[Abstracto]La energía del hidrógeno es un tipo de energía secundaria con fuentes abundantes, verdes y bajas en carbono, y de amplia aplicación. Puede ayudar al consumo a gran escala de energía renovable, lograr una reducción a gran escala de los picos de la red eléctrica y el almacenamiento de energía en todas las estaciones y regiones, y acelerar la promoción de la industria, la construcción, el transporte y otros campos de bajas emisiones de carbono.Mi país tiene una buena base para la producción de hidrógeno y un mercado de aplicaciones a gran escala, y tiene importantes ventajas en el desarrollo de la energía del hidrógeno.Acelerar el desarrollo de la industria de la energía del hidrógeno es un camino importante para ayudar a mi país a alcanzar el objetivo de la neutralización de carbono.Hace unos días, la Comisión Nacional de Desarrollo y Reforma y la Administración Nacional de Energía emitieron conjuntamente el “Plan de Mediano y Largo Plazo para el Desarrollo de la Industria Energética del Hidrógeno (2021-2035)”.El desarrollo y utilización de la energía del hidrógeno está desencadenando una profunda revolución energética. La energía del hidrógeno se ha convertido en un nuevo código para resolver la crisis energética y construir un sistema energético moderno limpio, bajo en carbono, seguro y eficiente.
La crisis energética ha abierto el camino a la exploración del desarrollo y utilización de la energía del hidrógeno.
La energía del hidrógeno como energía alternativa entró en el campo de visión de la gente desde los años 70.En ese momento, la guerra en Medio Oriente desencadenó una crisis mundial del petróleo. Para deshacerse de la dependencia del petróleo importado, Estados Unidos propuso por primera vez el concepto de "economía del hidrógeno", argumentando que en el futuro, el hidrógeno podría reemplazar al petróleo y convertirse en la principal energía que sustenta el transporte mundial.De 1960 a 2000, la pila de combustible, una herramienta importante para la utilización de la energía del hidrógeno, se desarrolló rápidamente, y su aplicación en el sector aeroespacial, la generación de energía y el transporte ha demostrado plenamente la viabilidad de la energía del hidrógeno como fuente de energía secundaria.La industria de la energía del hidrógeno entró en su punto más bajo alrededor de 2010.Pero el lanzamiento del “futuro” vehículo de pila de combustible de Toyota en 2014 provocó otro auge del hidrógeno.Posteriormente, muchos países han lanzado sucesivamente rutas estratégicas para el desarrollo de la energía del hidrógeno, centrándose principalmente en la generación de energía y el transporte para promover el desarrollo de las industrias de la energía del hidrógeno y las pilas de combustible; la UE publicó la Estrategia de Energía del Hidrógeno de la UE en 2020, con el objetivo de promover la energía del hidrógeno en la industria, el transporte, la generación de energía y otras aplicaciones en todos los campos; En 2020, Estados Unidos publicó el “Plan de Desarrollo del Plan de Energía del Hidrógeno”, formuló una serie de indicadores técnicos y económicos clave y esperaba convertirse en el líder del mercado en la cadena de la industria de la energía del hidrógeno.Hasta ahora, los países que representan el 75% de la economía mundial han lanzado políticas de desarrollo de la energía del hidrógeno para promover activamente el desarrollo de la energía del hidrógeno.
En comparación con los países desarrollados, la industria de la energía del hidrógeno de mi país se encuentra todavía en la etapa inicial de desarrollo.En los últimos años, mi país ha prestado más atención a la industria de la energía del hidrógeno.En marzo de 2019, la energía del hidrógeno se incluyó por primera vez en el “Informe de labor del gobierno”, acelerando la construcción de instalaciones como la carga y la hidrogenación en el dominio público; Incluido en la categoría de energía; En septiembre de 2020, cinco departamentos, incluidos el Ministerio de Finanzas y el Ministerio de Industria y Tecnología de la Información, llevarán a cabo conjuntamente la aplicación de demostración de vehículos de pila de combustible y recompensarán a las aglomeraciones urbanas elegibles por la industrialización y aplicaciones de demostración de tecnologías centrales clave de vehículos de pila de combustible. ;En octubre de 2021, el Comité Central del Partido Comunista de China y el Consejo de Estado emitieron las “Opiniones sobre la implementación con total precisión del nuevo concepto de desarrollo y la realización de un buen trabajo en la neutralización de carbono” para coordinar el desarrollo de toda la cadena de energía del hidrógeno. “producción-almacenamiento-transmisión-uso”; En marzo de 2022, la Comisión Nacional de Desarrollo y Reforma emitió el “Plan de Mediano y Largo Plazo para el Desarrollo de la Industria Energética del Hidrógeno (2021-2035)”, y la energía del hidrógeno fue identificada como una parte importante del futuro sistema energético nacional y una clave para lograr una transformación verde y con bajas emisiones de carbono de las terminales que utilizan energía. La industria de la energía del hidrógeno, un importante vector, ha sido identificada como una industria emergente estratégica y una dirección de desarrollo clave para la industria futura.
