[Abstract]Energia cu hidrogen este un fel de energie secundară cu surse abundente, verde și cu emisii scăzute de carbon și cu aplicații extinse. Poate ajuta la consumul pe scară largă de energie regenerabilă, poate realiza reducerea maximă la scară largă a rețelei electrice și stocarea energiei în sezoane și regiuni și poate accelera promovarea domeniilor industriale, construcțiilor, transporturilor și a altor domenii cu emisii scăzute de carbon.Țara mea are o bază bună pentru producția de hidrogen și o piață de aplicații pe scară largă și are avantaje semnificative în dezvoltarea energiei cu hidrogen.Accelerarea dezvoltării industriei energetice cu hidrogen este o cale importantă pentru a ajuta țara mea să atingă obiectivul neutralizării carbonului.În urmă cu câteva zile, Comisia Națională de Dezvoltare și Reformă și Administrația Națională a Energiei au emis în comun „Planul pe termen mediu și lung pentru dezvoltarea industriei energetice cu hidrogen (2021-2035)”.Dezvoltarea și utilizarea energiei hidrogenului declanșează o profundă revoluție energetică. Energia cu hidrogen a devenit un nou cod pentru rezolvarea crizei energetice și construirea unui sistem energetic modern curat, cu emisii scăzute de carbon, sigur și eficient.
Criza energetică a deschis calea explorării dezvoltării și utilizării energiei hidrogenului.
Energia hidrogenului ca energie alternativă a intrat în câmpul vizual al oamenilor, care poate fi urmărit încă din anii 1970.La acea vreme, războiul din Orientul Mijlociu a declanșat o criză mondială a petrolului. Pentru a scăpa de dependența de petrolul importat, Statele Unite au propus mai întâi conceptul de „economie cu hidrogen”, argumentând că, în viitor, hidrogenul ar putea înlocui petrolul și deveni principala energie care sprijină transportul global.Din 1960 până în 2000, pila de combustie, un instrument important pentru utilizarea energiei hidrogenului, s-a dezvoltat rapid, iar aplicarea sa în industria aerospațială, generarea de energie și transporturi a dovedit pe deplin fezabilitatea energiei hidrogenului ca sursă de energie secundară.Industria energiei cu hidrogen a intrat într-un nivel scăzut în jurul anului 2010.Dar lansarea „viitorului” vehicul cu celule de combustibil Toyota în 2014 a declanșat încă un nou boom de hidrogen.Ulterior, multe țări au lansat succesiv rute strategice pentru dezvoltarea energiei cu hidrogen, concentrându-se în principal pe generarea de energie și transportul pentru a promova dezvoltarea energiei cu hidrogen și a industriilor de celule de combustibil; UE a lansat Strategia UE privind energia cu hidrogen în 2020, având ca scop promovarea energiei cu hidrogen în industrie, transporturi, generarea de energie și alte aplicații în toate domeniile; în 2020, Statele Unite au lansat „Planul de dezvoltare a planului energetic pentru hidrogen”, a formulat o serie de indicatori tehnici și economici cheie și se așteaptă să devină lider de piață în lanțul industriei energetice cu hidrogen.Până acum, țările care reprezintă 75% din economia globală au lansat politici de dezvoltare a energiei cu hidrogen pentru a promova în mod activ dezvoltarea energiei cu hidrogen.
În comparație cu țările dezvoltate, industria energetică cu hidrogen a țării mele se află încă în stadiul inițial de dezvoltare.În ultimii ani, țara mea a acordat mai multă atenție industriei energetice cu hidrogen.În martie 2019, energia cu hidrogen a fost înscrisă în „Raportul de lucru guvernamental” pentru prima dată, accelerând construcția de facilități precum încărcarea și hidrogenarea în domeniul public; Inclus în categoria energie; în septembrie 2020, cinci departamente, inclusiv Ministerul Finanțelor, Ministerul Industriei și Tehnologiei Informației, vor realiza în comun aplicarea demonstrativă a vehiculelor cu pile de combustie și vor recompensa aglomerările urbane eligibile pentru industrializarea și aplicațiile demonstrative ale tehnologiilor cheie de bază ale vehiculelor cu celule de combustibil. ;În octombrie 2021, Comitetul Central al Partidului Comunist din China și Consiliul de Stat au emis „Opiniile privind implementarea completă cu acuratețe a noului concept de dezvoltare și realizarea unei treburi bune în neutralizarea carbonului” pentru a coordona dezvoltarea întregului lanț de energie cu hidrogen „producție-depozitare-transmisie-utilizare”; În martie 2022, Comisia Națională pentru Dezvoltare și Reformă a emis „Planul pe termen mediu și lung pentru dezvoltarea industriei energiei cu hidrogen (2021-2035)”, iar energia cu hidrogen a fost identificată ca o parte importantă a viitorului sistem energetic național și o cheie pentru realizarea transformării ecologice și cu emisii scăzute de carbon a terminalelor care folosesc energie. Un transportator important, industria energiei cu hidrogen a fost identificată ca o industrie strategică emergentă și o direcție cheie de dezvoltare a viitoarei industrie.
