[Resumo]A energia do hidrogênio é um tipo de energia secundária com fontes abundantes, verdes e de baixo carbono, e ampla aplicação. Pode ajudar o consumo em larga escala de energia renovável, realizar a redução de picos em grande escala da rede elétrica e do armazenamento de energia ao longo das estações e regiões, e acelerar a promoção da indústria, construção, transporte e outros campos de baixo carbono.o meu país tem uma boa base para a produção de hidrogénio e um mercado de aplicações em grande escala, e tem vantagens significativas no desenvolvimento da energia do hidrogénio.Acelerar o desenvolvimento da indústria energética do hidrogénio é um caminho importante para ajudar o meu país a atingir o objectivo da neutralização do carbono.Há poucos dias, a Comissão Nacional de Desenvolvimento e Reforma e a Administração Nacional de Energia emitiram conjuntamente o “Plano de Médio e Longo Prazo para o Desenvolvimento da Indústria Energética do Hidrogénio (2021-2035)”.O desenvolvimento e a utilização da energia do hidrogénio estão a desencadear uma profunda revolução energética. A energia do hidrogénio tornou-se um novo código para resolver a crise energética e construir um sistema energético moderno limpo, de baixo carbono, seguro e eficiente.
A crise energética abriu o caminho para a exploração do desenvolvimento e utilização da energia do hidrogénio.
A energia do hidrogênio como energia alternativa entrou no campo de visão das pessoas, o que remonta à década de 1970.Naquela época, a guerra no Oriente Médio desencadeou uma crise global do petróleo. Para se livrar da dependência do petróleo importado, os Estados Unidos propuseram primeiro o conceito de “economia do hidrogénio”, argumentando que, no futuro, o hidrogénio poderia substituir o petróleo e tornar-se a principal energia de apoio ao transporte global.De 1960 a 2000, a célula de combustível, uma ferramenta importante para a utilização da energia do hidrogénio, desenvolveu-se rapidamente, e a sua aplicação na indústria aeroespacial, na geração de energia e nos transportes provou plenamente a viabilidade da energia do hidrogénio como fonte de energia secundária.A indústria de energia do hidrogênio entrou em declínio por volta de 2010.Mas o lançamento do “futuro” veículo com célula de combustível da Toyota em 2014 desencadeou mais um boom do hidrogénio.Posteriormente, muitos países lançaram sucessivamente rotas estratégicas para o desenvolvimento da energia do hidrogénio, concentrando-se principalmente na geração de energia e transporte para promover o desenvolvimento da energia do hidrogénio e das indústrias de células de combustível; a UE lançou a Estratégia de Energia do Hidrogénio da UE em 2020, com o objetivo de promover a energia do hidrogénio na indústria, nos transportes, na geração de energia e outras aplicações em todos os domínios; em 2020, os Estados Unidos lançaram o “Plano de Desenvolvimento do Plano de Energia do Hidrogênio”, formularam uma série de indicadores técnicos e econômicos importantes e esperam se tornar líderes de mercado na cadeia da indústria de energia do hidrogênio.Até agora, os países que representam 75% da economia global lançaram políticas de desenvolvimento da energia do hidrogénio para promover activamente o desenvolvimento da energia do hidrogénio.
Em comparação com os países desenvolvidos, a indústria energética do hidrogénio do meu país ainda está na fase inicial de desenvolvimento.Nos últimos anos, o meu país tem prestado mais atenção à indústria energética do hidrogénio.Em Março de 2019, a energia do hidrogénio foi incluída pela primeira vez no “Relatório de Trabalho do Governo”, acelerando a construção de instalações como carregamento e hidrogenação no domínio público; Incluído na categoria energética; em setembro de 2020, cinco departamentos, incluindo o Ministério das Finanças, o Ministério da Indústria e Tecnologia da Informação, realizarão em conjunto a aplicação de demonstração de veículos com células de combustível e recompensarão aglomerações urbanas elegíveis pela industrialização e aplicações de demonstração de tecnologias essenciais de veículos com células de combustível ;Em outubro de 2021, o Comitê Central do Partido Comunista da China e o Conselho de Estado emitiram os “Pareceres sobre a implementação totalmente precisa do novo conceito de desenvolvimento e a realização de um bom trabalho na neutralização do carbono” para coordenar o desenvolvimento de toda a cadeia de energia do hidrogênio “produção-armazenamento-transmissão-uso”; Em Março de 2022, a Comissão Nacional de Desenvolvimento e Reforma emitiu o “Plano de Médio e Longo Prazo para o Desenvolvimento da Indústria Energética do Hidrogénio (2021-2035)”, e a energia do hidrogénio foi identificada como uma parte importante do futuro sistema energético nacional e uma chave para realizar a transformação verde e de baixo carbono dos terminais consumidores de energia. Sendo um transportador importante, a indústria da energia do hidrogénio foi identificada como uma indústria emergente estratégica e uma direção-chave de desenvolvimento da indústria futura.
