Vodíková energie, nový kód moderního energetického systému

Vodíková energie je druh sekundární energie s bohatými zdroji, zeleným a nízkouhlíkovým a širokým uplatněním. Může pomoci rozsáhlé spotřebě energie z obnovitelných zdrojů, realizovat rozsáhlou špičku v energetických sítích a mezisezónní a meziregionální skladování energie a urychlit podporu průmyslu, stavebnictví, nízké karbonizace v dopravě a dalších oblastech.moje země má dobré základy pro výrobu vodíku a trh s rozsáhlými aplikacemi a má významné výhody v rozvoji vodíkové energie.Urychlení rozvoje odvětví vodíkové energie je důležitou cestou, jak mé zemi pomoci dosáhnout cíle neutralizace uhlíku.Národní rozvojová a reformní komise a Národní energetická správa před několika dny společně vydaly „Střednědobý a dlouhodobý plán rozvoje vodíkové energetiky (2021-2035)“.Rozvoj a využití vodíkové energie spouští hlubokou energetickou revoluci. Vodíková energie se stala novým kódem pro překonání energetické krize a vybudování čistého, nízkouhlíkového, bezpečného a účinného moderního energetického systému.

Energetická krize otevřela cestu zkoumání vývoje a využití vodíkové energie.

Vodíková energie jako alternativní energie vstoupila do zorného pole lidí, což lze vysledovat až do 70. let minulého století.Tehdy válka na Blízkém východě odstartovala globální ropnou krizi. Aby se Spojené státy zbavily závislosti na dovážené ropě, nejprve navrhly koncept „vodíkové ekonomiky“ s tím, že v budoucnu by vodík mohl nahradit ropu a stát se hlavní energií podporující globální dopravu.Od roku 1960 do roku 2000 se rychle rozvíjel palivový článek, důležitý nástroj pro využití vodíkové energie, a jeho aplikace v letectví, výrobě energie a dopravě plně prokázala proveditelnost vodíkové energie jako sekundárního zdroje energie.Vodíkový energetický průmysl vstoupil kolem roku 2010 na dno.Ale uvedení „budoucího“ vozu Toyota s palivovými články v roce 2014 vyvolalo další vodíkový boom.Následně mnoho zemí postupně uvolnilo strategické cesty pro rozvoj vodíkové energie, zejména se zaměřením na výrobu energie a dopravu na podporu rozvoje vodíkové energie a průmyslu palivových článků; EU v roce 2020 zveřejnila strategii EU pro vodíkovou energii, jejímž cílem je podporovat vodíkovou energii v průmyslu, dopravě, výrobě energie a dalších aplikacích ve všech oblastech; v roce 2020 Spojené státy vydaly „Plán rozvoje vodíkové energie“, který formuloval řadu klíčových technických a ekonomických ukazatelů a očekává se, že se stanou lídrem na trhu v řetězci vodíkové energetiky.Dosud země, které představují 75 % celosvětové ekonomiky, zahájily politiky rozvoje vodíkové energie, aby aktivně podporovaly rozvoj vodíkové energie.

Ve srovnání s rozvinutými zeměmi je průmysl vodíkové energie v mé zemi stále v počáteční fázi rozvoje.V posledních letech moje země věnovala více pozornosti vodíkovému energetickému průmyslu.V březnu 2019 byla vodíková energie poprvé zapsána do „Vládní pracovní zprávy“, což urychlilo výstavbu zařízení, jako je nabíjení a hydrogenace ve veřejné doméně; Zařazeno v energetické kategorii; v září 2020 pět odborů včetně ministerstva financí, ministerstva průmyslu a informačních technologií společně provede demonstrační aplikaci vozidel s palivovými články a odmění způsobilé městské aglomerace za industrializaci a demonstrační aplikace klíčových klíčových technologií vozidel s palivovými články ;V říjnu 2021 vydaly Ústřední výbor Komunistické strany Číny a Státní rada „Názory na zcela přesné zavádění nové koncepce rozvoje a odvádění dobré práce při neutralizaci uhlíku“, aby koordinovaly rozvoj celého řetězce vodíkové energie. „výroba-skladování-přenos-použití“; V březnu 2022 vydala Národní rozvojová a reformní komise „Střednědobý a dlouhodobý plán rozvoje průmyslu vodíkové energetiky (2021-2035)“ a vodíková energie byla identifikována jako důležitá součást budoucího národního energetického systému. klíč k realizaci zelené a nízkouhlíkové transformace terminálů využívajících energii. Vodíkový energetický průmysl je důležitým nositelem a byl identifikován jako strategické nově vznikající odvětví a klíčový směr rozvoje budoucího průmyslu.

