[Abstrait]L'énergie hydrogène est une sorte d'énergie secondaire avec des sources abondantes, vertes et à faible teneur en carbone, et de larges applications. Il peut contribuer à la consommation à grande échelle d'énergie renouvelable, réaliser une réduction à grande échelle des pics du réseau électrique et du stockage d'énergie selon les saisons et les régions, et accélérer la promotion de l'industrie, de la construction, des transports et d'autres domaines à faible émission de carbone.La Chine dispose de bonnes bases pour la production d'hydrogène et d'un marché d'applications à grande échelle, et dispose d'avantages significatifs dans le développement de l'énergie hydrogène.Accélérer le développement de l'industrie de l'énergie hydrogène est une voie importante pour aider mon pays à atteindre l'objectif de neutralisation des émissions de carbone.Il y a quelques jours, la Commission nationale du développement et de la réforme et l'Administration nationale de l'énergie ont publié conjointement le « Plan à moyen et long terme pour le développement de l'industrie de l'énergie hydrogène (2021-2035) ».Le développement et l’utilisation de l’énergie hydrogène déclenche une profonde révolution énergétique. L’énergie hydrogène est devenue un nouveau code pour résoudre la crise énergétique et construire un système énergétique moderne propre, à faibles émissions de carbone, sûr et efficace.
La crise énergétique a ouvert la voie à l’exploration du développement et de l’utilisation de l’énergie hydrogène.
L’énergie hydrogène en tant qu’énergie alternative est entrée dans le champ de vision des gens depuis les années 1970.A cette époque, la guerre au Moyen-Orient déclenchait une crise pétrolière mondiale. Afin de se débarrasser de la dépendance à l’égard du pétrole importé, les États-Unis ont d’abord proposé le concept d’« économie de l’hydrogène », arguant qu’à l’avenir, l’hydrogène pourrait remplacer le pétrole et devenir la principale énergie nécessaire aux transports mondiaux.De 1960 à 2000, la pile à combustible, un outil important pour l'utilisation de l'énergie hydrogène, s'est développée rapidement et son application dans l'aérospatiale, la production d'électricité et les transports a pleinement prouvé la faisabilité de l'énergie hydrogène comme source d'énergie secondaire.L’industrie de l’énergie hydrogène est entrée dans une phase de reflux vers 2010.Mais le lancement du « futur » véhicule à pile à combustible de Toyota en 2014 a déclenché un nouvel essor de l'hydrogène.Par la suite, de nombreux pays ont successivement dégagé des orientations stratégiques pour le développement de l'énergie hydrogène, en se concentrant principalement sur la production d'électricité et le transport afin de promouvoir le développement des industries de l'énergie hydrogène et des piles à combustible ; l'UE a publié la stratégie européenne sur l'énergie hydrogène en 2020, visant à promouvoir l'énergie hydrogène dans l'industrie, les transports, la production d'électricité et d'autres applications dans tous les domaines ; en 2020, les États-Unis ont publié le « Plan de développement du plan d'énergie hydrogène », ont formulé un certain nombre d'indicateurs techniques et économiques clés et devraient devenir le leader du marché dans la chaîne industrielle de l'énergie hydrogène.Jusqu'à présent, les pays qui représentent 75 % de l'économie mondiale ont lancé des politiques de développement de l'énergie hydrogène pour promouvoir activement le développement de l'énergie hydrogène.