Nos últimos anos, a indústria energética do hidrogénio do meu país desenvolveu-se rapidamente, cobrindo basicamente toda a cadeia de produção-armazenamento-transmissão-utilização do hidrogénio.
A montante da cadeia da indústria energética do hidrogénio está a produção de hidrogénio. o meu país é o maior produtor mundial de hidrogénio, com uma capacidade de produção de hidrogénio de cerca de 33 milhões de toneladas.De acordo com a intensidade de emissão de carbono do processo produtivo, o hidrogênio é dividido em “hidrogênio cinza”, “hidrogênio azul” e “hidrogênio verde”.O hidrogénio cinzento refere-se ao hidrogénio produzido pela queima de combustíveis fósseis, e haverá muitas emissões de dióxido de carbono durante o processo de produção; o hidrogénio azul baseia-se no hidrogénio cinzento, aplicando tecnologia de captura e armazenamento de carbono para alcançar a produção de hidrogénio com baixo teor de carbono; o hidrogênio verde é produzido por energia renovável, como energia solar e eólica, é usado para eletrolisar a água para produzir hidrogênio, e não há emissão de carbono no processo de produção de hidrogênio.Actualmente, a produção de hidrogénio do meu país é dominada pela produção de hidrogénio à base de carvão, representando cerca de 80%.No futuro, à medida que o custo da produção de energia renovável continuar a diminuir, a proporção de hidrogénio verde aumentará ano após ano e espera-se que atinja 70% em 2050.
O meio da cadeia da indústria de energia do hidrogênio é o armazenamento e transporte de hidrogênio. A tecnologia de armazenamento e transporte de gás de alta pressão foi comercializada e é o método mais extenso de armazenamento e transporte de energia de hidrogênio.O reboque de tubo longo tem alta flexibilidade de transporte e é adequado para transporte de hidrogênio de pequeno volume e curta distância; o armazenamento de hidrogênio líquido e o armazenamento de hidrogênio em estado sólido não requerem vasos de pressão e o transporte é conveniente, que é a direção do armazenamento e transporte de energia de hidrogênio em grande escala no futuro.
A jusante da cadeia da indústria energética do hidrogénio está a aplicação abrangente do hidrogénio. Como matéria-prima industrial, o hidrogênio pode ser amplamente utilizado nas áreas de petróleo, química, metalurgia, eletrônica, medicina e outras. Além disso, o hidrogénio também pode ser convertido em eletricidade e calor através de células de combustível de hidrogénio ou motores de combustão interna a hidrogénio. , que pode abranger todos os aspectos da produção social e da vida.Até 2060, espera-se que a procura de energia de hidrogénio no meu país atinja 130 milhões de toneladas, das quais a procura industrial domina, representando cerca de 60%, e o sector dos transportes expandir-se-á para 31% ano após ano.
O desenvolvimento e a utilização da energia do hidrogénio estão a desencadear uma profunda revolução energética.
A energia do hidrogênio tem amplas perspectivas de aplicação em muitos campos, como transporte, indústria, construção e eletricidade.
No domínio dos transportes, o transporte rodoviário de longa distância, os caminhos-de-ferro, a aviação e o transporte marítimo consideram a energia do hidrogénio um dos combustíveis importantes para a redução das emissões de carbono.Nesta fase, o meu país é dominado principalmente por autocarros e camiões pesados com células de combustível de hidrogénio, cujo número ultrapassa os 6.000.Em termos de infra-estruturas de apoio correspondentes, o meu país construiu mais de 250 estações de reabastecimento de hidrogénio, representando cerca de 40% do número global, ocupando o primeiro lugar no mundo.De acordo com os dados divulgados pelo Comitê Organizador dos Jogos Olímpicos de Inverno de Pequim, estes Jogos Olímpicos de Inverno demonstrarão a operação de mais de 1.000 veículos com células de combustível a hidrogênio, equipados com mais de 30 postos de reabastecimento de hidrogênio, que é a maior aplicação de demonstração de veículos com células de combustível no mundo.