V posledních letech se průmysl vodíkové energie v mé zemi rychle rozvinul a v podstatě pokrývá celý řetězec výroby vodíku – skladování – přenos – použití.

Na začátku řetězce vodíkového energetického průmyslu je výroba vodíku. moje země je největším světovým výrobcem vodíku s kapacitou výroby vodíku asi 33 milionů tun.Podle intenzity emisí uhlíku ve výrobním procesu se vodík dělí na „šedý vodík“, „modrý vodík“ a „zelený vodík“.Šedý vodík označuje vodík produkovaný spalováním fosilních paliv a během výrobního procesu bude vznikat velké množství emisí oxidu uhličitého; modrý vodík je založen na šedém vodíku a využívá technologii zachycování a ukládání uhlíku k dosažení nízkouhlíkové výroby vodíku; zelený vodík je produkován Obnovitelná energie, jako je solární energie a větrná energie, se používá k elektrolýze vody k výrobě vodíku a v procesu výroby vodíku nedochází k žádným emisím uhlíku.V současnosti ve výrobě vodíku v mé zemi převažuje výroba vodíku na bázi uhlí, která představuje asi 80 %.V budoucnu, jak budou náklady na výrobu energie z obnovitelných zdrojů nadále klesat, se bude podíl zeleného vodíku rok od roku zvyšovat a očekává se, že v roce 2050 dosáhne 70 %.

Středním proudem řetězce vodíkového energetického průmyslu je skladování a přeprava vodíku. Technologie vysokotlakého skladování a přepravy plynů byla komercializována a je nejrozsáhlejším způsobem skladování a přepravy vodíkové energie.Přívěs s dlouhými trubkami má vysokou přepravní flexibilitu a je vhodný pro maloobjemovou přepravu vodíku na krátké vzdálenosti; skladování kapalného vodíku a skladování vodíku v pevném skupenství nevyžadují tlakové nádoby a přeprava je pohodlná, což je směr skladování a přepravy vodíkové energie v budoucnu ve velkém měřítku.

Po proudu vodíkového energetického průmyslového řetězce je komplexní aplikace vodíku. Jako průmyslová surovina může být vodík široce používán v ropě, chemii, metalurgii, elektronice, lékařství a dalších oborech. Kromě toho lze vodík přeměnit na elektřinu a teplo také prostřednictvím vodíkových palivových článků nebo vodíkových spalovacích motorů. , která může pokrýt všechny aspekty společenské produkce a života.Do roku 2060 se očekává, že poptávka po vodíkové energii v mé zemi dosáhne 130 milionů tun, z čehož dominuje průmyslová poptávka, která představuje asi 60 %, a sektor dopravy se bude rok od roku rozšiřovat na 31 %.

Rozvoj a využití vodíkové energie spouští hlubokou energetickou revoluci.

Vodíková energie má široké uplatnění v mnoha oblastech, jako je doprava, průmysl, stavebnictví a elektřina.

V oblasti dopravy, dálkové silniční dopravy, železnice, letectví a lodní dopravy je vodíková energie považována za jedno z důležitých paliv pro snižování uhlíkových emisí.V této fázi mé zemi dominují hlavně autobusy na vodíkové palivové články a těžká nákladní vozidla, jejichž počet přesahuje 6 000.Pokud jde o odpovídající podpůrnou infrastrukturu, moje země vybudovala více než 250 vodíkových čerpacích stanic, což představuje asi 40 % celosvětového počtu a je na prvním místě na světě.Podle údajů zveřejněných Organizačním výborem zimních olympijských her v Pekingu bude tato zimní olympiáda demonstrovat provoz více než 1000 vozidel na vodíkové palivové články vybavených více než 30 čerpacími stanicemi na vodík, což je největší demonstrační aplikace vozidel s palivovými články v svět.