Par rapport aux pays développés, l'industrie chinoise de l'énergie hydrogène en est encore au stade initial de développement.Ces dernières années, la Chine a accordé davantage d'attention à l'industrie de l'énergie hydrogène.En mars 2019, l’énergie hydrogène a été inscrite pour la première fois dans le « Rapport sur les travaux du gouvernement », accélérant la construction d’installations telles que la recharge et l’hydrogénation dans le domaine public ; Inclus dans la catégorie énergie ; en septembre 2020, cinq départements, dont le ministère des Finances et le ministère de l'Industrie et des Technologies de l'information, réaliseront conjointement l'application de démonstration des véhicules à pile à combustible et récompenseront les agglomérations urbaines éligibles pour l'industrialisation et les applications de démonstration des technologies de base clés des véhicules à pile à combustible ;En octobre 2021, le Comité central du Parti communiste chinois et le Conseil d'État ont publié les « Avis sur la mise en œuvre complète du nouveau concept de développement et la réalisation d'un bon travail de neutralisation du carbone » pour coordonner le développement de l'ensemble de la chaîne de l'énergie hydrogène. « production-stockage-transmission-utilisation » ; En mars 2022, la Commission nationale du développement et de la réforme a publié le « Plan à moyen et long terme pour le développement de l'industrie de l'énergie hydrogène (2021-2035) », et l'énergie hydrogène a été identifiée comme un élément important du futur système énergétique national et une clé pour réaliser une transformation verte et sobre en carbone des terminaux consommateurs d’énergie. Vecteur important, l’industrie de l’énergie hydrogène a été identifiée comme une industrie émergente stratégique et une orientation clé de développement de l’industrie du futur.
Ces dernières années, l'industrie chinoise de l'énergie hydrogène s'est développée rapidement, couvrant essentiellement l'ensemble de la chaîne production-stockage-transmission-utilisation de l'hydrogène.
L’amont de la chaîne industrielle de l’énergie hydrogène est la production d’hydrogène. mon pays est le plus grand producteur mondial d'hydrogène, avec une capacité de production d'hydrogène d'environ 33 millions de tonnes.Selon l’intensité des émissions de carbone du processus de production, l’hydrogène est divisé en « hydrogène gris », « hydrogène bleu » et « hydrogène vert ».L'hydrogène gris fait référence à l'hydrogène produit par la combustion de combustibles fossiles, et il y aura beaucoup d'émissions de dioxyde de carbone pendant le processus de production ; l'hydrogène bleu est basé sur l'hydrogène gris, appliquant une technologie de captage et de stockage du carbone pour parvenir à une production d'hydrogène à faible teneur en carbone ; l'hydrogène vert est produit par des énergies renouvelables telles que l'énergie solaire et l'énergie éolienne qui sont utilisées pour électrolyser l'eau pour produire de l'hydrogène, et il n'y a aucune émission de carbone dans le processus de production d'hydrogène.À l'heure actuelle, la production d'hydrogène de la Chine est dominée par la production d'hydrogène à base de charbon, qui représente environ 80 %.À l’avenir, à mesure que le coût de la production d’énergie renouvelable continuera de diminuer, la proportion d’hydrogène vert augmentera d’année en année et devrait atteindre 70 % en 2050.
Le stockage et le transport de l’hydrogène constituent le milieu de la chaîne industrielle de l’énergie hydrogène. La technologie de stockage et de transport gazeux à haute pression a été commercialisée et constitue la méthode de stockage et de transport d’énergie hydrogène la plus étendue.La remorque à tube long présente une grande flexibilité de transport et convient au transport d'hydrogène sur de courtes distances et de petits volumes ; Le stockage d'hydrogène liquide et le stockage d'hydrogène à l'état solide ne nécessitent pas de récipients sous pression, et le transport est pratique, ce qui est la direction du stockage et du transport d'énergie hydrogène à grande échelle à l'avenir.
L’aval de la chaîne industrielle de l’énergie hydrogène est l’application globale de l’hydrogène. En tant que matière première industrielle, l’hydrogène peut être largement utilisé dans les domaines pétrolier, chimique, métallurgique, électronique, médical et autres. En outre, l’hydrogène peut également être converti en électricité et en chaleur grâce à des piles à combustible à hydrogène ou à des moteurs à combustion interne à hydrogène. , qui peut couvrir tous les aspects de la production et de la vie sociale.D'ici 2060, la demande chinoise d'hydrogène et d'énergie devrait atteindre 130 millions de tonnes, dont la demande industrielle domine, représentant environ 60 %, et le secteur des transports augmentera jusqu'à 31 % d'année en année.