En los últimos años, la industria de la energía del hidrógeno de mi país se ha desarrollado rápidamente, cubriendo básicamente toda la cadena de producción, almacenamiento, transmisión y uso del hidrógeno.
La fase inicial de la cadena de la industria energética del hidrógeno es la producción de hidrógeno. Mi país es el mayor productor de hidrógeno del mundo, con una capacidad de producción de hidrógeno de aproximadamente 33 millones de toneladas.Según la intensidad de las emisiones de carbono del proceso de producción, el hidrógeno se divide en “hidrógeno gris”, “hidrógeno azul” e “hidrógeno verde”.El hidrógeno gris se refiere al hidrógeno producido al quemar combustibles fósiles y habrá muchas emisiones de dióxido de carbono durante el proceso de producción; el hidrógeno azul se basa en el hidrógeno gris, aplicando tecnología de captura y almacenamiento de carbono para lograr una producción de hidrógeno con bajas emisiones de carbono; El hidrógeno verde se produce mediante energía renovable, como la energía solar y la energía eólica, que se utiliza para electrolizar el agua para producir hidrógeno, y no hay emisiones de carbono en el proceso de producción de hidrógeno.En la actualidad, la producción de hidrógeno de mi país está dominada por la producción de hidrógeno a base de carbón, que representa alrededor del 80%.En el futuro, a medida que el costo de la generación de energía renovable siga disminuyendo, la proporción de hidrógeno verde aumentará año tras año y se espera que alcance el 70% en 2050.
La mitad de la cadena de la industria energética del hidrógeno es el almacenamiento y transporte de hidrógeno. La tecnología de transporte y almacenamiento de gas a alta presión se ha comercializado y es el método de transporte y almacenamiento de energía de hidrógeno más extendido.El remolque de tubo largo tiene una gran flexibilidad de transporte y es adecuado para el transporte de hidrógeno de pequeño volumen y distancias cortas; El almacenamiento de hidrógeno líquido y el almacenamiento de hidrógeno en estado sólido no requieren recipientes a presión y el transporte es conveniente, que es la dirección del almacenamiento y transporte de energía de hidrógeno a gran escala en el futuro.
El final de la cadena de la industria de la energía del hidrógeno es la aplicación integral del hidrógeno. Como materia prima industrial, el hidrógeno se puede utilizar ampliamente en los campos petrolero, químico, metalúrgico, electrónico, médico y otros. Además, el hidrógeno también se puede convertir en electricidad y calor mediante pilas de combustible de hidrógeno o motores de combustión interna de hidrógeno. , que puede abarcar todos los aspectos de la producción y la vida social.Para 2060, se espera que la demanda de energía de hidrógeno de mi país alcance los 130 millones de toneladas, de las cuales domina la demanda industrial, que representa alrededor del 60%, y el sector del transporte se expandirá al 31% año tras año.
El desarrollo y utilización de la energía del hidrógeno está desencadenando una profunda revolución energética.
La energía del hidrógeno tiene amplias perspectivas de aplicación en muchos campos como el transporte, la industria, la construcción y la electricidad.
En el ámbito del transporte, el transporte por carretera de larga distancia, los ferrocarriles, la aviación y el transporte marítimo consideran la energía del hidrógeno como uno de los combustibles importantes para reducir las emisiones de carbono.En este momento, mi país está dominado principalmente por autobuses y camiones pesados con pila de combustible de hidrógeno, cuyo número supera los 6.000.En términos de infraestructura de apoyo correspondiente, mi país ha construido más de 250 estaciones de servicio de hidrógeno, lo que representa alrededor del 40% del número mundial, ocupando el primer lugar en el mundo.Según los datos publicados por el Comité Organizador de los Juegos Olímpicos de Invierno de Beijing, estos Juegos Olímpicos de Invierno demostrarán el funcionamiento de más de 1.000 vehículos de pila de combustible de hidrógeno, equipados con más de 30 estaciones de repostaje de hidrógeno, que es la aplicación de demostración más grande de vehículos de pila de combustible en el mundo. mundo.