Actualmente, o campo com a maior proporção de aplicação de energia de hidrogénio no meu país é o campo industrial.Além de suas propriedades de combustível energético, a energia do hidrogênio também é uma importante matéria-prima industrial.O hidrogênio pode substituir o coque e o gás natural como agente redutor, o que pode eliminar a maior parte das emissões de carbono nos processos de produção de ferro e aço.O uso de energia renovável e eletricidade para eletrolisar a água para produzir hidrogênio e, em seguida, sintetizar produtos químicos como amônia e metanol, conduz a uma redução substancial de carbono e à redução de emissões na indústria química.
A integração da energia do hidrogénio e dos edifícios é um novo conceito de construção verde que surgiu nos últimos anos.A área da construção necessita de consumir muita energia eléctrica e energia térmica, e foi listada como as três principais “famílias consumidoras de energia” no meu país, juntamente com a área dos transportes e a área industrial.A eficiência pura de geração de energia das células a combustível de hidrogênio é de apenas cerca de 50%, enquanto a eficiência geral da combinação de calor e energia pode chegar a 85%. Embora as células de combustível de hidrogénio gerem eletricidade para edifícios, o calor residual pode ser recuperado para aquecimento e água quente.Em termos de transporte de hidrogénio para terminais de construção, o hidrogénio pode ser misturado com gás natural numa proporção inferior a 20% com a ajuda de uma rede doméstica de gasodutos de gás natural relativamente completa e transportado para milhares de famílias.Estima-se que em 2050, 10% do aquecimento global dos edifícios e 8% da energia dos edifícios serão fornecidos por hidrogénio, reduzindo as emissões de dióxido de carbono em 700 milhões de toneladas por ano.
No domínio da electricidade, devido à instabilidade das energias renováveis, a energia do hidrogénio pode tornar-se uma nova forma de armazenamento de energia através da conversão electricidade-hidrogénio-electricidade.Durante períodos de baixo consumo de eletricidade, o hidrogênio é produzido pela eletrólise da água com excedente de energia renovável e armazenado na forma de gás de alta pressão, líquido de baixa temperatura, líquido orgânico ou materiais sólidos; durante os períodos de pico de consumo de eletricidade, o hidrogénio armazenado é passado através de baterias de combustível ou unidades de turbina de hidrogénio geram eletricidade, que é alimentada na rede pública.A escala de armazenamento de energia do hidrogênio é maior, até 1 milhão de quilowatts, e o tempo de armazenamento é maior. O armazenamento sazonal pode ser realizado de acordo com a diferença de produção de energia solar, energia eólica e recursos hídricos.Em agosto de 2019, o primeiro projeto de armazenamento de energia de hidrogênio em escala de megawatts do meu país foi lançado em Lu'an, província de Anhui, e foi conectado com sucesso à rede para geração de energia em 2022.
Ao mesmo tempo, o acoplamento electro-hidrogénio também desempenhará um papel importante na construção de um sistema energético moderno no meu país.
De uma perspectiva limpa e de baixo carbono, a electrificação em grande escala é uma ferramenta poderosa para a redução de carbono em muitos domínios no meu país, tais como veículos eléctricos no domínio dos transportes, substituindo veículos a combustível, e aquecimento eléctrico no domínio da construção, substituindo o aquecimento tradicional por caldeiras. .No entanto, ainda existem algumas indústrias que são difíceis de alcançar a redução de carbono através da electrificação directa. As indústrias mais difíceis incluem aço, produtos químicos, transporte rodoviário, transporte marítimo e aviação.A energia do hidrogénio tem as propriedades duplas de combustível energético e matéria-prima industrial e pode desempenhar um papel importante nos campos acima mencionados que são difíceis de descarbonizar profundamente.
Do ponto de vista da segurança e da eficiência, em primeiro lugar, a energia do hidrogénio pode promover o desenvolvimento de uma maior quota de energia renovável e reduzir eficazmente a dependência do meu país das importações de petróleo e gás; O equilíbrio regional do abastecimento e consumo de energia no meu país; além disso, com a redução do custo da electricidade das energias renováveis, a economia da electricidade verde e da energia verde do hidrogénio será melhorada e serão amplamente aceites e utilizadas pelo público; a energia do hidrogênio e a eletricidade, como centros de energia, são mais É fácil acoplar várias fontes de energia, como energia térmica, energia fria, combustível, etc., para estabelecer conjuntamente uma rede de energia moderna interconectada, formar um sistema de fornecimento de energia altamente resiliente e melhorar a eficiência, a economia e a segurança do sistema de abastecimento de energia.