Le développement et l’utilisation de l’énergie hydrogène déclenche une profonde révolution énergétique.
L’énergie hydrogène présente de larges perspectives d’application dans de nombreux domaines tels que les transports, l’industrie, la construction et l’électricité.
Dans le domaine des transports, le transport routier longue distance, les chemins de fer, l'aviation et le transport maritime considèrent l'hydrogène comme l'un des carburants importants pour réduire les émissions de carbone.À l'heure actuelle, la Chine est principalement dominée par les bus et les poids lourds à pile à hydrogène, dont le nombre dépasse les 6 000.En termes d'infrastructures de soutien correspondantes, la Chine a construit plus de 250 stations de ravitaillement en hydrogène, représentant environ 40 % du nombre mondial, se classant au premier rang mondial.Selon les données publiées par le comité d'organisation des Jeux olympiques d'hiver de Pékin, ces Jeux olympiques d'hiver démontreront le fonctionnement de plus de 1 000 véhicules à pile à hydrogène, équipés de plus de 30 stations de ravitaillement en hydrogène, ce qui constitue la plus grande application de démonstration de véhicules à pile à combustible au monde. monde.
À l'heure actuelle, le domaine dans lequel la plus grande proportion d'applications d'énergie hydrogène en Chine est le domaine industriel.Outre ses propriétés énergétiques, l’hydrogène-énergie est également une matière première industrielle importante.L'hydrogène peut remplacer le coke et le gaz naturel comme agent réducteur, ce qui peut éliminer la plupart des émissions de carbone liées aux processus de fabrication du fer et de l'acier.L'utilisation d'énergies renouvelables et d'électricité pour électrolyser l'eau afin de produire de l'hydrogène, puis synthétiser des produits chimiques tels que l'ammoniac et le méthanol, favorise une réduction substantielle du carbone et des émissions dans l'industrie chimique.
L’intégration de l’énergie hydrogène et des bâtiments est un nouveau concept de bâtiment écologique qui a émergé ces dernières années.Le domaine de la construction doit consommer beaucoup d'énergie électrique et d'énergie thermique, et il a été répertorié parmi les trois principaux « ménages consommateurs d'énergie » de mon pays avec le domaine des transports et le domaine industriel.L'efficacité de la production d'énergie pure des piles à combustible à hydrogène n'est que d'environ 50 %, tandis que l'efficacité globale de la production combinée de chaleur et d'électricité peut atteindre 85 %. Alors que les piles à combustible à hydrogène produisent de l’électricité pour les bâtiments, la chaleur perdue peut être récupérée pour le chauffage et l’eau chaude.En termes de transport de l'hydrogène jusqu'aux terminaux des bâtiments, l'hydrogène peut être mélangé au gaz naturel dans une proportion inférieure à 20 % à l'aide d'un réseau de gazoducs domestiques relativement complet et transporté jusqu'à des milliers de foyers.On estime qu’en 2050, 10 % du chauffage mondial des bâtiments et 8 % de l’énergie des bâtiments seront fournis par l’hydrogène, réduisant ainsi les émissions de dioxyde de carbone de 700 millions de tonnes par an.
