אנרגיית מימן, הקוד החדש של מערכת האנרגיה המודרנית

אנרגיית מימן היא סוג של אנרגיה משנית עם מקורות בשפע, פחמן ירוק ודל, ויישום רחב. זה יכול לעזור לצריכה בקנה מידה גדול של אנרגיה מתחדשת, לממש בקנה מידה גדול גילוח שיא של רשתות חשמל ואחסון אנרגיה חוצה עונות וחוצה אזורי, ולהאיץ את קידום התעשייה, הבנייה, פחמימות נמוכה בתחבורה ובתחומים אחרים.למדינה שלי יש בסיס טוב לייצור מימן ושוק יישומים בקנה מידה גדול, ויש לה יתרונות משמעותיים בפיתוח אנרגיית מימן.האצת הפיתוח של תעשיית אנרגיית המימן היא דרך חשובה לעזור למדינה שלי להשיג את המטרה של נטרול פחמן.לפני מספר ימים, הוועדה הלאומית לפיתוח ורפורמה ומינהל האנרגיה הלאומי הוציאו במשותף את "תוכנית לטווח בינוני וארוך לפיתוח תעשיית אנרגיית המימן (2021-2035)".הפיתוח והניצול של אנרגיית מימן מעוררים מהפכה אנרגטית עמוקה. אנרגיית מימן הפכה לקוד חדש לפיצוח משבר האנרגיה ולבניית מערכת אנרגיה מודרנית נקייה, דלת פחמן, בטוחה ויעילה.

משבר האנרגיה פתח את הדרך לחקר פיתוח וניצול אנרגיית מימן.

אנרגיית מימן כאנרגיה חלופית נכנסה לשדה הראייה של אנשים, שניתן לייחסו לשנות ה-70.באותה תקופה, המלחמה במזרח התיכון עוררה משבר נפט עולמי. על מנת להיפטר מהתלות בנפט מיובא, ארצות הברית הציעה לראשונה את המושג "כלכלת מימן", בטענה שבעתיד, מימן יכול להחליף את הנפט ולהפוך לאנרגיה העיקרית התומכת בתחבורה העולמית.משנת 1960 עד 2000, תא הדלק, כלי חשוב לניצול אנרגיית מימן, התפתח במהירות, ויישומו בתעופה וחלל, ייצור חשמל ותחבורה הוכיח באופן מלא את היתכנות אנרגיית המימן כמקור אנרגיה משני.תעשיית אנרגיית המימן נכנסה לשפל בסביבות 2010.אבל שחרורו של רכב תאי הדלק ה"עתידי" של טויוטה בשנת 2014 עורר בום מימן נוסף.לאחר מכן, מדינות רבות שחררו ברציפות מסלולים אסטרטגיים לפיתוח אנרגיית מימן, בעיקר התמקדות בייצור חשמל ותחבורה כדי לקדם את הפיתוח של תעשיות אנרגיית מימן ותאי דלק; האיחוד האירופי פרסם את אסטרטגיית אנרגיית המימן של האיחוד האירופי בשנת 2020, במטרה לקדם אנרגיית מימן בתעשייה, תחבורה, ייצור חשמל ויישומים אחרים בכל התחומים; בשנת 2020 פרסמה ארצות הברית את "תוכנית פיתוח תוכנית אנרגיה מימן", גיבשה מספר אינדיקטורים טכניים וכלכליים מרכזיים, וצפויה להפוך למובילת השוק בשרשרת תעשיית אנרגיית המימן.עד כה, מדינות המהוות 75% מהכלכלה העולמית השיקו מדיניות פיתוח אנרגית מימן כדי לקדם באופן פעיל את הפיתוח של אנרגיית מימן.