În ultimii ani, industria energetică a hidrogenului din țara mea s-a dezvoltat rapid, acoperind practic întregul lanț de producție-stocare-transmisie-utilizare a hidrogenului.
În amonte de lanțul industriei energetice cu hidrogen este producția de hidrogen. țara mea este cel mai mare producător de hidrogen din lume, cu o capacitate de producție de hidrogen de aproximativ 33 de milioane de tone.În funcție de intensitatea emisiilor de carbon din procesul de producție, hidrogenul este împărțit în „hidrogen gri”, „hidrogen albastru” și „hidrogen verde”.Hidrogenul gri se referă la hidrogenul produs prin arderea combustibililor fosili și vor exista o mulțime de emisii de dioxid de carbon în timpul procesului de producție; hidrogenul albastru se bazează pe hidrogen gri, aplicând tehnologia de captare și stocare a carbonului pentru a obține o producție de hidrogen cu emisii scăzute de carbon; hidrogenul verde este produs de energie regenerabilă, cum ar fi energia solară și energia eoliană, este folosită pentru a electroliza apa pentru a produce hidrogen și nu există emisii de carbon în procesul de producere a hidrogenului.În prezent, producția de hidrogen a țării mele este dominată de producția de hidrogen pe bază de cărbune, reprezentând aproximativ 80%.În viitor, pe măsură ce costul producerii energiei din surse regenerabile continuă să scadă, proporția de hidrogen verde va crește de la an la an și se preconizează că va ajunge la 70% în 2050.
Fluxul central al lanțului industriei energetice cu hidrogen este stocarea și transportul hidrogenului. Tehnologia de stocare și transport gazos de înaltă presiune a fost comercializată și este cea mai extinsă metodă de stocare și transport a energiei cu hidrogen.Remorca cu tub lung are o flexibilitate ridicată de transport și este potrivită pentru transportul hidrogenului pe distanțe scurte și cu volum mic; Stocarea hidrogenului lichid și stocarea hidrogenului în stare solidă nu necesită vase sub presiune, iar transportul este convenabil, care este direcția stocării și transportului de energie pe scară largă a hidrogenului în viitor.
În avalul lanțului industriei energetice cu hidrogen este aplicarea cuprinzătoare a hidrogenului. Ca materie primă industrială, hidrogenul poate fi utilizat pe scară largă în petrol, chimie, metalurgie, electronică, medical și alte domenii. În plus, hidrogenul poate fi, de asemenea, convertit în energie electrică și căldură prin pile de combustie cu hidrogen sau motoare cu ardere internă cu hidrogen. , care poate acoperi toate aspectele producției sociale și ale vieții.Până în 2060, cererea de energie cu hidrogen a țării mele este de așteptat să ajungă la 130 de milioane de tone, din care domină cererea industrială, reprezentând aproximativ 60%, iar sectorul transporturilor se va extinde la 31% an de an.
Dezvoltarea și utilizarea energiei hidrogenului declanșează o profundă revoluție energetică.
Energia cu hidrogen are perspective largi de aplicare în multe domenii precum transporturi, industrie, construcții și electricitate.
În domeniul transporturilor, transportul rutier pe distanțe lungi, căile ferate, aviația și transportul maritim consideră energia hidrogenului drept unul dintre combustibilii importanți pentru reducerea emisiilor de carbon.În această etapă, țara mea este dominată în principal de autobuze cu celule de combustie cu hidrogen și camioane grele, al căror număr depășește 6.000.În ceea ce privește infrastructura de sprijin corespunzătoare, țara mea a construit peste 250 de stații de alimentare cu hidrogen, reprezentând aproximativ 40% din numărul global, ocupând primul loc în lume.Conform datelor publicate de Comitetul de Organizare a Jocurilor Olimpice de Iarnă de la Beijing, aceste Jocuri Olimpice de iarnă vor demonstra funcționarea a peste 1.000 de vehicule cu pile de combustie cu hidrogen, echipate cu peste 30 de stații de alimentare cu hidrogen, care este cea mai mare aplicație demonstrativă a vehiculelor cu celule de combustibil din lume.