Dans le domaine de l’électricité, en raison de l’instabilité des énergies renouvelables, l’énergie hydrogène peut devenir une nouvelle forme de stockage d’énergie grâce à la conversion électricité-hydrogène-électricité.Pendant les périodes de faible consommation électrique, l'hydrogène est produit par électrolyse de l'eau avec un surplus d'énergie renouvelable et stocké sous forme de gaz à haute pression, de liquide à basse température, de liquide organique ou de matières solides ; pendant les périodes de pointe de consommation électrique, l'hydrogène stocké est acheminé vers du combustible. Des batteries ou des turbines à hydrogène produisent de l'électricité qui est injectée dans le réseau public.L'échelle de stockage de l'énergie hydrogène est plus grande, jusqu'à 1 million de kilowatts, et la durée de stockage est plus longue. Le stockage saisonnier peut être réalisé en fonction de la différence de production de l’énergie solaire, de l’énergie éolienne et des ressources en eau.En août 2019, le premier projet chinois de stockage d'énergie hydrogène à l'échelle d'un mégawatt a été lancé à Lu'an, dans la province de l'Anhui, et a été connecté avec succès au réseau pour la production d'électricité en 2022.
Dans le même temps, le couplage électro-hydrogène jouera également un rôle important dans la construction d'un système énergétique moderne en Chine.
D'un point de vue propre et à faible émission de carbone, l'électrification à grande échelle est un outil puissant de réduction des émissions de carbone dans de nombreux domaines en Chine, tels que les véhicules électriques dans le domaine des transports remplaçant les véhicules à carburant et le chauffage électrique dans le domaine de la construction remplaçant les chaudières traditionnelles. .Cependant, certaines industries ont encore du mal à parvenir à une réduction des émissions de carbone grâce à l’électrification directe. Les industries les plus difficiles sont celles de l’acier, de la chimie, du transport routier, du transport maritime et de l’aviation.L’hydrogène énergie possède la double propriété de combustible énergétique et de matière première industrielle, et peut jouer un rôle important dans les domaines mentionnés ci-dessus qui sont difficiles à décarboner en profondeur.
Du point de vue de la sécurité et de l'efficacité, premièrement, l'énergie hydrogène peut promouvoir le développement d'une part plus élevée d'énergies renouvelables et réduire efficacement la dépendance de la Chine à l'égard des importations de pétrole et de gaz ; L'équilibre régional de l'approvisionnement et de la consommation énergétique dans mon pays ; en outre, avec la réduction du coût de l'électricité des énergies renouvelables, l'économie de l'électricité verte et de l'énergie verte de l'hydrogène sera améliorée, et elles seront largement acceptées et utilisées par le public ; L'hydrogène, l'énergie et l'électricité, en tant que pôles énergétiques, sont plus faciles à coupler diverses sources d'énergie telles que l'énergie thermique, l'énergie froide, le carburant, etc., pour établir conjointement un réseau énergétique moderne interconnecté, former un système d'approvisionnement en énergie hautement résilient et améliorer l’efficacité, l’économie et la sécurité du système d’approvisionnement énergétique.
Le développement de l'industrie chinoise de l'hydrogène et de l'énergie est toujours confronté à des défis
La production d’hydrogène vert à faible coût et à faibles émissions est l’un des défis importants auxquels est confrontée l’industrie de l’énergie hydrogène.Sous l’hypothèse de ne pas ajouter de nouvelles émissions de carbone, résoudre le problème de la source d’hydrogène est la prémisse du développement de l’industrie de l’énergie hydrogène.La production d’hydrogène à partir d’énergie fossile et la production d’hydrogène sous-produit industriel sont matures et rentables, et resteront la principale source d’hydrogène à court terme.Cependant, les réserves d’énergie fossile sont limitées et il existe toujours un problème d’émission de carbone dans le processus de production d’hydrogène ; la production d'hydrogène sous-produit industriel est limitée et la distance de rayonnement d'approvisionnement est courte.
À long terme, la production d’hydrogène à partir de l’électrolyse de l’eau est facile à combiner avec les énergies renouvelables, présente un plus grand potentiel à grande échelle, est plus propre et plus durable, et constitue la méthode d’approvisionnement en hydrogène vert la plus potentielle.À l'heure actuelle, la technologie d'électrolyse alcaline de la Chine est proche du niveau international et constitue la technologie dominante dans le domaine de l'électrolyse commerciale, mais la marge de réduction des coûts à l'avenir est limitée.L'électrolyse de l'eau par membrane échangeuse de protons pour la production d'hydrogène est actuellement coûteuse et le degré de localisation des dispositifs clés augmente d'année en année.L’électrolyse des oxydes solides est sur le point d’être commercialisée à l’échelle internationale, mais elle est encore en phase de rattrapage au niveau national.