בהשוואה למדינות מפותחות, תעשיית אנרגיית המימן של ארצי עדיין נמצאת בשלב הפיתוח הראשוני.בשנים האחרונות, המדינה שלי הקדישה יותר תשומת לב לתעשיית אנרגיית המימן.במרץ 2019, אנרגיית מימן נכתבה ב"דוח העבודה הממשלתי" בפעם הראשונה, והאיצה את בנייתם ​​של מתקנים כגון טעינה והידרוגנציה ברשות הציבור; כלול בקטגוריית האנרגיה; בספטמבר 2020, חמש מחלקות כולל משרד האוצר, משרד התעשייה וטכנולוגיות המידע יבצעו במשותף את יישום ההדגמה של רכבי תאי דלק, ויתגמלו אגודות עירוניות זכאיות עבור יישומי תיעוש והדגמה של טכנולוגיות ליבה מרכזיות של רכבי תאי דלק. באוקטובר 2021, הוועד המרכזי של המפלגה הקומוניסטית של סין ומועצת המדינה פרסמו את "דעות על יישום מדויק לחלוטין של תפיסת הפיתוח החדשה ועשיית עבודה טובה בניטרול פחמן" כדי לתאם את הפיתוח של כל שרשרת אנרגיית המימן "ייצור-אחסון-שידור-שימוש"; במרץ 2022, הוועדה הלאומית לפיתוח ורפורמה פרסמה את "תוכנית לטווח בינוני וארוך לפיתוח תעשיית אנרגיית המימן (2021-2035)", ואנרגיית המימן זוהתה כחלק חשוב ממערכת האנרגיה הלאומית העתידית. מפתח למימוש טרנספורמציה ירוקה ודלת פחמן של מסופים המשתמשים באנרגיה. כנשא חשוב, תעשיית אנרגיית המימן זוהתה כתעשייה מתפתחת אסטרטגית וככיוון פיתוח מרכזי של התעשייה העתידית.

בשנים האחרונות, תעשיית אנרגיית המימן של ארצי התפתחה במהירות, והיא מכסה בעצם את כל השרשרת של ייצור מימן-אחסון-שידור-שימוש.

במעלה הזרם של שרשרת תעשיית אנרגיית המימן הוא ייצור מימן. המדינה שלי היא יצרנית המימן הגדולה בעולם, עם כושר ייצור מימן של כ-33 מיליון טון.על פי עוצמת פליטת הפחמן של תהליך הייצור, מימן מחולק ל"מימן אפור", "מימן כחול" ו"מימן ירוק".מימן אפור מתייחס למימן המיוצר משריפת דלקים מאובנים, ותהיה פליטת פחמן דו חמצני רבות במהלך תהליך הייצור; מימן כחול מבוסס על מימן אפור, תוך שימוש בטכנולוגיית לכידה ואחסון פחמן כדי להשיג ייצור מימן דל פחמן; מימן ירוק מיוצר על ידי אנרגיה מתחדשת כמו אנרגיה סולארית ואנרגיית רוח משמשת לאלקטרוליזה של מים לייצור מימן, ואין פליטת פחמן בתהליך ייצור המימן.נכון לעכשיו, ייצור המימן במדינה שלי נשלט על ידי ייצור מימן מבוסס פחם, המהווה כ-80%.בעתיד, ככל שעלות ייצור החשמל באנרגיה מתחדשת תמשיך לרדת, שיעור המימן הירוק יגדל משנה לשנה, והוא צפוי להגיע ל-70% ב-2050.

האמצע של שרשרת תעשיית אנרגיית המימן הוא אחסון והובלה של מימן. טכנולוגיית האחסון וההובלה הגזים בלחץ גבוה עברה למסחר והיא שיטת האחסון והשינוע הנרחבת ביותר של אנרגיית מימן.הנגרר ארוך הצינור בעל גמישות הובלה גבוהה ומתאים להובלת מימן למרחקים קצרים, בנפח קטן; אחסון מימן נוזלי ואחסון מימן במצב מוצק אינם דורשים מכלי לחץ, וההובלה נוחה, וזה הכיוון של אחסון ושינוע אנרגית מימן בקנה מידה גדול בעתיד.

המורד של שרשרת תעשיית אנרגיית המימן הוא היישום המקיף של המימן. כחומר גלם תעשייתי, מימן יכול להיות בשימוש נרחב בתחומים נפט, כימיקלים, מטלורגיה, אלקטרוניקה, רפואי ועוד. בנוסף, ניתן להמיר מימן לחשמל ולחום באמצעות תאי דלק מימן או מנועי בעירה פנימית מימן. , שיכול לכסות את כל ההיבטים של הייצור והחיים החברתיים.עד שנת 2060, הביקוש לאנרגיית מימן במדינה שלי צפוי להגיע ל-130 מיליון טון, מתוכם הביקוש התעשייתי שולט, המהווה כ-60%, ומגזר התחבורה יתרחב ל-31% משנה לשנה.