În prezent, domeniul cu cea mai mare proporție de aplicare a energiei cu hidrogen în țara mea este domeniul industrial.Pe lângă proprietățile sale de combustibil energetic, energia hidrogenului este și o materie primă industrială importantă.Hidrogenul poate înlocui cocsul și gazul natural ca agent reducător, ceea ce poate elimina majoritatea emisiilor de carbon din procesele de fabricare a fierului și a oțelului.Utilizarea energiei regenerabile și a electricității pentru a electroliza apa pentru a produce hidrogen și apoi a sintetiza produse chimice, cum ar fi amoniacul și metanolul, conduce la o reducere substanțială a carbonului și a emisiilor în industria chimică.
Integrarea energiei cu hidrogen și a clădirilor este un nou concept de clădire verde care a apărut în ultimii ani.Domeniul construcțiilor trebuie să consume multă energie electrică și energie termică și a fost catalogat drept trei mari „gospodării consumatoare de energie” din țara mea împreună cu domeniul transporturilor și cel industrial.Eficiența de generare de energie pură a celulelor de combustibil cu hidrogen este de numai aproximativ 50%, în timp ce eficiența totală a căldurii și energiei combinate poate ajunge la 85%. În timp ce pilele de combustibil cu hidrogen generează energie electrică pentru clădiri, căldura reziduală poate fi recuperată pentru încălzire și apă caldă.În ceea ce privește transportul hidrogenului către terminalele clădirilor, hidrogenul poate fi amestecat cu gazul natural în proporție mai mică de 20% cu ajutorul unei rețele de conducte de gaze naturale relativ complete menajere și transportat la mii de gospodării.Se estimează că în 2050, 10% din încălzirea globală a clădirilor și 8% din energia clădirii vor fi furnizate de hidrogen, reducând emisiile de dioxid de carbon cu 700 de milioane de tone pe an.
În domeniul energiei electrice, din cauza instabilității energiei regenerabile, energia cu hidrogen poate deveni o nouă formă de stocare a energiei prin conversia energie electrică-hidrogen-electricitate.În perioadele de consum redus de energie electrică, hidrogenul este produs prin electrolizarea apei cu surplus de energie regenerabilă, și stocat sub formă de materiale gazoase de înaltă presiune, lichide la temperatură joasă, lichide organice sau solide; în perioadele de vârf de consum de energie electrică, hidrogenul stocat este trecut prin combustibil. Bateriile sau turbinele cu hidrogen generează energie electrică, care este alimentată în rețeaua publică.Scara de stocare a energiei cu hidrogen este mai mare, de până la 1 milion de kilowați, iar timpul de stocare este mai lung. Stocarea sezonieră poate fi realizată în funcție de diferența de ieșire a energiei solare, a energiei eoliene și a resurselor de apă.În august 2019, primul proiect de stocare a energiei cu hidrogen la scară de megawați al țării mele a fost lansat în Lu'an, provincia Anhui, și a fost conectat cu succes la rețea pentru generarea de energie în 2022.
În același timp, cuplarea electro-hidrogen va juca și un rol important în construirea unui sistem energetic modern în țara mea.
Dintr-o perspectivă curată și cu emisii scăzute de carbon, electrificarea pe scară largă este un instrument puternic pentru reducerea carbonului în multe domenii din țara mea, cum ar fi vehiculele electrice în domeniul transporturilor care înlocuiesc vehiculele cu combustibil și încălzirea electrică în domeniul construcțiilor care înlocuiește încălzirea tradițională a cazanelor. .Cu toate acestea, există încă unele industrii care sunt greu de realizat reducerea carbonului prin electrificare directă. Cele mai dificile industrii includ oțelul, produsele chimice, transportul rutier, transportul maritim și aviația.Energia hidrogenului are proprietăți duble de combustibil energetic și materie primă industrială și poate juca un rol important în domeniile menționate mai sus, care sunt greu de decarbonizat profund.
Din perspectiva siguranței și eficienței, în primul rând, energia cu hidrogen poate promova dezvoltarea unei ponderi mai mari a energiei regenerabile și poate reduce în mod eficient dependența țării mele de importurile de petrol și gaze; Bilanțul regional al aprovizionării și consumului de energie în țara mea; în plus, odată cu reducerea costului energiei electrice din surse regenerabile, economia electricității verzi și a energiei cu hidrogen verde va fi îmbunătățită, iar acestea vor fi acceptate și utilizate pe scară largă de către public; energia cu hidrogen și electricitatea, ca centre energetice, sunt mai mult. Este ușor să cuplați diverse surse de energie, cum ar fi energia termică, energia rece, combustibilul etc., să stabilim împreună o rețea de energie modernă interconectată, să formezi un sistem de alimentare cu energie foarte rezistent și îmbunătățirea eficienței, economiei și securității sistemului de alimentare cu energie.
