-hidrogen també tindrà un paper important en la construcció d'un sistema energètic modern al meu país.
Des d'una perspectiva neta i amb baixes emissions de carboni, l'electrificació a gran escala és una eina poderosa per a la reducció de carboni en molts camps del meu país, com ara els vehicles elèctrics al camp del transport que substitueixen els vehicles de combustible i la calefacció elèctrica al camp de la construcció que substitueix la calefacció de caldera tradicional. .No obstant això, encara hi ha algunes indústries que són difícils d'aconseguir la reducció de carboni mitjançant l'electrificació directa. Les indústries més difícils inclouen l'acer, la química, el transport per carretera, el transport marítim i l'aviació.L'energia de l'hidrogen té les propietats duals del combustible energètic i de la matèria primera industrial, i pot tenir un paper important en els camps esmentats anteriorment que són difícils de descarbonitzar profundament.
Des de la perspectiva de la seguretat i l'eficiència, en primer lloc, l'energia d'hidrogen pot promoure el desenvolupament d'una major proporció d'energies renovables i reduir eficaçment la dependència del meu país de les importacions de petroli i gas; El balanç regional de subministrament i consum d'energia al meu país; a més, amb la reducció del cost elèctric de les energies renovables, es millorarà l'economia de l'electricitat verda i l'energia verda d'hidrogen, i seran àmpliament acceptades i utilitzades pel públic; L'energia de l'hidrogen i l'electricitat, com a centres energètics, són més fàcils d'acoblar diverses fonts d'energia com ara l'energia tèrmica, l'energia freda, el combustible, etc., per establir conjuntament una xarxa d'energia moderna interconnectada, formar un sistema de subministrament d'energia altament resistent i millorar l'eficiència, l'economia i la seguretat del sistema de subministrament energètic.
El desenvolupament de la indústria energètica de l'hidrogen del meu país encara té reptes
La producció d'hidrogen verd de baix cost i baixes emissions és un dels reptes importants als quals s'enfronta la indústria energètica de l'hidrogen.Sota la premissa de no afegir noves emissions de carboni, resoldre el problema de la font d'hidrogen és la premissa del desenvolupament de la indústria energètica de l'hidrogen.La producció d'hidrogen d'energia fòssil i la producció d'hidrogen de subproductes industrials són madures i rendibles, i seguiran sent la principal font d'hidrogen a curt termini.Tanmateix, les reserves d'energia fòssil són limitades, i encara hi ha un problema d'emissió de carboni en el procés de producció d'hidrogen; la producció de subproductes industrials, la producció d'hidrogen és limitada i la distància de radiació de subministrament és curta.
A la llarga, la producció d'hidrogen a partir de l'electròlisi de l'aigua és fàcil de combinar amb energia renovable, té un potencial d'escala més gran, és més neta i sostenible i és el mètode de subministrament d'hidrogen verd amb més potencial.En l'actualitat, la tecnologia d'electròlisi alcalina del meu país és a prop del nivell internacional i és la tecnologia principal en el camp de l'electròlisi comercial, però hi ha un marge limitat per a la reducció de costos en el futur.L'electròlisi de la membrana d'intercanvi de protons de l'aigua per a la producció d'hidrogen és actualment cara i el grau de localització dels dispositius clau augmenta any rere any.L'electròlisi d'òxid sòlid està a prop de la comercialització internacional, però encara es troba en fase de recuperació a nivell nacional.
El sistema de subministrament de la cadena de la indústria energètica de l'hidrogen del meu país encara no s'ha completat i encara hi ha una bretxa entre les aplicacions comercials a gran escala.Al meu país s'han construït més de 200 estacions d'hidrogenació, la majoria de les quals són estacions d'hidrogenació gasosa de 35 MPa, i les estacions d'hidrogenació gasosa d'alta pressió de 70 MPa amb una capacitat d'emmagatzematge d'hidrogen més gran representen una petita proporció.Manca d'experiència en la construcció i explotació d'estacions d'abastiment d'hidrogen líquid i estacions integrades de producció i hidrogenació d'hidrogen.Actualment, el transport d'hidrogen es basa principalment en el transport de remolcs de tubs llargs gasosos a alta pressió, i el transport per canonades encara és un punt feble.Actualment, el quilometratge de les canonades d'hidrogen és d'uns 400 quilòmetres i les canonades en ús són només uns 100 quilòmetres.El transport per canonades també s'enfronta a la possibilitat de fragilització de l'hidrogen causada per l'escapada d'hidrogen. En el futur, encara és necessari millorar encara més les propietats químiques i mecàniques dels materials de les canonades.S'han fet avenços significatius en la tecnologia d'emmagatzematge d'hidrogen líquid i en la tecnologia d'emmagatzematge d'hidrur metàl·lic, però l'equilibri entre la densitat d'emmagatzematge d'hidrogen, la seguretat i el cost no s'ha resolt, i encara hi ha una certa bretxa entre les aplicacions comercials a gran escala.