V současné době je oblastí s největším podílem využití vodíkové energie v mé zemi průmyslová oblast.Vodíková energie je kromě svých energetických palivových vlastností také důležitou průmyslovou surovinou.Vodík může nahradit koks a zemní plyn jako redukční činidlo, které může eliminovat většinu emisí uhlíku v procesech výroby železa a oceli.Využití obnovitelné energie a elektřiny k elektrolýze vody k výrobě vodíku a následné syntéze chemických produktů, jako je čpavek a metanol, přispívá k podstatnému snížení uhlíku a emisí v chemickém průmyslu.

Integrace vodíkové energie a budov je nový koncept zelené budovy, který se objevil v posledních letech.Stavebnictví potřebuje spotřebovat hodně elektrické energie a tepelné energie a bylo v mé zemi uvedeno jako tři hlavní „domácnosti spotřebovávající energii“ spolu s oblastí dopravy a průmyslem.Účinnost výroby čisté energie vodíkových palivových článků je pouze asi 50 %, zatímco celková účinnost kombinované výroby tepla a elektřiny může dosáhnout 85 %. Zatímco vodíkové palivové články vyrábějí elektřinu pro budovy, odpadní teplo lze využít pro vytápění a ohřev vody.Pokud jde o dopravu vodíku do terminálů budov, lze vodík smíchat se zemním plynem v podílu menším než 20 % pomocí relativně kompletní domácí sítě plynovodů a dopravit jej do tisíců domácností.Odhaduje se, že v roce 2050 bude 10 % celosvětového vytápění budov a 8 % energie budov zásobováno vodíkem, čímž se sníží emise oxidu uhličitého o 700 milionů tun ročně.

V oblasti elektřiny se díky nestabilitě obnovitelné energie může vodíková energie stát novou formou skladování energie prostřednictvím přeměny elektřiny-vodík-elektřina.V období nízké spotřeby elektřiny se vodík vyrábí elektrolýzou vody s přebytkem obnovitelné energie a skladuje se ve formě vysokotlakých plynných, nízkoteplotních kapalných, organických kapalných nebo pevných materiálů; ve špičkách spotřeby elektřiny je uložený vodík veden palivem. Baterie nebo jednotky vodíkové turbíny vyrábějí elektřinu, která je dodávána do veřejné sítě.Rozsah skladování vodíkové energie je větší, až 1 milion kilowattů, a doba skladování je delší. Sezónní skladování lze realizovat podle rozdílu výkonu solární energie, větrné energie a vodních zdrojů.V srpnu 2019 byl v Lu'anu v provincii Anhui zahájen první projekt ukládání vodíkové energie v megawattovém měřítku v mé zemi a v roce 2022 byl úspěšně připojen k síti pro výrobu elektřiny.

Současně bude elektro-vodíková vazba také hrát důležitou roli při budování moderního energetického systému v mé zemi.

Z čistého a nízkouhlíkového hlediska je rozsáhlá elektrifikace účinným nástrojem pro snižování uhlíku v mnoha oblastech v mé zemi, jako jsou elektrická vozidla v oblasti dopravy nahrazující vozidla na pohon paliva a elektrické vytápění v oblasti stavebnictví nahrazující tradiční vytápění kotlem. .Stále však existují některá odvětví, ve kterých je obtížné dosáhnout snížení uhlíku prostřednictvím přímé elektrifikace. Mezi nejobtížnější odvětví patří ocelářství, chemie, silniční doprava, lodní doprava a letectví.Vodíková energie má dvojí vlastnosti energetického paliva a průmyslové suroviny a může hrát důležitou roli ve výše uvedených oblastech, které je obtížné hluboce dekarbonizovat.

Z hlediska bezpečnosti a účinnosti může vodíková energie za prvé podpořit rozvoj vyššího podílu obnovitelné energie a účinně snížit závislost mé země na dovozu ropy a plynu; Regionální rovnováha dodávek a spotřeby energie v mé zemi; se snížením nákladů na elektřinu z obnovitelných zdrojů se navíc zlepší ekonomika zelené elektřiny a zelené vodíkové energie, které budou široce přijímány a využívány veřejností; vodíková energie a elektřina jako energetické uzly jsou více Je snadné propojit různé zdroje energie, jako je tepelná energie, studená energie, palivo atd., společně vytvořit propojenou moderní energetickou síť, vytvořit vysoce odolný systém dodávek energie a zlepšit účinnost, hospodárnost a bezpečnost systému dodávek energie.