O desenvolvimento da indústria energética do hidrogénio no meu país ainda enfrenta desafios
A produção de hidrogénio verde de baixo custo e baixas emissões é um dos desafios importantes que a indústria energética do hidrogénio enfrenta.Sob a premissa de não agregar novas emissões de carbono, resolver o problema da fonte do hidrogênio é a premissa do desenvolvimento da indústria energética do hidrogênio.A produção de hidrogénio através da energia fóssil e a produção de hidrogénio por subprodutos industriais estão maduras e rentáveis, e continuarão a ser a principal fonte de hidrogénio no curto prazo.Contudo, as reservas de energia fóssil são limitadas e ainda existe um problema de emissão de carbono no processo de produção de hidrogénio; a produção de subprodutos industriais de hidrogênio é limitada e a distância de radiação de fornecimento é curta.
A longo prazo, a produção de hidrogénio a partir da eletrólise da água é fácil de combinar com energias renováveis, tem maior potencial em escala, é mais limpa e sustentável e é o método de fornecimento de hidrogénio verde com maior potencial.Actualmente, a tecnologia de electrólise alcalina do meu país está próxima do nível internacional e é a tecnologia dominante no campo da electrólise comercial, mas há espaço limitado para redução de custos no futuro.A eletrólise da água por membrana de troca de prótons para a produção de hidrogênio é atualmente cara e o grau de localização dos principais dispositivos está aumentando ano a ano.A eletrólise de óxido sólido está próxima da comercialização internacional, mas ainda está em fase de recuperação no mercado interno.
o sistema de abastecimento da cadeia de abastecimento da indústria de energia de hidrogénio do meu país ainda não está completo e ainda existe uma lacuna entre as aplicações comerciais em grande escala.Mais de 200 estações de hidrogenação foram construídas no meu país, a maioria das quais são estações de hidrogenação gasosa de 35 MPa, e estações de hidrogenação gasosa de alta pressão de 70 MPa com maior capacidade de armazenamento de hidrogénio representam uma pequena proporção.Falta de experiência na construção e operação de estações de abastecimento de hidrogénio líquido e de estações integradas de produção e hidrogenação de hidrogénio.Atualmente, o transporte de hidrogênio é baseado principalmente no transporte de reboques gasosos de alta pressão e tubos longos, e o transporte por dutos ainda é um ponto fraco.Actualmente, a quilometragem dos gasodutos de hidrogénio é de cerca de 400 quilómetros, e os gasodutos em uso têm apenas cerca de 100 quilómetros.O transporte por dutos também enfrenta a possibilidade de fragilização por hidrogênio causada pelo escape de hidrogênio. No futuro, ainda é necessário melhorar ainda mais as propriedades químicas e mecânicas dos materiais das tubulações.Progressos significativos foram feitos na tecnologia de armazenamento de hidrogénio líquido e na tecnologia de armazenamento de hidrogénio de hidreto metálico, mas o equilíbrio entre densidade, segurança e custo de armazenamento de hidrogénio não foi resolvido, e ainda existe uma certa lacuna entre as aplicações comerciais em grande escala.
O sistema político especializado e o mecanismo de coordenação e cooperação multidepartamental e multicampo ainda não são perfeitos.O “Plano de Médio e Longo Prazo para o Desenvolvimento da Indústria da Energia do Hidrogénio (2021-2035)” é o primeiro plano de desenvolvimento da energia do hidrogénio a nível nacional, mas o plano especial e o sistema político ainda precisam de ser melhorados. No futuro, é necessário clarificar ainda mais a direção, os objetivos e as prioridades do desenvolvimento industrial.A cadeia da indústria energética do hidrogénio envolve uma variedade de tecnologias e campos industriais. Actualmente, ainda existem problemas como a cooperação interdisciplinar insuficiente e o mecanismo de coordenação interdepartamental insuficiente.Por exemplo, a construção de estações de reabastecimento de hidrogénio requer cooperação multidepartamental, como capital, tecnologia, infra-estruturas e controlo de produtos químicos perigosos. Actualmente, existem problemas como a falta de clareza das autoridades competentes, a dificuldade de aprovação e as propriedades do hidrogénio ainda são apenas produtos químicos perigosos, o que representa uma séria ameaça ao desenvolvimento da indústria. grandes restrições.