הפיתוח והניצול של אנרגיית מימן מעוררים מהפכה אנרגטית עמוקה.

לאנרגיית מימן יש סיכויי יישום רחבים בתחומים רבים כגון תחבורה, תעשייה, בנייה וחשמל.

בתחום התחבורה, תחבורה בכבישים בינעירוניים, רכבות, תעופה וספנות רואים באנרגיית המימן את אחד הדלקים החשובים להפחתת פליטת הפחמן.בשלב זה המדינה שלי נשלטת בעיקר על ידי אוטובוסים של תאי דלק מימן ומשאיות כבדות, שמספרן עולה על 6,000.במונחים של תשתית תומכת מקבילה, המדינה שלי בנתה יותר מ-250 תחנות תדלוק מימן, המהוות כ-40% מהמספר העולמי, במקום הראשון בעולם.על פי הנתונים שפורסמו על ידי הוועדה המארגנת של אולימפיאדת החורף בבייג'ין, אולימפיאדת החורף הזו תדגים את פעולתם של יותר מ-1,000 כלי רכב עם תאי דלק מימן, המצוידים ביותר מ-30 תחנות תדלוק מימן, שהוא יישום ההדגמה הגדול ביותר של כלי רכב עם תאי דלק. עוֹלָם.

נכון לעכשיו, התחום עם השיעור הגדול ביותר של יישומי אנרגיית מימן בארצי הוא התחום התעשייתי.בנוסף לתכונות הדלק האנרגטי שלה, אנרגיית המימן היא גם חומר גלם תעשייתי חשוב.מימן יכול להחליף קולה וגז טבעי כחומר מפחית, שיכול לחסל את רוב פליטת הפחמן בתהליכי ייצור ברזל ופלדה.השימוש באנרגיה מתחדשת וחשמל כדי לאלקטרוליזה מים להפקת מימן, ולאחר מכן לסנתז מוצרים כימיים כמו אמוניה ומתנול, תורם להפחתת פחמן משמעותית והפחתת פליטות בתעשייה הכימית.

השילוב של אנרגיית מימן ומבנים הוא מושג חדש של בנייה ירוקה שצמח בשנים האחרונות.תחום הבנייה צריך לצרוך הרבה אנרגיה חשמלית ואנרגיית חום, והוא נרשם כשלושת "משקי הבית הצורכים אנרגיה" הגדולים בארצי יחד עם תחום התחבורה ותחום התעשייה.יעילות ייצור החשמל הטהורה של תאי דלק מימן היא רק כ-50%, בעוד שהיעילות הכוללת של חום וכוח משולב יכולה להגיע ל-85%. בעוד שתאי דלק מימן מייצרים חשמל למבנים, ניתן להחזיר את חום הפסולת לחימום ולמים חמים.מבחינת הובלת מימן למסופי בניין, ניתן לערבב מימן בגז טבעי בשיעור של פחות מ-20% בעזרת רשת צינורות גז טבעי ביתית מלאה יחסית ולהוביל לאלפי משקי בית.ההערכה היא שבשנת 2050, 10% מחימום הבניינים העולמי ו-8% מאנרגיית הבניין יסופקו על ידי מימן, מה שמפחית את פליטת הפחמן הדו-חמצני ב-700 מיליון טון בשנה.