En la actualidad, el campo con mayor proporción de aplicación de energía de hidrógeno en mi país es el campo industrial.Además de sus propiedades energéticas como combustible, la energía del hidrógeno también es una importante materia prima industrial.El hidrógeno puede reemplazar al coque y al gas natural como agente reductor, lo que puede eliminar la mayoría de las emisiones de carbono en los procesos de fabricación de hierro y acero.El uso de energía renovable y electricidad para electrolizar agua para producir hidrógeno y luego sintetizar productos químicos como amoníaco y metanol conduce a una reducción sustancial de carbono y emisiones en la industria química.
La integración de la energía del hidrógeno y los edificios es un nuevo concepto de edificación verde que ha surgido en los últimos años.El campo de la construcción necesita consumir mucha energía eléctrica y térmica, y ha sido catalogado como los tres principales "hogares consumidores de energía" en mi país junto con el campo del transporte y el campo industrial.La eficiencia de generación de energía pura de las pilas de combustible de hidrógeno es sólo de alrededor del 50%, mientras que la eficiencia general del calor y la energía combinados puede alcanzar el 85%. Mientras que las pilas de combustible de hidrógeno generan electricidad para los edificios, el calor residual se puede recuperar para calefacción y agua caliente.En términos de transporte de hidrógeno a las terminales de edificios, el hidrógeno puede mezclarse con gas natural en una proporción inferior al 20% con la ayuda de una red doméstica de gasoductos relativamente completa y transportarse a miles de hogares.Se estima que en 2050, el 10% de la calefacción mundial de los edificios y el 8% de la energía de los edificios procederán del hidrógeno, lo que reducirá las emisiones de dióxido de carbono en 700 millones de toneladas al año.
En el campo de la electricidad, debido a la inestabilidad de las energías renovables, la energía del hidrógeno puede convertirse en una nueva forma de almacenamiento de energía mediante la conversión electricidad-hidrógeno-electricidad.Durante los períodos de bajo consumo de electricidad, el hidrógeno se produce electrolizando agua con excedentes de energía renovable y se almacena en forma de gas a alta presión, líquido de baja temperatura, líquido orgánico o materiales sólidos; Durante los períodos de mayor consumo de electricidad, el hidrógeno almacenado pasa a través de baterías de combustible o unidades de turbinas de hidrógeno para generar electricidad, que se inyecta a la red pública.La escala de almacenamiento de energía del hidrógeno es mayor, hasta 1 millón de kilovatios, y el tiempo de almacenamiento es más largo. El almacenamiento estacional se puede realizar según la diferencia de producción de la energía solar, la energía eólica y los recursos hídricos.En agosto de 2019, se lanzó en Lu'an, provincia de Anhui, el primer proyecto de almacenamiento de energía de hidrógeno a escala de megavatios de mi país, que se conectó con éxito a la red para generar energía en 2022.
Al mismo tiempo, el acoplamiento de electrohidrógeno también desempeñará un papel importante en la construcción de un sistema energético moderno en mi país.
Desde una perspectiva limpia y con bajas emisiones de carbono, la electrificación a gran escala es una herramienta poderosa para reducir las emisiones de carbono en muchos campos de mi país, como los vehículos eléctricos en el campo del transporte que reemplazan a los vehículos de combustible y la calefacción eléctrica en el campo de la construcción que reemplaza la calefacción por caldera tradicional. .Sin embargo, todavía hay algunas industrias a las que les resulta difícil lograr una reducción de carbono mediante la electrificación directa. Las industrias más difíciles incluyen la del acero, la química, el transporte por carretera, el transporte marítimo y la aviación.La energía del hidrógeno tiene la doble propiedad de combustible energético y materia prima industrial, y puede desempeñar un papel importante en los campos antes mencionados que son difíciles de descarbonizar profundamente.
Desde la perspectiva de la seguridad y la eficiencia, primero, la energía del hidrógeno puede promover el desarrollo de una mayor proporción de energía renovable y reducir efectivamente la dependencia de mi país de las importaciones de petróleo y gas; El equilibrio regional de la oferta y el consumo de energía en mi país; además, con la reducción del costo de la electricidad de las energías renovables, se mejorará la economía de la electricidad verde y la energía del hidrógeno verde, y serán ampliamente aceptadas y utilizadas por el público; La energía del hidrógeno y la electricidad, como centros energéticos, son más fáciles de acoplar varias fuentes de energía, como energía térmica, energía fría, combustible, etc., para establecer conjuntamente una red energética moderna interconectada, formar un sistema de suministro de energía altamente resistente y mejorar la eficiencia, economía y seguridad del sistema de suministro energético.
