Hydrogenenergi, den nye koden for moderne energisystem

Hydrogenenergi er en slags sekundær energi med rikelig med kilder, grønt og lavt karbon, og bred anvendelse. Det kan hjelpe storskala forbruk av fornybar energi, realisere storskala toppbarbering av kraftnett og tverrsesong og tverrregional energilagring, og akselerere promoteringen av industri, konstruksjon, lavkarbonisering i transport og andre felt.landet mitt har et godt grunnlag for hydrogenproduksjon og et stort applikasjonsmarked, og har betydelige fordeler med å utvikle hydrogenenergi.Å akselerere utviklingen av hydrogenenergiindustrien er en viktig vei for å hjelpe landet mitt med å nå målet om karbonnøytralisering.For noen dager siden utstedte den nasjonale utviklings- og reformkommisjonen og den nasjonale energiadministrasjonen i fellesskap "Planen for mellomlang og lang sikt for utvikling av hydrogenenergiindustrien (2021-2035)".Utviklingen og utnyttelsen av hydrogenenergi utløser en dyp energirevolusjon. Hydrogenenergi har blitt en ny kode for å knekke energikrisen og bygge et rent, lavkarbon, trygt og effektivt moderne energisystem.

Energikrisen har åpnet for utforskning av hydrogenenergiutvikling og -utnyttelse.

Hydrogenenergi som alternativ energi kom inn i folks synsfelt, som kan spores tilbake til 1970-tallet.På den tiden utløste krigen i Midtøsten en global oljekrise. For å bli kvitt avhengigheten av importert olje, foreslo USA først konseptet "hydrogenøkonomi", og argumenterte for at hydrogen i fremtiden kunne erstatte olje og bli den viktigste energien som støtter global transport.Fra 1960 til 2000 utviklet brenselcellen, et viktig verktøy for utnyttelse av hydrogenenergi, seg raskt, og dens anvendelse innen romfart, kraftproduksjon og transport har fullt ut bevist gjennomførbarheten av hydrogenenergi som en sekundær energikilde.Hydrogenenergiindustrien gikk ned i lav ebbe rundt 2010.Men lanseringen av Toyotas "fremtidige" brenselcellebil i 2014 utløste nok en hydrogenboom.Deretter har mange land suksessivt utgitt strategiske ruter for utvikling av hydrogenenergi, hovedsakelig med fokus på kraftproduksjon og transport for å fremme utviklingen av hydrogenenergi og brenselcelleindustri; EU utga EUs hydrogenenergistrategi i 2020, med mål om å fremme hydrogenenergi i industri, transport, kraftproduksjon og andre applikasjoner på alle felt; i 2020 ga USA ut "Hydrogen Energy Plan Development Plan", formulerte en rekke sentrale tekniske og økonomiske indikatorer, og forventet å bli markedsleder i industrikjeden for hydrogenenergi.Så langt har land som står for 75 % av den globale økonomien lansert utviklingspolitikk for hydrogenenergi for å aktivt fremme utviklingen av hydrogenenergi.

Sammenlignet med utviklede land, er mitt lands hydrogenenergiindustri fortsatt i den innledende utviklingsfasen.De siste årene har landet mitt viet mer oppmerksomhet til hydrogenenergiindustrien.I mars 2019 ble hydrogenenergi skrevet inn i "Regjeringens arbeidsrapport" for første gang, og akselererte byggingen av anlegg som lading og hydrogenering i det offentlige domene; Inkludert i energikategorien; i september 2020 vil fem avdelinger, inkludert finansdepartementet, departementet for industri og informasjonsteknologi, i fellesskap utføre demonstrasjonsapplikasjonen av brenselcellekjøretøyer, og belønne kvalifiserte urbane tettsteder for industrialisering og demonstrasjonsapplikasjoner av nøkkelkjerneteknologier for brenselcellekjøretøyer. ;I oktober 2021 utstedte sentralkomiteen til Kinas kommunistparti og statsrådet "Meninger om fullstendig nøyaktig implementering av det nye utviklingskonseptet og å gjøre en god jobb innen karbonnøytralisering" for å koordinere utviklingen av hele kjeden av hydrogenenergi. "produksjon-lagring-overføring-bruk"; I mars 2022 utstedte den nasjonale utviklings- og reformkommisjonen "Melloms og langsiktig plan for utvikling av hydrogenenergiindustrien (2021-2035)", og hydrogenenergi ble identifisert som en viktig del av det fremtidige nasjonale energisystemet og en nøkkel til å realisere grønn og lavkarbon transformasjon av energibrukende terminaler. En viktig bærer, hydrogenenergiindustrien har blitt identifisert som en strategisk fremvoksende industri og en sentral utviklingsretning for fremtidens industri.