Le système d'approvisionnement de la chaîne industrielle chinoise de l'hydrogène et de l'énergie n'est pas encore terminé et il existe encore un écart entre les applications commerciales à grande échelle.Plus de 200 stations d'hydrogénation ont été construites en Chine, dont la plupart sont des stations d'hydrogénation gazeuse de 35 MPa, et les stations d'hydrogénation gazeuse à haute pression de 70 MPa avec une plus grande capacité de stockage d'hydrogène en représentent une petite proportion.Manque d’expérience dans la construction et l’exploitation de stations de ravitaillement en hydrogène liquide et de stations intégrées de production et d’hydrogénation d’hydrogène.À l'heure actuelle, le transport de l'hydrogène repose principalement sur le transport de remorques gazeuses à long tube à haute pression, et le transport par pipeline reste un point faible.À l'heure actuelle, le kilométrage des pipelines d'hydrogène est d'environ 400 kilomètres, et les pipelines utilisés ne font qu'environ 100 kilomètres.Le transport par pipeline est également confronté à la possibilité d’une fragilisation par l’hydrogène causée par la fuite d’hydrogène. À l’avenir, il faudra encore améliorer les propriétés chimiques et mécaniques des matériaux des pipelines.Des progrès significatifs ont été réalisés dans la technologie de stockage de l'hydrogène liquide et la technologie de stockage de l'hydrogène par hydrure métallique, mais l'équilibre entre la densité, la sécurité et le coût du stockage de l'hydrogène n'a pas été résolu, et il existe encore un certain écart entre les applications commerciales à grande échelle.
Le système politique spécialisé et le mécanisme de coordination et de coopération multi-départementaux et multi-domaines ne sont pas encore parfaits.Le « Plan à moyen et long terme pour le développement de l'industrie de l'énergie hydrogène (2021-2035) » est le premier plan de développement de l'énergie hydrogène au niveau national, mais le plan spécial et le système politique doivent encore être améliorés. À l’avenir, il faudra clarifier davantage l’orientation, les objectifs et les priorités du développement industriel.La chaîne industrielle de l’énergie hydrogène implique une variété de technologies et de domaines industriels. À l'heure actuelle, des problèmes subsistent tels qu'une coopération interdisciplinaire insuffisante et un mécanisme de coordination interdépartemental insuffisant.Par exemple, la construction de stations de ravitaillement en hydrogène nécessite une coopération multi-départementale en matière de capitaux, de technologie, d’infrastructures et de contrôle des produits chimiques dangereux. À l'heure actuelle, il existe des problèmes tels que des autorités compétentes peu claires, des difficultés d'approbation et les propriétés de l'hydrogène ne sont encore que des produits chimiques dangereux, ce qui constitue une menace sérieuse pour le développement de l'industrie. de grosses contraintes.
Nous pensons que la technologie, les plateformes et les talents sont les points de croissance qui soutiendront le développement de l'industrie chinoise de l'hydrogène et de l'énergie.