El desarrollo de la industria de la energía del hidrógeno de mi país aún enfrenta desafíos
La producción de hidrógeno verde de bajo costo y bajas emisiones es uno de los desafíos importantes que enfrenta la industria de la energía del hidrógeno.Bajo la premisa de no añadir nuevas emisiones de carbono, resolver el problema de la fuente de hidrógeno es la premisa del desarrollo de la industria energética del hidrógeno.La producción de hidrógeno mediante energía fósil y la producción de hidrógeno como subproducto industrial están maduras y son rentables, y seguirán siendo la principal fuente de hidrógeno en el corto plazo.Sin embargo, las reservas de energía fósil son limitadas y todavía existe un problema de emisiones de carbono en el proceso de producción de hidrógeno; la producción de hidrógeno como subproducto industrial es limitada y la distancia de radiación de suministro es corta.
A largo plazo, la producción de hidrógeno a partir de la electrólisis del agua es fácil de combinar con energía renovable, tiene un mayor potencial de escala, es más limpia y sostenible y es el método de suministro de hidrógeno verde con mayor potencial.En la actualidad, la tecnología de electrólisis alcalina de mi país está cerca del nivel internacional y es la tecnología principal en el campo de la electrólisis comercial, pero el margen para reducir costos en el futuro es limitado.La electrólisis del agua con membrana de intercambio de protones para la producción de hidrógeno es actualmente costosa y el grado de localización de los dispositivos clave aumenta año tras año.La electrólisis de óxidos sólidos está cerca de comercializarse a nivel internacional, pero aún se encuentra en la etapa de recuperación a nivel nacional.
El sistema de suministro de la cadena de la industria de la energía del hidrógeno de mi país aún no está completo y todavía existe una brecha entre las aplicaciones comerciales a gran escala.En mi país se han construido más de 200 estaciones de hidrogenación, la mayoría de las cuales son estaciones de hidrogenación gaseosa de 35 MPa, y las estaciones de hidrogenación gaseosa de alta presión de 70 MPa con mayor capacidad de almacenamiento de hidrógeno representan una pequeña proporción.Falta de experiencia en la construcción y operación de estaciones de repostaje de hidrógeno líquido y estaciones integradas de producción e hidrogenación de hidrógeno.En la actualidad, el transporte de hidrógeno se basa principalmente en el transporte de remolques de tubos largos gaseosos a alta presión, y el transporte por tuberías sigue siendo un punto débil.En la actualidad, el kilometraje de los ductos de hidrógeno es de unos 400 kilómetros y los ductos en uso son sólo de unos 100 kilómetros.El transporte por tuberías también enfrenta la posibilidad de fragilización del hidrógeno causada por el escape de hidrógeno. En el futuro, todavía será necesario mejorar aún más las propiedades químicas y mecánicas de los materiales de las tuberías.Se han logrado avances significativos en la tecnología de almacenamiento de hidrógeno líquido y en la tecnología de almacenamiento de hidrógeno con hidruro metálico, pero el equilibrio entre la densidad, la seguridad y el costo del almacenamiento de hidrógeno no se ha resuelto y todavía existe una cierta brecha entre las aplicaciones comerciales a gran escala.
El sistema de políticas especializadas y el mecanismo de coordinación y cooperación multidepartamental y multicampo aún no son perfectos.El “Plan de mediano y largo plazo para el desarrollo de la industria de la energía del hidrógeno (2021-2035)” es el primer plan de desarrollo de la energía del hidrógeno a nivel nacional, pero aún es necesario mejorar el plan especial y el sistema de políticas. En el futuro, es necesario aclarar aún más la dirección, los objetivos y las prioridades del desarrollo industrial.La cadena industrial de la energía del hidrógeno involucra una variedad de tecnologías y campos industriales. En la actualidad, todavía existen problemas como una cooperación interdisciplinaria insuficiente y un mecanismo de coordinación interdepartamental insuficiente.Por ejemplo, la construcción de estaciones de servicio de hidrógeno requiere cooperación multidepartamental, como capital, tecnología, infraestructura y control de productos químicos peligrosos. En la actualidad, existen problemas como la falta de claridad de las autoridades competentes, las dificultades de aprobación y las propiedades del hidrógeno siguen siendo sólo sustancias químicas peligrosas, lo que supone una grave amenaza para el desarrollo de la industria. grandes limitaciones.