בתחום החשמל, בשל חוסר היציבות של אנרגיה מתחדשת, אנרגיית מימן יכולה להפוך לצורה חדשה של אגירת אנרגיה באמצעות המרת חשמל-מימן-חשמל.בתקופות של צריכת חשמל נמוכה, מימן מיוצר על ידי אלקטרוליזה של מים עם עודפי אנרגיה מתחדשת, ומאוחסן בצורה של גז בלחץ גבוה, נוזלי בטמפרטורה נמוכה, נוזל אורגני או חומרים מוצקים; בתקופות שיא של צריכת חשמל, המימן המאוחסן מועבר דרך דלק סוללות או יחידות טורבינות מימן מייצרות חשמל, המוזן לרשת הציבורית.סולם האחסון של אגירת אנרגיית מימן גדול יותר, עד מיליון קילוואט, וזמן האחסון ארוך יותר. ניתן לממש אחסון עונתי על פי הפרש התפוקה של אנרגיה סולארית, אנרגיית רוח ומשאבי מים.באוגוסט 2019, הפרויקט הראשון של ארצי לאחסון אנרגיית מימן בקנה מידה מגה וואט הושק בלואן, מחוז אנהוי, וחובר בהצלחה לרשת לייצור חשמל ב-2022.

במקביל, צימוד אלקטרו-מימן ימלא תפקיד חשוב גם בבניית מערכת אנרגיה מודרנית בארצי.

מנקודת מבט נקייה ודלת פחמן, חשמול בקנה מידה גדול הוא כלי רב עוצמה להפחתת פחמן בתחומים רבים בארצי, כגון רכבים חשמליים בתחום התחבורה המחליפים רכבי דלק, וחימום חשמלי בתחום הבנייה המחליף את חימום הדוודים המסורתי .עם זאת, יש עדיין כמה תעשיות שקשה להשיג הפחתת פחמן באמצעות חשמול ישיר. התעשיות הקשות ביותר כוללות פלדה, כימיקלים, תחבורה בכבישים, ספנות ותעופה.אנרגיית מימן היא בעלת תכונות כפולות של דלק אנרגיה וחומרי גלם תעשייתיים, ויכולה למלא תפקיד חשוב בתחומים הנזכרים לעיל שקשה לשחרר אותם לפחמן עמוק.

מנקודת מבט של בטיחות ויעילות, ראשית, אנרגיית מימן יכולה לקדם את הפיתוח של נתח גבוה יותר של אנרגיה מתחדשת ולהפחית ביעילות את התלות של ארצי ביבוא נפט וגז; האיזון האזורי של אספקת וצריכת אנרגיה במדינה שלי; כמו כן, עם הפחתת עלות החשמל של אנרגיה מתחדשת, תשתפר הכלכלה של חשמל ירוק ואנרגיית מימן ירוק, והן יזכו להתקבלות ולשימוש נרחב בציבור; אנרגיית מימן וחשמל, כמוקדי אנרגיה, הם יותר קל לחבר בין מקורות אנרגיה שונים כגון אנרגיית חום, אנרגיה קרה, דלק וכו', כדי להקים במשותף רשת אנרגיה מודרנית מחוברת, ליצור מערכת אספקת אנרגיה עמידה ביותר, ו לשפר את היעילות, הכלכלה והביטחון של מערכת אספקת האנרגיה.

הפיתוח של תעשיית אנרגיית המימן של ארצי עדיין מתמודד עם אתגרים

ייצור מימן ירוק בעלות נמוכה ובפליטה נמוכה הוא אחד האתגרים החשובים העומדים בפני תעשיית אנרגיית המימן.תחת הנחת היסוד של אי הוספת פליטות פחמן חדשות, פתרון בעיית מקור המימן הוא הנחת היסוד של התפתחות תעשיית אנרגיית המימן.ייצור מימן באנרגיה מאובנים וייצור מימן תוצר לוואי תעשייתי בשלים וחסכוניים, ויישאר המקור העיקרי למימן בטווח הקצר.עם זאת, עתודות האנרגיה המאובנים מוגבלות, ועדיין קיימת בעיית פליטת פחמן בתהליך ייצור המימן; ייצור מימן תוצר לוואי תעשייתי מוגבל ומרחק הקרינה של האספקה ​​קצר.