Dezvoltarea industriei energetice cu hidrogen din țara mea încă se confruntă cu provocări
Producția de hidrogen verde cu costuri reduse și cu emisii reduse este una dintre provocările importante cu care se confruntă industria energetică cu hidrogen.Sub premisa de a nu adăuga noi emisii de carbon, rezolvarea problemei sursei de hidrogen este premisa dezvoltării industriei energetice cu hidrogen.Producția de hidrogen din energie fosilă și producția de hidrogen subprodus industrial sunt mature și rentabile și vor rămâne principala sursă de hidrogen pe termen scurt.Cu toate acestea, rezervele de energie fosilă sunt limitate și există încă o problemă de emisie de carbon în procesul de producere a hidrogenului; producția de subprodus industrial producția de hidrogen este limitată, iar distanța de radiație de alimentare este scurtă.
Pe termen lung, producția de hidrogen din electroliza apei este ușor de combinat cu energia regenerabilă, are un potențial de scară mai mare, este mai curată și mai durabilă și este cea mai potențială metodă de aprovizionare cu hidrogen verde.În prezent, tehnologia de electroliză alcalină a țării mele este aproape de nivelul internațional și este tehnologia de bază în domeniul electrolizei comerciale, dar există spațiu limitat pentru reducerea costurilor în viitor.Electroliza cu membrană schimbătoare de protoni a apei pentru producerea de hidrogen este în prezent costisitoare, iar gradul de localizare a dispozitivelor cheie crește de la an la an.Electroliza cu oxid solid este aproape de comercializare la nivel internațional, dar este încă în faza de recuperare pe plan intern.
Sistemul de aprovizionare al industriei energetice cu hidrogen din țara mea nu este încă complet și există încă un decalaj între aplicațiile comerciale la scară largă.În țara mea au fost construite peste 200 de stații de hidrogenare, dintre care majoritatea sunt stații de hidrogenare gazoasă de 35 MPa, iar stațiile de hidrogenare gazoasă de înaltă presiune de 70 MPa cu capacitate mai mare de stocare a hidrogenului reprezintă o mică parte.Lipsa de experiență în construcția și exploatarea stațiilor de realimentare cu hidrogen lichid și a stațiilor integrate de producere și hidrogenare a hidrogenului.În prezent, transportul hidrogenului se bazează în principal pe transportul cu remorcă cu tub lung gazos de înaltă presiune, iar transportul prin conducte este încă un punct slab.În prezent, kilometrajul conductelor de hidrogen este de aproximativ 400 de kilometri, iar conductele în uz sunt de numai aproximativ 100 de kilometri.Transportul prin conducte se confruntă, de asemenea, cu posibilitatea de fragilizare a hidrogenului cauzată de scăparea hidrogenului. În viitor, este încă necesară îmbunătățirea în continuare a proprietăților chimice și mecanice ale materialelor conductelor.S-au făcut progrese semnificative în tehnologia de stocare a hidrogenului lichid și în tehnologia de stocare a hidrogenului cu hidrură metalică, dar echilibrul dintre densitatea stocării hidrogenului, siguranță și cost nu a fost rezolvat și există încă un anumit decalaj între aplicațiile comerciale la scară largă.
Sistemul de politici specializate și mecanismul de coordonare și cooperare multidepartamentală și multi-domeniu nu sunt încă perfecte.„Planul pe termen mediu și lung pentru dezvoltarea industriei energetice cu hidrogen (2021-2035)” este primul plan de dezvoltare a energiei cu hidrogen la nivel național, dar planul special și sistemul de politici trebuie încă îmbunătățite. În viitor, este necesar să se clarifice în continuare direcția, obiectivele și prioritățile dezvoltării industriale.Lanțul industriei energetice cu hidrogen implică o varietate de tehnologii și domenii industriale. În prezent, există încă probleme precum cooperarea interdisciplinară insuficientă și mecanismul de coordonare interdepartamental insuficient.De exemplu, construcția de stații de realimentare cu hidrogen necesită cooperare multi-departamentală, cum ar fi capitalul, tehnologia, infrastructura și controlul substanțelor chimice periculoase. În prezent, există probleme precum autoritățile competente neclare, dificultatea de aprobare, iar proprietățile hidrogenului sunt încă doar substanțe chimice periculoase, ceea ce reprezintă o amenințare serioasă pentru dezvoltarea industriei. mari constrângeri.