De siste årene har mitt lands hydrogenenergiindustri utviklet seg raskt, og dekker i utgangspunktet hele kjeden av hydrogenproduksjon-lagring-overføring-bruk.

Oppstrøms i industrikjeden for hydrogenenergi er hydrogenproduksjon. landet mitt er verdens største hydrogenprodusent, med en hydrogenproduksjonskapasitet på rundt 33 millioner tonn.I henhold til karbonutslippsintensiteten i produksjonsprosessen deles hydrogen inn i "grå hydrogen", "blått hydrogen" og "grønt hydrogen".Grått hydrogen refererer til hydrogenet som produseres ved forbrenning av fossilt brensel, og det vil være mye karbondioksidutslipp under produksjonsprosessen; blått hydrogen er basert på grått hydrogen, og bruker karbonfangst- og lagringsteknologi for å oppnå lavkarbonproduksjon av hydrogen; grønt hydrogen produseres av Fornybar energi som solenergi og vindkraft brukes til å elektrolysere vann for å produsere hydrogen, og det er ingen karbonutslipp i prosessen med hydrogenproduksjon.For tiden er mitt lands hydrogenproduksjon dominert av kullbasert hydrogenproduksjon, som utgjør omtrent 80 %.I fremtiden, ettersom kostnadene for fornybar energiproduksjon fortsetter å synke, vil andelen grønt hydrogen øke år for år, og den forventes å nå 70 % i 2050.

Midtstrømmen i industrikjeden for hydrogenenergi er hydrogenlagring og -transport. Høytrykksgasslagrings- og transportteknologien er kommersialisert og er den mest omfattende metoden for lagring og transport av hydrogenenergi.Langrørshengeren har høy transportfleksibilitet og er egnet for kortdistanse, lite volum hydrogentransport; lagring av flytende hydrogen og lagring av hydrogen i fast tilstand krever ikke trykkbeholdere, og transporten er praktisk, som er retningen for storskala lagring og transport av hydrogenenergi i fremtiden.

Nedstrøms i industrikjeden for hydrogenenergi er den omfattende bruken av hydrogen. Som et industrielt råmateriale kan hydrogen brukes mye innen petroleum, kjemisk, metallurgi, elektronikk, medisinsk og andre felt. I tillegg kan hydrogen også omdannes til elektrisitet og varme gjennom hydrogenbrenselceller eller hydrogenforbrenningsmotorer. , som kan dekke alle aspekter av sosial produksjon og liv.Innen 2060 forventes mitt lands hydrogenenergibehov å nå 130 millioner tonn, hvorav industriell etterspørsel dominerer, og utgjør omtrent 60 %, og transportsektoren vil utvide seg til 31 % år for år.

Utviklingen og utnyttelsen av hydrogenenergi utløser en dyp energirevolusjon.

Hydrogenenergi har brede anvendelsesmuligheter innen mange felt som transport, industri, bygg og elektrisitet.

På transportområdet anser langdistanseveitransport, jernbane, luftfart og skipsfart hydrogenenergi som et av de viktige drivstoffene for å redusere karbonutslipp.På dette stadiet er landet mitt hovedsakelig dominert av hydrogenbrenselcellebusser og tunge lastebiler, hvor antallet overstiger 6000.Når det gjelder tilsvarende støttende infrastruktur, har landet mitt bygget mer enn 250 drivstoffstasjoner for hydrogen, som står for omtrent 40 % av det globale antallet, og rangerer først i verden.I følge data utgitt av organisasjonskomiteen for vinter-OL i Beijing, vil dette vinter-OL demonstrere driften av mer enn 1000 hydrogenbrenselcellekjøretøyer, utstyrt med mer enn 30 hydrogenbensinstasjoner, som er den største demonstrasjonsapplikasjonen for brenselcellekjøretøyer i verden.