Acreditamos que a tecnologia, as plataformas e os talentos são os pontos de crescimento para apoiar o desenvolvimento da indústria energética do hidrogénio no meu país.
Em primeiro lugar, é necessário melhorar continuamente o nível das principais tecnologias essenciais.A inovação tecnológica é o núcleo do desenvolvimento da indústria energética do hidrogénio.No futuro, o meu país continuará a promover a investigação e o desenvolvimento de tecnologias essenciais na produção, armazenamento, transporte e aplicação de energia de hidrogénio verde e de baixo carbono.Acelerar a inovação tecnológica das células a combustível com membrana de troca de prótons, desenvolver materiais-chave, melhorar os principais indicadores de desempenho e a capacidade de produção em massa e continuar a melhorar a confiabilidade, estabilidade e durabilidade das células a combustível.Serão feitos esforços para promover a P&D e a fabricação de componentes principais e equipamentos essenciais.Acelerar a melhoria da eficiência de conversão da produção de hidrogénio das energias renováveis e a escala da produção de hidrogénio através de um único dispositivo, e fazer avanços nas principais tecnologias essenciais na ligação da infraestrutura energética do hidrogénio.Continuar a realizar pesquisas sobre as leis básicas de segurança energética do hidrogênio.Continuar a promover a tecnologia avançada de energia do hidrogénio, os principais equipamentos, as aplicações de demonstração e a industrialização dos principais produtos, e a construir um sistema tecnológico de desenvolvimento de alta qualidade para a indústria da energia do hidrogénio.
Em segundo lugar, devemos concentrar-nos na construção de uma plataforma de apoio à inovação industrial.O desenvolvimento da indústria da energia do hidrogénio precisa de se concentrar em áreas e ligações-chave e construir uma plataforma de inovação diversificada e a vários níveis.Apoiar universidades, institutos de investigação e empresas para acelerar a construção de laboratórios-chave e plataformas de investigação cruzada de ponta, e realizar investigação básica sobre aplicações de energia de hidrogénio e investigação de tecnologia de ponta.No início de 2022, a Comissão Nacional de Desenvolvimento e Reforma e o Ministério da Educação emitiram a “Aprovação do Relatório de Estudo de Viabilidade sobre o Projeto Nacional de Plataforma de Inovação de Integração Indústria-Educação de Tecnologia de Armazenamento de Energia da Universidade de Energia Elétrica do Norte da China”, o Norte da China Projeto de Plataforma de Inovação de Integração Indústria-Educação com Tecnologia Nacional de Armazenamento de Energia da Electric Power University Foi oficialmente aprovado e se tornou o primeiro lote de faculdades e universidades a estar “no comando”.Posteriormente, o Centro de Inovação em Tecnologia de Energia de Hidrogênio da Universidade de Energia Elétrica do Norte da China foi formalmente estabelecido.A plataforma de inovação e o centro de inovação centram-se na investigação técnica nas áreas de armazenamento de energia eletroquímica, energia de hidrogénio e sua tecnologia de aplicação na rede elétrica, e promovem ativamente o desenvolvimento da indústria nacional de energia de hidrogénio.
Terceiro, é necessário promover a construção de uma equipa de profissionais da energia do hidrogénio.O nível tecnológico e a escala da indústria da energia do hidrogénio continuaram a fazer avanços. No entanto, a indústria da energia do hidrogénio enfrenta uma grande lacuna na equipa de talentos, especialmente a grave escassez de talentos inovadores de alto nível.Há poucos dias, o curso de “Ciência e Engenharia de Energia de Hidrogênio” declarado pela North China Electric Power University foi oficialmente incluído no catálogo de cursos de graduação em faculdades e universidades comuns, e a disciplina “Ciência e Engenharia de Energia de Hidrogênio” foi incluída no novo tema interdisciplinar.Esta disciplina abordará engenharia de energia, engenharia termofísica, engenharia química e outras disciplinas como tração, integrará organicamente a produção de hidrogênio, armazenamento e transporte de hidrogênio, segurança de hidrogênio, energia de hidrogênio e outros cursos de módulo de energia de hidrogênio, e realizará cursos interdisciplinares completos básicos e pesquisa aplicada. Fornecerá apoio favorável aos talentos para a realização da transição segura da estrutura energética do meu país, bem como para o desenvolvimento da indústria de energia do hidrogénio e da indústria energética do meu país.
Horário da postagem: 16 de maio de 2022