בטווח הארוך, ייצור מימן מאלקטרוליזה של מים קל לשלב עם אנרגיה מתחדשת, יש לו פוטנציאל קנה מידה גדול יותר, הוא נקי ובר קיימא יותר, ומהווה את שיטת אספקת המימן הירוק הפוטנציאלית ביותר.נכון להיום, טכנולוגיית האלקטרוליזה הבסיסית של ארצי קרובה לרמה הבינלאומית והיא הטכנולוגיה המרכזית בתחום האלקטרוליזה המסחרית, אך יש מקום מוגבל להוזלת עלויות בעתיד.אלקטרוליזה של ממברנות חילופי פרוטונים של מים לייצור מימן היא יקרה כיום, ומידת הלוקליזציה של התקני מפתח עולה משנה לשנה.אלקטרוליזה של תחמוצת מוצקה קרובה למסחור בינלאומי, אך היא עדיין בשלב ההדבקה המקומית.

מערכת אספקת שרשרת האנרגיה של מימן במדינה שלי עדיין לא הושלמה, ועדיין יש פער בין יישומים מסחריים בקנה מידה גדול.יותר מ-200 תחנות הידרוגנציה במדינה שלי נבנו, רובן תחנות הידרוגנציה גזי של 35MPa, ותחנות הידרוגנציה גזי בלחץ גבוה של 70MPa עם קיבולת אחסון מימן גדולה יותר מהוות חלק קטן.חוסר ניסיון בהקמה ותפעול של תחנות תדלוק מימן נוזלי ותחנות משולבות לייצור והידרוגציה של מימן.כיום, הובלת מימן מבוססת בעיקר על הובלת נגרר ארוך צינור גזי בלחץ גבוה, והובלת צינורות היא עדיין נקודת תורפה.נכון להיום, הקילומטראז' של צינורות המימן הוא כ-400 קילומטרים, והצינורות בשימוש הם כ-100 קילומטרים בלבד.הובלת צנרת עומדת בפני אפשרות של התפרקות מימן הנגרמת על ידי בריחת מימן. בעתיד, עדיין יש צורך לשפר עוד יותר את התכונות הכימיות והמכניות של חומרי צינור.התקדמות משמעותית חלה בטכנולוגיית אחסון מימן נוזלי וטכנולוגיית אחסון מימן מתכת הידריד, אך האיזון בין צפיפות אגירת מימן, בטיחות ועלות לא נפתר, ועדיין יש פער מסוים בין יישומים מסחריים בקנה מידה גדול.

מערכת המדיניות המתמחה ומנגנון התיאום ושיתוף הפעולה הרב-מחלקות והרב-שדות אינם מושלמים עדיין."תוכנית לטווח בינוני וארוך לפיתוח תעשיית אנרגיית מימן (2021-2035)" היא התוכנית הראשונה לפיתוח אנרגיית מימן ברמה הלאומית, אך עדיין יש צורך לשפר את התוכנית המיוחדת ומערכת המדיניות. בעתיד, יש צורך להבהיר עוד יותר את הכיוון, היעדים וסדרי העדיפויות של הפיתוח התעשייתי.שרשרת תעשיית אנרגיית המימן כוללת מגוון טכנולוגיות ותחומי תעשייה. נכון לעכשיו, עדיין קיימות בעיות כמו שיתוף פעולה בין-תחומי לא מספיק ומנגנון תיאום בין-מחלקתי לא מספיק.לדוגמה, הקמת תחנות תדלוק במימן דורשת שיתוף פעולה רב-מחלקתי כגון הון, טכנולוגיה, תשתיות ושליטה בכימיקלים מסוכנים. כיום קיימות בעיות כמו רשויות מוסמכות לא ברורות, קושי באישור ותכונות מימן הן עדיין רק כימיקלים מסוכנים, מה שמהווה איום רציני על התפתחות התעשייה. אילוצים גדולים.

אנו מאמינים שטכנולוגיה, פלטפורמות וכישרונות הם נקודות הצמיחה לתמיכה בפיתוח תעשיית אנרגיית המימן של ארצי.