Rozvoj vodíkového energetického průmyslu mé země stále čelí výzvám

Výroba levného a nízkoemisního zeleného vodíku je jednou z důležitých výzev, kterým čelí průmysl vodíkové energetiky.Za předpokladu nepřidávat nové uhlíkové emise je řešení problému zdroje vodíku předpokladem rozvoje vodíkového energetického průmyslu.Výroba vodíku z fosilní energie a výroba vodíku jako vedlejšího průmyslového produktu jsou vyspělé a nákladově efektivní a v krátkodobém horizontu zůstanou hlavním zdrojem vodíku.Zásoby fosilní energie jsou však omezené a v procesu výroby vodíku stále existuje problém s emisemi uhlíku; produkce průmyslového vedlejšího produktu vodíku je omezená a radiační vzdálenost dodávky je krátká.

Z dlouhodobého hlediska je výroba vodíku z elektrolýzy vody snadno kombinovatelná s obnovitelnými zdroji energie, má větší potenciál v měřítku, je čistší a udržitelnější a je nejpotenciálnějším způsobem dodávky zeleného vodíku.V současné době je technologie alkalické elektrolýzy v mé zemi blízká mezinárodní úrovni a je hlavní technologií v oblasti komerční elektrolýzy, ale prostor pro snižování nákladů v budoucnu je omezený.Elektrolýza vody pro výrobu vodíku pomocí protonové výměnné membrány je v současnosti nákladná a stupeň lokalizace klíčových zařízení se rok od roku zvyšuje.Elektrolýza pevných oxidů se v mezinárodním měřítku blíží komerčnímu využití, ale v tuzemsku je stále ve fázi dohánění.

dodavatelský systém vodíkového energetického řetězce v mé zemi ještě není dokončen a stále existuje mezera mezi rozsáhlými komerčními aplikacemi.V mé zemi bylo postaveno více než 200 hydrogenačních stanic, z nichž většinu tvoří 35MPa plynové hydrogenační stanice a malý podíl tvoří vysokotlaké plynové hydrogenační stanice 70MPa s větší kapacitou skladování vodíku.Nedostatek zkušeností s výstavbou a provozem čerpacích stanic na kapalný vodík a integrovaných stanic na výrobu a hydrogenaci vodíku.V současné době je přeprava vodíku založena především na vysokotlaké plynové dlouhotrubkové přepravě návěsem a potrubní přeprava je stále slabým místem.V současné době je kilometráž vodíkových potrubí asi 400 kilometrů a potrubí v provozu jen asi 100 kilometrů.Potrubní doprava také čelí možnosti vodíkového křehnutí způsobeného únikem vodíku. Do budoucna je stále nutné dále zlepšovat chemické a mechanické vlastnosti potrubních materiálů.Významného pokroku bylo dosaženo v technologii skladování kapalného vodíku a technologii skladování vodíku na bázi metalhydridu, ale rovnováha mezi hustotou skladování vodíku, bezpečností a cenou nebyla vyřešena a stále existuje určitá mezera mezi komerčními aplikacemi ve velkém měřítku.

Specializovaný politický systém a víceodborový a víceoborový mechanismus koordinace a spolupráce ještě nejsou dokonalé.„Střednědobý a dlouhodobý plán rozvoje vodíkového energetického průmyslu (2021-2035)“ je prvním plánem rozvoje vodíkové energie na národní úrovni, ale speciální plán a systém politik je ještě třeba zlepšit. Do budoucna je nutné dále ujasnit směr, cíle a priority průmyslového rozvoje.Vodíkový energetický průmyslový řetězec zahrnuje různé technologie a průmyslové obory. V současnosti přetrvávají problémy jako nedostatečná mezioborová spolupráce a nedostatečný mezirezortní koordinační mechanismus.Například výstavba vodíkových čerpacích stanic vyžaduje spolupráci více oddělení, jako je kapitál, technologie, infrastruktura a kontrola nebezpečných chemikálií. V současnosti existují problémy jako nejasné kompetentní orgány, potíže se schvalováním a vlastnosti vodíku jsou stále pouze nebezpečné chemikálie, což představuje vážnou hrozbu pro rozvoj průmyslu. velká omezení.