El sistema de polítiques especialitzades i el mecanisme de coordinació i cooperació multidepartamental i multicamp encara no són perfectes.El "Pla a mitjà i llarg termini per al desenvolupament de la indústria energètica de l'hidrogen (2021-2035)" és el primer pla de desenvolupament de l'energia d'hidrogen a nivell nacional, però encara cal millorar el pla especial i el sistema de polítiques. En el futur, cal aclarir encara més la direcció, els objectius i les prioritats del desenvolupament industrial.La cadena de la indústria energètica de l'hidrogen implica una varietat de tecnologies i camps industrials. En l'actualitat, encara hi ha problemes com ara una cooperació interdisciplinària insuficient i un mecanisme de coordinació interdepartamental insuficient.Per exemple, la construcció d'estacions de subministrament d'hidrogen requereix una cooperació multidepartamental, com ara el control de capital, tecnologia, infraestructures i productes químics perillosos. En l'actualitat, hi ha problemes com ara autoritats competents poc clares, dificultats per a l'aprovació i les propietats de l'hidrogen encara són només productes químics perillosos, la qual cosa suposa una amenaça greu per al desenvolupament de la indústria. grans limitacions.
Creiem que la tecnologia, les plataformes i els talents són els punts de creixement per donar suport al desenvolupament de la indústria energètica de l'hidrogen del meu país.
En primer lloc, cal millorar contínuament el nivell de tecnologies bàsiques clau.La innovació tecnològica és el nucli del desenvolupament de la indústria energètica de l'hidrogen.En el futur, el meu país seguirà promovent la investigació i el desenvolupament de tecnologies bàsiques clau en la producció, emmagatzematge, transport i aplicació d'energia d'hidrogen verda i baixa en carboni.Accelerar la innovació tecnològica de les piles de combustible de membrana d'intercanvi de protons, desenvolupar materials clau, millorar els principals indicadors de rendiment i la capacitat de producció en massa i continuar millorant la fiabilitat, l'estabilitat i la durabilitat de les piles de combustible.Es faran esforços per promoure la R+D i la fabricació de components bàsics i equips clau.Accelerar la millora de l'eficiència de conversió de la producció d'hidrogen de les energies renovables i l'escala de la producció d'hidrogen mitjançant un únic dispositiu, i fer avenços en tecnologies bàsiques clau en l'enllaç de la infraestructura energètica de l'hidrogen.Continuar investigant sobre les lleis bàsiques de seguretat energètica de l'hidrogen.Continuar promovent la tecnologia avançada d'energia d'hidrogen, equips clau, aplicacions de demostració i industrialització dels principals productes, i construir un sistema de tecnologia de desenvolupament d'alta qualitat per a la indústria de l'energia de l'hidrogen.
En segon lloc, hem de centrar-nos a construir una plataforma de suport a la innovació industrial.El desenvolupament de la indústria de l'energia de l'hidrogen s'ha de centrar en àrees clau i enllaços clau, i construir una plataforma d'innovació multinivell i diversificada.Donar suport a les universitats, instituts de recerca i empreses per accelerar la construcció de laboratoris clau i plataformes d'investigació creuades d'avantguarda, i dur a terme investigacions bàsiques sobre aplicacions de l'energia de l'hidrogen i investigació tecnològica d'avantguarda.A principis de 2022, la Comissió Nacional de Desenvolupament i Reforma i el Ministeri d'Educació van emetre l'"Aprovació de l'Informe de l'estudi de viabilitat sobre el projecte nacional de plataforma d'innovació per a la integració de la indústria i l'educació de la tecnologia d'emmagatzematge d'energia de la Universitat d'energia elèctrica del nord de la Xina", el nord de la Xina. Electric Power University National Energy Storage Technology Projecte de plataforma d'innovació per a la integració entre la indústria i l'educació Va ser aprovat oficialment i es va convertir en el primer grup de col·legis i universitats que van estar "al comandament".Posteriorment, es va establir formalment el Centre d'Innovació en Tecnologia d'Energia d'Hidrogen de la Universitat d'Energia Elèctrica de la Xina del Nord.La plataforma d'innovació i el centre d'innovació se centren en la investigació tècnica en els camps de l'emmagatzematge d'energia electroquímica, l'energia de l'hidrogen i la seva tecnologia d'aplicació a la xarxa elèctrica i promouen activament el desenvolupament de la indústria nacional de l'energia d'hidrogen.
En tercer lloc, cal impulsar la construcció d'un equip de professionals de l'energia de l'hidrogen.El nivell tecnològic i l'escala de la indústria de l'energia de l'hidrogen han continuat fent avenços. Tanmateix, la indústria de l'energia de l'hidrogen s'enfronta a una gran bretxa en l'equip de talent, especialment la greu escassetat de talents innovadors d'alt nivell.Fa uns dies, la titulació "Ciència i enginyeria de l'energia de l'hidrogen" declarada per la North China Electric Power University es va incloure oficialment al catàleg de titulacions de grau en col·legis i universitats ordinaris, i la disciplina "Ciència i enginyeria de l'energia de l'hidrogen" es va incloure a la nova assignatura interdisciplinària.Aquesta disciplina portarà a terme enginyeria de l'energia, enginyeria termofísica, enginyeria química i altres disciplines com la tracció, la integració orgànica de la producció d'hidrogen, l'emmagatzematge i el transport d'hidrogen, la seguretat de l'hidrogen, l'energia de l'hidrogen i altres mòduls d'energia d'hidrogen, i realitzarà cursos bàsics i interdisciplinaris complets. recerca aplicada. Proporcionarà un suport de talent favorable per dur a terme la transició segura de l'estructura energètica del meu país, així com el desenvolupament de la indústria de l'energia de l'hidrogen i la indústria energètica del meu país.
Hora de publicació: 16-mai-2022