Tout d’abord, il est nécessaire d’améliorer continuellement le niveau des technologies clés.L’innovation technologique est au cœur du développement de l’industrie de l’hydrogène énergie.À l'avenir, mon pays continuera de promouvoir la recherche et le développement de technologies de base clés dans la production, le stockage, le transport et l'application de l'énergie hydrogène verte et à faible teneur en carbone.Accélérer l'innovation technologique des piles à combustible à membrane échangeuse de protons, développer des matériaux clés, améliorer les principaux indicateurs de performance et la capacité de production de masse, et continuer à améliorer la fiabilité, la stabilité et la durabilité des piles à combustible.Des efforts seront déployés pour promouvoir la R&D et la fabrication de composants de base et d’équipements clés.Accélérer l'amélioration de l'efficacité de conversion de la production d'hydrogène des énergies renouvelables et de l'échelle de production d'hydrogène au moyen d'un seul appareil, et réaliser des percées dans les technologies de base clés dans le lien entre les infrastructures énergétiques de l'hydrogène.Continuer à mener des recherches sur les lois fondamentales de la sécurité énergétique de l'hydrogène.Continuer à promouvoir la technologie avancée de l'énergie hydrogène, les équipements clés, les applications de démonstration et l'industrialisation des principaux produits, et construire un système technologique de développement de haute qualité pour l'industrie de l'énergie hydrogène.
Deuxièmement, nous devons nous concentrer sur la création d’une plateforme de soutien à l’innovation industrielle.Le développement de l'industrie de l'énergie hydrogène doit se concentrer sur des domaines et des liens clés, et construire une plate-forme d'innovation diversifiée et à plusieurs niveaux.Soutenir les universités, les instituts de recherche et les entreprises pour accélérer la construction de laboratoires clés et de plateformes de recherche croisée de pointe, et mener des recherches fondamentales sur les applications de l'énergie hydrogène et des recherches technologiques de pointe.Début 2022, la Commission nationale du développement et de la réforme et le ministère de l'Éducation ont publié l'« Approbation du rapport d'étude de faisabilité sur le projet national de plateforme d'innovation pour l'intégration de l'industrie et de l'éducation des technologies de stockage d'énergie de l'Université de l'énergie électrique de Chine du Nord », la Chine du Nord. Projet de plateforme d'innovation pour l'intégration industrie-éducation de l'Université de l'énergie électrique Technologie nationale de stockage d'énergie Il a été officiellement approuvé et est devenu le premier groupe de collèges et d'universités à être « aux commandes ».Par la suite, le Centre d'innovation technologique en matière d'énergie et d'hydrogène de l'Université de l'énergie électrique de Chine du Nord a été officiellement créé.La plateforme d'innovation et le centre d'innovation se concentrent sur la recherche technique dans les domaines du stockage électrochimique de l'énergie, de l'énergie hydrogène et de sa technologie d'application dans le réseau électrique, et promeuvent activement le développement de l'industrie nationale de l'énergie hydrogène.
Troisièmement, il est nécessaire de promouvoir la constitution d’une équipe de professionnels de l’énergie hydrogène.Le niveau technologique et l’échelle de l’industrie de l’énergie hydrogène ont continué de faire des percées. Cependant, l'industrie de l'hydrogène et de l'énergie est confrontée à un manque important d'équipes de talents, notamment à une grave pénurie de talents innovants de haut niveau.Il y a quelques jours, la spécialisation « Science et ingénierie de l'énergie hydrogène » déclarée par la North China Electric Power University a été officiellement incluse dans le catalogue des spécialisations de premier cycle des collèges et universités ordinaires, et la discipline « Science et ingénierie de l'énergie hydrogène » a été incluse dans le nouveau sujet interdisciplinaire.Cette discipline prendra en compte l'ingénierie énergétique, l'ingénierie thermophysique, l'ingénierie chimique et d'autres disciplines telles que la traction, intégrera organiquement la production d'hydrogène, le stockage et le transport de l'hydrogène, la sécurité de l'hydrogène, l'énergie hydrogène et d'autres cours de modules d'énergie hydrogène, et réalisera des cours de base et recherche appliquée. Il fournira un soutien favorable aux talents pour réaliser la transition sûre de la structure énergétique de mon pays, ainsi que le développement de l'industrie de l'énergie hydrogène et de l'industrie énergétique de mon pays.
Heure de publication : 16 mai 2022