Věříme, že technologie, platformy a talenty jsou body růstu na podporu rozvoje vodíkového energetického průmyslu mé země.

V první řadě je nutné neustále zlepšovat úroveň klíčových klíčových technologií.Technologické inovace jsou jádrem rozvoje vodíkového energetického průmyslu.V budoucnu bude moje země nadále podporovat výzkum a vývoj klíčových klíčových technologií při výrobě, skladování, přepravě a používání zelené a nízkouhlíkové vodíkové energie.Urychlit technologické inovace palivových článků s protonovou výměnnou membránou, vyvinout klíčové materiály, zlepšit hlavní výkonnostní ukazatele a kapacitu hromadné výroby a pokračovat ve zlepšování spolehlivosti, stability a životnosti palivových článků.Bude vynaloženo úsilí na podporu výzkumu a vývoje a výroby základních součástí a klíčového vybavení.Urychlit zlepšení účinnosti konverze výroby vodíku u obnovitelné energie a rozsahu výroby vodíku pomocí jediného zařízení a učinit průlom v klíčových klíčových technologiích v propojení infrastruktury vodíkové energie.Pokračovat ve výzkumu základních zákonů bezpečnosti vodíkové energie.Pokračovat v podpoře pokročilé technologie vodíkové energie, klíčových zařízení, demonstračních aplikací a industrializace hlavních produktů a vybudovat vysoce kvalitní systém vývojových technologií pro průmysl vodíkové energie.

Zadruhé se musíme zaměřit na vybudování platformy na podporu průmyslových inovací.Rozvoj vodíkového energetického průmyslu se musí zaměřit na klíčové oblasti a klíčové vazby a vybudovat víceúrovňovou a diverzifikovanou inovační platformu.Podporovat univerzity, výzkumné ústavy a podniky, aby urychlily výstavbu klíčových laboratoří a špičkových platforem pro křížový výzkum, a provádět základní výzkum aplikací vodíkové energie a výzkum špičkových technologií.Začátkem roku 2022 vydala Národní komise pro rozvoj a reformu a Ministerstvo školství „Schválení zprávy studie proveditelnosti projektu Národní inovační platforma pro integraci technologií skladování energie pro průmysl a vzdělávání North China Electric Power University“, North China Electric Power University National Energy Storage Technology Industry-Education Integration Innovation Platform Project Byla oficiálně schválena a stala se první skupinou vysokých škol a univerzit, které byly „ve velení“.Následně bylo formálně založeno North China Electric Power University Innovation Center Hydrogen Energy Technology Innovation Center.Inovační platforma a inovační centrum se zaměřuje na technický výzkum v oblasti elektrochemického skladování energie, vodíkové energie a její aplikační technologie v energetické síti a aktivně podporuje rozvoj národního průmyslu vodíkové energetiky.

Za třetí, je nutné podporovat vybudování týmu odborníků na vodíkovou energii.Technologická úroveň a rozsah vodíkového energetického průmyslu pokračovaly v průlomech. Vodíkový energetický průmysl se však potýká s velkou mezerou v týmu talentů, zejména s vážným nedostatkem inovativních talentů na vysoké úrovni.Před několika dny byl obor „Hydrogen Energy Science and Engineering“ deklarovaný North China Electric Power University oficiálně zařazen do katalogu vysokoškolských oborů na běžných vysokých školách a univerzitách a disciplína „Hydrogen Energy Science and Engineering“ byla zařazena do nový mezioborový předmět.Tato disciplína pojme energetiku, inženýrskou termofyziku, chemické inženýrství a další disciplíny jako trakci, organicky integruje výrobu vodíku, skladování a přepravu vodíku, vodíkovou bezpečnost, vodíkovou energii a další moduly vodíkové energie a bude provádět všestranné mezioborové základní a aplikovaný výzkum. Poskytne příznivou podporu talentů pro realizaci bezpečného přechodu energetické struktury mé země a také pro rozvoj vodíkového energetického průmyslu a energetického průmyslu mé země.