קודם כל, יש צורך בשיפור מתמיד ברמת טכנולוגיות הליבה המרכזיות.חדשנות טכנולוגית היא ליבת הפיתוח של תעשיית אנרגיית המימן.בעתיד, המדינה שלי תמשיך לקדם את המחקר והפיתוח של טכנולוגיות ליבה מרכזיות בייצור, אחסון, הובלה ויישום של אנרגיית מימן ירוקה ודלת פחמן.האיץ את החדשנות הטכנולוגית של תאי דלק ממברנות חילופי פרוטונים, פתח חומרי מפתח, שפר את מדדי הביצועים העיקריים ויכולת הייצור ההמוני, והמשך לשפר את האמינות, היציבות והעמידות של תאי הדלק.ייעשו מאמצים לקדם את המו"פ והייצור של רכיבי ליבה וציוד מפתח.להאיץ את שיפור יעילות ההמרה של ייצור המימן של אנרגיה מתחדשת והיקף ייצור המימן על ידי מכשיר יחיד, ולעשות פריצות דרך בטכנולוגיות ליבה מרכזיות בקישור תשתית אנרגיית המימן.המשך לבצע מחקר על חוקי היסוד של בטיחות אנרגית מימן.המשך לקדם טכנולוגיית אנרגיית מימן מתקדמת, ציוד מפתח, יישומי הדגמה ותיעוש של מוצרים מרכזיים, ובניית מערכת טכנולוגית פיתוח איכותית לתעשיית אנרגיית המימן.

שנית, עלינו להתמקד בבניית פלטפורמת תמיכה בחדשנות תעשייתית.הפיתוח של תעשיית אנרגיית המימן צריך להתמקד בתחומי מפתח ובקישורי מפתח, ולבנות פלטפורמת חדשנות רב-רמות ומגוונת.תמכו באוניברסיטאות, מכוני מחקר ומפעלים כדי להאיץ את הבנייה של מעבדות מפתח ופלטפורמות מחקר צולבות מתקדמות, ולבצע מחקר בסיסי על יישומי אנרגיית מימן ומחקר טכנולוגי חדשני.בתחילת 2022, הוועדה הלאומית לפיתוח ורפורמה ומשרד החינוך פרסמו את "אישור דוח היתכנות על הפרויקט הלאומי לטכנולוגיית אחסון אנרגיה תעשייה-חינוך אינטגרציה חדשנית של אוניברסיטת צפון סין חשמלית", צפון סין. Electric Power University National אחסון אנרגיה טכנולוגיה תעשייה-חינוך אינטגרציה פלטפורמת חדשנות פרויקט זה אושר רשמית והפך לקבוצה הראשונה של מכללות ואוניברסיטאות להיות "בפיקוד".לאחר מכן, הוקם רשמית המרכז לחדשנות טכנולוגית אנרגיה מימן של אוניברסיטת חשמל בצפון סין.פלטפורמת החדשנות ומרכז החדשנות מתמקדים במחקר טכני בתחומי אגירת אנרגיה אלקטרוכימית, אנרגיית מימן וטכנולוגיית היישום שלה ברשת החשמל, ומקדמים באופן אקטיבי את הפיתוח של תעשיית אנרגיית המימן הלאומית.

שלישית, יש צורך לקדם בניית צוות של אנשי מקצוע בתחום אנרגיה מימן.הרמה הטכנולוגית והקנה מידה של תעשיית אנרגיית המימן המשיכו לעשות פריצות דרך. עם זאת, תעשיית אנרגיית המימן מתמודדת עם פער גדול בצוות הכישרונות, במיוחד המחסור החמור בכשרונות חדשניים ברמה גבוהה.לפני מספר ימים, המגמה "מדע והנדסת אנרגיה מימן" שהוכרזה על ידי North China Electric Power נכללה רשמית בקטלוג המגמות לתואר ראשון במכללות ובאוניברסיטאות רגילות, והדיסציפלינה "מדע והנדסת אנרגיה מימן" נכללה ב- נושא בינתחומי חדש.דיסציפלינה זו ייקח הנדסת חשמל, תרמופיזיקה הנדסית, הנדסה כימית ודיסציפלינות אחרות בתור המתיחה, תשלב באופן אורגני ייצור מימן, אחסון ותחבורה של מימן, בטיחות מימן, כוח מימן וקורסי מודול אנרגית מימן אחרים, ותבצע קורסים בסיסיים ובינתחומיים. מחקר יישומי. זה יספק תמיכת כישרונות חיובית למימוש המעבר הבטוח של מבנה האנרגיה של ארצי, כמו גם לפיתוח תעשיית אנרגיית המימן ותעשיית האנרגיה של ארצי.