For tiden er feltet med størst andel bruk av hydrogenenergi i mitt land industrifeltet.I tillegg til sine energidrivstoffegenskaper er hydrogenenergi også et viktig industrielt råstoff.Hydrogen kan erstatte koks og naturgass som reduksjonsmiddel, som kan eliminere det meste av karbonutslippene i jern- og stålfremstillingsprosesser.Bruken av fornybar energi og elektrisitet til å elektrolysere vann for å produsere hydrogen, og deretter syntetisere kjemiske produkter som ammoniakk og metanol, bidrar til betydelig karbonreduksjon og utslippsreduksjon i den kjemiske industrien.

Integrering av hydrogenenergi og bygninger er et nytt konsept for grønt bygg som har dukket opp de siste årene.Byggefeltet trenger å forbruke mye elektrisk energi og varmeenergi, og det har blitt oppført som de tre store "energiforbrukende husholdningene" i mitt land sammen med transportfeltet og industrifeltet.Den rene kraftproduksjonseffektiviteten til hydrogenbrenselceller er bare rundt 50 %, mens den totale effektiviteten til kombinert varme og kraft kan nå 85 %. Mens hydrogenbrenselceller genererer strøm til bygninger, kan spillvarmen gjenvinnes til oppvarming og varmtvann.Når det gjelder hydrogentransport til bygningsterminaler, kan hydrogen blandes med naturgass i en andel på mindre enn 20 % ved hjelp av et relativt komplett husholdningsnaturgassrørledningsnett og transporteres til tusenvis av husstander.Det anslås at i 2050 vil 10 % av den globale bygningsoppvarmingen og 8 % av bygningsenergien bli levert av hydrogen, noe som reduserer karbondioksidutslippene med 700 millioner tonn per år.

På elektrisitetsfeltet, på grunn av ustabiliteten til fornybar energi, kan hydrogenenergi bli en ny form for energilagring gjennom elektrisitet-hydrogen-elektrisitetskonvertering.I perioder med lavt strømforbruk produseres hydrogen ved å elektrolysere vann med overskudd av fornybar energi, og lagres i form av høytrykksgass, lavtemperatur væske, organisk flytende eller faste materialer; i høye perioder med elektrisitetsforbruk føres det lagrede hydrogenet gjennom drivstoff Batterier eller hydrogenturbinenheter genererer elektrisitet som mates inn i det offentlige nettet.Lagringsskalaen for lagring av hydrogenenergi er større, opptil 1 million kilowatt, og lagringstiden er lengre. Sesonglagring kan realiseres i henhold til utgangsforskjellen mellom solenergi, vindenergi og vannressurser.I august 2019 ble mitt lands første megawatt-skala hydrogenenergilagringsprosjekt lansert i Lu'an, Anhui-provinsen, og ble koblet til nettet for kraftproduksjon i 2022.

Samtidig vil elektro-hydrogenkobling også spille en viktig rolle i byggingen av et moderne energisystem i mitt land.

Fra et rent og lavkarbonperspektiv er elektrifisering i stor skala et kraftig verktøy for karbonreduksjon på mange felt i mitt land, for eksempel elektriske kjøretøy i transportfeltet som erstatter drivstoffkjøretøyer, og elektrisk oppvarming i konstruksjonsfeltet som erstatter tradisjonell kjeleoppvarming .Det er imidlertid fortsatt noen bransjer som er vanskelige å oppnå karbonreduksjon gjennom direkte elektrifisering. De vanskeligste næringene inkluderer stål, kjemikalier, veitransport, skipsfart og luftfart.Hydrogenenergi har de doble egenskapene til energibrensel og industriråstoff, og kan spille en viktig rolle i de ovennevnte feltene som er vanskelige å avkarbonisere dypt.

Fra et perspektiv av sikkerhet og effektivitet, for det første kan hydrogenenergi fremme utviklingen av en høyere andel fornybar energi og effektivt redusere landet mitts avhengighet av olje- og gassimport; Den regionale balansen mellom energiforsyning og forbruk i mitt land; i tillegg, med reduksjonen av elektrisitetskostnadene til fornybar energi, vil økonomien til grønn elektrisitet og grønn hydrogenenergi forbedres, og de vil bli allment akseptert og brukt av publikum; hydrogenenergi og elektrisitet, som energiknutepunkter, er mer. Det er lett å koble sammen ulike energikilder som varmeenergi, kald energi, drivstoff osv., for i fellesskap å etablere et sammenkoblet moderne energinettverk, danne et svært motstandsdyktig energiforsyningssystem, og forbedre effektiviteten, økonomien og sikkerheten til energiforsyningssystemet.