Creemos que la tecnología, las plataformas y los talentos son los puntos de crecimiento para apoyar el desarrollo de la industria de la energía del hidrógeno en mi país.
En primer lugar, es necesario mejorar continuamente el nivel de las tecnologías centrales clave.La innovación tecnológica es el núcleo del desarrollo de la industria energética del hidrógeno.En el futuro, mi país seguirá promoviendo la investigación y el desarrollo de tecnologías centrales clave en la producción, almacenamiento, transporte y aplicación de energía de hidrógeno verde y baja en carbono.Acelerar la innovación tecnológica de las pilas de combustible de membrana de intercambio de protones, desarrollar materiales clave, mejorar los principales indicadores de rendimiento y la capacidad de producción en masa, y seguir mejorando la fiabilidad, estabilidad y durabilidad de las pilas de combustible.Se harán esfuerzos para promover la I+D y la fabricación de componentes centrales y equipos clave.Acelerar la mejora de la eficiencia de conversión de la producción de hidrógeno de las energías renovables y la escala de producción de hidrógeno mediante un solo dispositivo, y lograr avances en tecnologías centrales clave en el vínculo de la infraestructura de energía del hidrógeno.Continuar realizando investigaciones sobre las leyes básicas de la seguridad energética del hidrógeno.Continuar promoviendo la tecnología avanzada de energía del hidrógeno, equipos clave, aplicaciones de demostración y la industrialización de productos importantes, y construir un sistema de tecnología de desarrollo de alta calidad para la industria de la energía del hidrógeno.
En segundo lugar, debemos centrarnos en construir una plataforma de apoyo a la innovación industrial.El desarrollo de la industria de la energía del hidrógeno debe centrarse en áreas clave y vínculos clave, y construir una plataforma de innovación diversificada y de múltiples niveles.Apoyar a universidades, institutos de investigación y empresas para acelerar la construcción de laboratorios clave y plataformas de investigación cruzada de vanguardia, y llevar a cabo investigación básica sobre aplicaciones de energía del hidrógeno e investigación de tecnología de vanguardia.A principios de 2022, la Comisión Nacional de Desarrollo y Reforma y el Ministerio de Educación emitieron la “Aprobación del Informe del Estudio de Viabilidad sobre el Proyecto de Plataforma de Innovación de Integración Industria-Educación de Tecnología de Almacenamiento de Energía Nacional de la Universidad de Energía Eléctrica del Norte de China”, el Norte de China. Universidad de Energía Eléctrica Proyecto de Plataforma de Innovación de Integración Industria-Educación de Tecnología Nacional de Almacenamiento de Energía Fue aprobado oficialmente y se convirtió en el primer grupo de colegios y universidades en estar "al mando".Posteriormente, se estableció formalmente el Centro de Innovación de Tecnología de Energía de Hidrógeno de la Universidad de Energía Eléctrica del Norte de China.La plataforma de innovación y el centro de innovación se centran en la investigación técnica en los campos del almacenamiento de energía electroquímica, la energía del hidrógeno y su tecnología de aplicación en la red eléctrica, y promueven activamente el desarrollo de la industria nacional de la energía del hidrógeno.
En tercer lugar, es necesario impulsar la construcción de un equipo de profesionales de la energía del hidrógeno.El nivel tecnológico y la escala de la industria de la energía del hidrógeno han seguido logrando avances. Sin embargo, la industria de la energía del hidrógeno se enfrenta a una gran brecha en el equipo de talentos, especialmente a una grave escasez de talentos innovadores de alto nivel.Hace unos días, la especialización “Ciencia e Ingeniería de la Energía del Hidrógeno” declarada por la Universidad de Energía Eléctrica del Norte de China se incluyó oficialmente en el catálogo de carreras universitarias de colegios y universidades ordinarios, y la disciplina “Ciencia e Ingeniería de la Energía del Hidrógeno” se incluyó en el Nuevo tema interdisciplinario.Esta disciplina tomará ingeniería energética, ingeniería termofísica, ingeniería química y otras disciplinas como tracción, integrará orgánicamente la producción de hidrógeno, el almacenamiento y transporte de hidrógeno, la seguridad del hidrógeno, la energía del hidrógeno y otros cursos de módulos de energía del hidrógeno, y llevará a cabo cursos básicos e interdisciplinarios integrales. investigación aplicada. Proporcionará un apoyo de talento favorable para lograr la transición segura de la estructura energética de mi país, así como el desarrollo de la industria de energía del hidrógeno y la industria energética de mi país.
Hora de publicación: 16 de mayo de 2022