Credem că tehnologia, platformele și talentele sunt punctele de creștere pentru a sprijini dezvoltarea industriei energetice cu hidrogen din țara mea.
În primul rând, este necesară îmbunătățirea continuă a nivelului tehnologiilor de bază cheie.Inovația tehnologică este nucleul dezvoltării industriei energetice cu hidrogen.În viitor, țara mea va continua să promoveze cercetarea și dezvoltarea tehnologiilor de bază cheie în producția, stocarea, transportul și aplicarea energiei hidrogen verde și cu emisii scăzute de carbon.Accelerați inovația tehnologică a celulelor de combustie cu membrană schimbătoare de protoni, dezvoltați materiale cheie, îmbunătățiți principalii indicatori de performanță și capacitatea de producție în masă și continuați să îmbunătățiți fiabilitatea, stabilitatea și durabilitatea celulelor de combustibil.Se vor depune eforturi pentru a promova cercetarea și dezvoltarea și producția de componente de bază și echipamente cheie.Accelerați îmbunătățirea eficienței de conversie a producției de hidrogen a energiei regenerabile și amploarea producției de hidrogen printr-un singur dispozitiv și faceți progrese în tehnologiile de bază cheie în legătura infrastructurii energetice cu hidrogen.Continuați să desfășurați cercetări cu privire la legile de bază ale siguranței energiei hidrogenului.Continuați să promovați tehnologia energetică avansată cu hidrogen, echipamentele cheie, aplicațiile demonstrative și industrializarea produselor majore și să construiți un sistem tehnologic de dezvoltare de înaltă calitate pentru industria energiei cu hidrogen.
În al doilea rând, trebuie să ne concentrăm pe construirea unei platforme de sprijin pentru inovarea industrială.Dezvoltarea industriei energiei cu hidrogen trebuie să se concentreze pe domenii cheie și pe legăturile cheie și să construiască o platformă de inovare diversificată și pe mai multe niveluri.Sprijiniți universitățile, institutele de cercetare și întreprinderile pentru a accelera construirea de laboratoare cheie și a platformelor de cercetare încrucișată de ultimă oră și pentru a efectua cercetări de bază privind aplicațiile energiei hidrogen și cercetarea tehnologiei de ultimă oră.La începutul anului 2022, Comisia Națională pentru Dezvoltare și Reformă și Ministerul Educației au emis „Aprobarea Raportului Studiului de Fezabilitate privind Proiectul Național de Tehnologie de Stocare a Energiei, Platforma de inovare pentru integrarea industriei și educației a Universității de Energie Electrică din China de Nord”, China de Nord. Electric Power University National Energy Storage Technology Industry-Education Integration Inovation Platform Project A fost aprobat oficial și a devenit primul lot de colegii și universități care au fost „la comandă”.Ulterior, a fost înființat oficial Centrul de inovare a tehnologiei energetice a hidrogenului de la Universitatea de Energie electrică din China de Nord.Platforma de inovare și centrul de inovare se concentrează pe cercetarea tehnică în domeniile stocării energiei electrochimice, energiei hidrogenului și tehnologia de aplicare a acesteia în rețeaua electrică și promovează în mod activ dezvoltarea industriei naționale de energie cu hidrogen.
În al treilea rând, este necesar să se promoveze construirea unei echipe de profesioniști în energia hidrogenului.Nivelul tehnologic și amploarea industriei energetice cu hidrogen au continuat să facă progrese. Cu toate acestea, industria energiei cu hidrogen se confruntă cu un decalaj mare în echipa de talent, în special cu lipsa gravă de talente inovatoare la nivel înalt.În urmă cu câteva zile, specializarea „Știință și inginerie a energiei cu hidrogen”, declarată de Universitatea de Energie electrică din China de Nord a fost inclusă oficial în catalogul specializărilor de licență din colegiile și universitățile obișnuite, iar disciplina „Știința și ingineria energiei cu hidrogen” a fost inclusă în nou subiect interdisciplinar.Această disciplină va lua cursuri de inginerie energetică, inginerie termofizică, inginerie chimică și alte discipline precum tracțiunea, integrarea organică a producției de hidrogen, stocarea și transportul hidrogenului, siguranța hidrogenului, energia hidrogenului și alte module de energie cu hidrogen și va efectua cursuri interdisciplinare de bază și interdisciplinare. cercetare aplicată. Acesta va oferi sprijin favorabil pentru talente pentru realizarea tranziției sigure a structurii energetice a țării mele, precum și dezvoltarea industriei energetice cu hidrogen și a industriei energetice a țării mele.
Ora postării: 16-mai-2022