Utviklingen av mitt lands hydrogenenergiindustri står fortsatt overfor utfordringer

Produksjon av lavkost og lavutslippsgrønt hydrogen er en av de viktige utfordringene hydrogenenergiindustrien står overfor.Under forutsetningen om ikke å legge til nye karbonutslipp, er løsning av problemet med kilden til hydrogen premisset for utviklingen av hydrogenenergiindustrien.Fossil energihydrogenproduksjon og industriell biprodukthydrogenproduksjon er moden og kostnadseffektiv, og vil fortsatt være hovedkilden til hydrogen på kort sikt.Imidlertid er reservene av fossil energi begrenset, og det er fortsatt et karbonutslippsproblem i hydrogenproduksjonsprosessen; produksjonen av industrielt biprodukt hydrogenproduksjon er begrenset og tilførselsstrålingsavstanden er kort.

I det lange løp er hydrogenproduksjon fra vannelektrolyse lett å kombinere med fornybar energi, har større skalapotensial, er renere og mer bærekraftig, og er den mest potensielle grønne hydrogenforsyningsmetoden.For tiden er mitt lands alkaliske elektrolyseteknologi nær internasjonalt nivå og er mainstream-teknologien innen kommersiell elektrolyse, men det er begrenset rom for kostnadsreduksjoner i fremtiden.Protonutvekslingsmembranelektrolyse av vann for hydrogenproduksjon er for tiden kostbart, og graden av lokalisering av nøkkelenheter øker år for år.Elektrolyse av fast oksid er nær kommersialisering internasjonalt, men er fortsatt på innhentingsstadiet innenlands.

Mitt lands forsyningssystem for hydrogenenergiindustrien er ennå ikke komplett, og det er fortsatt et gap mellom store kommersielle applikasjoner.Mer enn 200 hydrogeneringsstasjoner er bygget i mitt land, hvorav de fleste er 35MPa gassformige hydrogeneringsstasjoner, og 70MPa høytrykksgassformige hydrogeneringsstasjoner med større hydrogenlagringskapasitet utgjør en liten andel.Mangel på erfaring med bygging og drift av drivstoffstasjoner for flytende hydrogen og integrerte produksjons- og hydrogeneringsstasjoner for hydrogen.For tiden er transport av hydrogen hovedsakelig basert på høytrykksgassformig langrørstransport, og rørtransport er fortsatt et svakt punkt.For tiden er kjørelengden på hydrogenrørledninger rundt 400 kilometer, og rørledningene i bruk er bare rundt 100 kilometer.Rørledningstransport står også overfor muligheten for hydrogensprøhet forårsaket av hydrogen som slipper ut. I fremtiden er det fortsatt nødvendig å forbedre de kjemiske og mekaniske egenskapene til rørledningsmaterialer ytterligere.Det er gjort betydelige fremskritt innen flytende hydrogenlagringsteknologi og metallhydridhydrogenlagringsteknologi, men balansen mellom hydrogenlagringstetthet, sikkerhet og kostnader er ikke løst, og det er fortsatt et visst gap mellom kommersielle anvendelser i stor skala.

Det spesialiserte politikksystemet og fleravdelings- og flerfeltskoordinerings- og samarbeidsmekanismen er ennå ikke perfekte."Mellom- og langsiktig plan for utvikling av hydrogenenergiindustrien (2021-2035)" er den første utviklingsplanen for hydrogenenergi på nasjonalt nivå, men den spesielle planen og politikksystemet må fortsatt forbedres. I fremtiden er det nødvendig å avklare retning, mål og prioriteringer for industriell utvikling ytterligere.Hydrogenenergiindustrikjeden involverer en rekke teknologier og industrifelt. For tiden er det fortsatt problemer som utilstrekkelig tverrfaglig samarbeid og utilstrekkelig tverravdelingskoordineringsmekanisme.For eksempel krever bygging av drivstoffstasjoner for hydrogen fra flere avdelinger som kapital, teknologi, infrastruktur og kontroll av farlige kjemikalier. For tiden er det problemer som uklare kompetente myndigheter, vanskeligheter med godkjenning, og hydrogenegenskaper er fortsatt kun farlige kjemikalier, noe som utgjør en alvorlig trussel mot utviklingen av industrien. store begrensninger.

Vi tror at teknologi, plattformer og talenter er vekstpunktene for å støtte utviklingen av mitt lands hydrogenenergiindustri.

Først av alt er det nødvendig å kontinuerlig forbedre nivået på nøkkelkjerneteknologier.Teknologisk innovasjon er kjernen i utviklingen av hydrogenenergiindustrien.I fremtiden vil landet mitt fortsette å fremme forskning og utvikling av sentrale kjerneteknologier innen produksjon, lagring, transport og anvendelse av grønn og lavkarbonhydrogenenergi.Fremskynde den teknologiske innovasjonen til protonutvekslingsmembranbrenselceller, utvikle nøkkelmaterialer, forbedre hovedytelsesindikatorer og masseproduksjonskapasitet, og fortsett å forbedre påliteligheten, stabiliteten og holdbarheten til brenselceller.Det vil bli gjort innsats for å fremme FoU og produksjon av kjernekomponenter og nøkkelutstyr.Fremskynde forbedringen av konverteringseffektiviteten til hydrogenproduksjonen til fornybar energi og omfanget av hydrogenproduksjon med en enkelt enhet, og gjør gjennombrudd i nøkkelkjerneteknologier i forbindelsen med hydrogenenergiinfrastruktur.Fortsett å forske på de grunnleggende lovene for energisikkerhet for hydrogen.Fortsette å fremme avansert hydrogenenergiteknologi, nøkkelutstyr, demonstrasjonsapplikasjoner og industrialisering av viktige produkter, og bygge et utviklingsteknologisystem av høy kvalitet for hydrogenenergiindustrien.

For det andre må vi fokusere på å bygge en industriell innovasjonsstøtteplattform.Utviklingen av hydrogenenergiindustrien må fokusere på nøkkelområder og nøkkelledd, og bygge en flernivå og diversifisert innovasjonsplattform.Støtte universiteter, forskningsinstitutter og bedrifter for å akselerere byggingen av nøkkellaboratorier og banebrytende tverrforskningsplattformer, og utføre grunnleggende forskning på hydrogenenergiapplikasjoner og banebrytende teknologiforskning.I begynnelsen av 2022 ga den nasjonale utviklings- og reformkommisjonen og Kunnskapsdepartementet ut "Godkjenning av mulighetsstudierapporten om det nasjonale energilagringsteknologien Industry-Education Integration Innovation Platform Project ved North China Electric Power University", Nord-Kina Electric Power University National Energy Storage Technology Industry-Education Integration Innovation Platform Project Det ble offisielt godkjent og ble den første gruppen med høyskoler og universiteter som hadde "kontroll".Deretter ble North China Electric Power University Hydrogen Energy Technology Innovation Center formelt etablert.Innovasjonsplattformen og innovasjonssenteret fokuserer på teknisk forskning innen elektrokjemisk energilagring, hydrogenenergi og dens anvendelsesteknologi i kraftnettet, og fremmer aktivt utviklingen av den nasjonale hydrogenenergiindustrien.

For det tredje er det nødvendig å fremme byggingen av et team av fagfolk innen hydrogenenergi.Det teknologiske nivået og omfanget av hydrogenenergiindustrien har fortsatt å gjøre gjennombrudd. Imidlertid står hydrogenenergiindustrien overfor et stort gap i talentteamet, spesielt den alvorlige mangelen på innovative talenter på høyt nivå.For noen dager siden ble hovedfaget "Hydrogen Energy Science and Engineering" erklært av North China Electric Power University offisielt inkludert i katalogen over hovedfag på vanlige høyskoler og universiteter, og disiplinen "Hydrogen Energy Science and Engineering" ble inkludert i nytt tverrfaglig fag.Denne disiplinen vil ta kraftteknikk, termofysikk, kjemiteknikk og andre disipliner som trekkraft, organisk integrere hydrogenproduksjon, hydrogenlagring og -transport, hydrogensikkerhet, hydrogenkraft og andre hydrogenenergimodulkurs, og gjennomføre allsidige tverrfaglige grunnleggende og anvendt forskning. Det vil gi gunstig talentstøtte for å realisere den sikre overgangen til mitt lands energistruktur, samt utviklingen av mitt lands hydrogenenergiindustri og energiindustri.