[Абстрактный]Водородная энергетика — это своего рода вторичная энергия с обильными источниками, экологически чистой и низкоуглеродистой энергией, которая широко применяется. Это может помочь в крупномасштабном потреблении возобновляемой энергии, реализовать масштабное снижение пиковых нагрузок в энергосистеме и хранении энергии в зависимости от сезона и региона, а также ускорить продвижение промышленных, строительных, транспортных и других областей с низким уровнем выбросов углерода.Моя страна имеет хорошую основу для производства водорода и крупномасштабный рынок его применения, а также значительные преимущества в развитии водородной энергетики.Ускорение развития водородной энергетики является важным путем, который поможет моей стране достичь цели нейтрализации выбросов углекислого газа.Несколько дней назад Национальная комиссия по развитию и реформам и Национальная энергетическая администрация совместно опубликовали «Средне- и долгосрочный план развития водородной энергетики (2021-2035 годы)».Развитие и использование водородной энергетики запускают глубокую энергетическую революцию. Водородная энергетика стала новым кодом для преодоления энергетического кризиса и построения чистой, низкоуглеродной, безопасной и эффективной современной энергетической системы.
Энергетический кризис открыл путь к исследованию развития и использования водородной энергетики.
Водородная энергетика как альтернативная энергетика вошла в поле зрения людей еще с 1970-х годов.В то время война на Ближнем Востоке спровоцировала глобальный нефтяной кризис. Чтобы избавиться от зависимости от импортной нефти, США впервые предложили концепцию «водородной экономики», утверждая, что в будущем водород может заменить нефть и стать основной энергией, поддерживающей глобальные перевозки.С 1960 по 2000 год топливный элемент, важный инструмент использования водородной энергии, быстро развивался, и его применение в аэрокосмической отрасли, производстве электроэнергии и на транспорте полностью доказало возможность использования водородной энергии в качестве вторичного источника энергии.Примерно в 2010 году водородная энергетика вступила в спад.Но выпуск автомобиля Toyota «будущего» на топливных элементах в 2014 году спровоцировал новый водородный бум.Впоследствии многие страны последовательно разработали стратегические маршруты развития водородной энергетики, в основном сосредоточив внимание на производстве и транспортировке электроэнергии, чтобы способствовать развитию водородной энергетики и промышленности топливных элементов; В 2020 году ЕС опубликовал Стратегию ЕС в области водородной энергетики, направленную на продвижение водородной энергетики в промышленности, транспорте, производстве электроэнергии и других приложениях во всех областях; В 2020 году Соединенные Штаты опубликовали «План развития водородной энергетики», сформулировали ряд ключевых технических и экономических показателей и, как ожидается, станут лидером рынка в цепочке водородной энергетики.На данный момент страны, на долю которых приходится 75% мировой экономики, начали политику развития водородной энергетики, чтобы активно способствовать развитию водородной энергетики.
По сравнению с развитыми странами водородная энергетика моей страны все еще находится на начальной стадии развития.В последние годы моя страна стала уделять больше внимания водородной энергетике.В марте 2019 года водородная энергетика была впервые включена в «Отчет о государственной работе», что ускорило строительство таких объектов, как зарядка и гидрирование, находящихся в открытом доступе; Входит в категорию энергии; В сентябре 2020 года пять ведомств, включая Министерство финансов, Министерство промышленности и информационных технологий, совместно проведут демонстрационное применение транспортных средств на топливных элементах и вознаградят соответствующие городские агломерации за индустриализацию и демонстрационное применение ключевых основных технологий транспортных средств на топливных элементах. ;В октябре 2021 года Центральный комитет Коммунистической партии Китая и Госсовет опубликовали «Заключения о совершенно точной реализации новой концепции развития и хорошей работе по нейтрализации углерода» для координации развития всей цепочки водородной энергетики. «производство-хранение-передача-использование»; В марте 2022 года Национальная комиссия по развитию и реформам опубликовала «Средне- и долгосрочный план развития водородной энергетики (2021-2035 годы)», и водородная энергетика была определена как важная часть будущей национальной энергетической системы и ключ к реализации «зеленой» и низкоуглеродной трансформации энергопотребляющих терминалов. Важная отрасль водородной энергетики была определена как новая стратегическая отрасль и ключевое направление развития отрасли будущего.
В последние годы водородная энергетика моей страны быстро развивалась, охватывая в основном всю цепочку производства-хранения-передачи-использования водорода.
Вышестоящим этапом цепочки водородной энергетики является производство водорода. моя страна является крупнейшим в мире производителем водорода, ее мощности по производству водорода составляют около 33 миллионов тонн.По интенсивности выбросов углекислого газа в процессе производства водород делится на «серый водород», «голубой водород» и «зеленый водород».Серый водород относится к водороду, получаемому при сжигании ископаемого топлива, и в процессе производства будет много выбросов углекислого газа; синий водород основан на сером водороде с использованием технологии улавливания и хранения углерода для достижения низкоуглеродного производства водорода; Зеленый водород производится с помощью возобновляемых источников энергии, таких как солнечная энергия и энергия ветра, которые используются для электролиза воды для производства водорода, и в процессе производства водорода нет выбросов углерода.В настоящее время в производстве водорода в моей стране преобладает производство водорода на основе угля, на долю которого приходится около 80%.В будущем, поскольку стоимость производства электроэнергии из возобновляемых источников будет продолжать снижаться, доля зеленого водорода будет увеличиваться с каждым годом и, как ожидается, достигнет 70% в 2050 году.
Промежуточным звеном цепочки водородной энергетики является хранение и транспортировка водорода. Технология хранения и транспортировки газообразного газа под высоким давлением коммерциализирована и является наиболее обширным методом хранения и транспортировки водородной энергии.Длиннотрубный прицеп обладает высокой транспортной гибкостью и подходит для перевозки небольших объемов водорода на короткие расстояния; Хранение жидкого водорода и твердотельное хранение водорода не требуют сосудов под давлением, а транспортировка удобна, что является направлением крупномасштабного хранения и транспортировки водородной энергии в будущем.
Следующим этапом цепочки водородной энергетики является комплексное применение водорода. В качестве промышленного сырья водород может широко использоваться в нефтяной, химической, металлургической, электронной, медицинской и других областях. Кроме того, водород также можно преобразовывать в электричество и тепло с помощью водородных топливных элементов или водородных двигателей внутреннего сгорания. , который может охватить все стороны общественного производства и жизни.Ожидается, что к 2060 году потребность моей страны в водородной энергии достигнет 130 миллионов тонн, из которых преобладает промышленный спрос, на долю которого приходится около 60%, а транспортный сектор будет ежегодно расширяться до 31%.
Развитие и использование водородной энергетики запускают глубокую энергетическую революцию.
Водородная энергетика имеет широкие перспективы применения во многих областях, таких как транспорт, промышленность, строительство и электроэнергетика.
В сфере транспорта, автомобильных перевозок на дальние расстояния, железные дороги, авиация и судоходство рассматривают водородную энергию как одно из важных видов топлива для сокращения выбросов углекислого газа.На данном этапе в моей стране в основном преобладают автобусы на водородных топливных элементах и тяжелые грузовики, количество которых превышает 6000.Что касается соответствующей вспомогательной инфраструктуры, моя страна построила более 250 водородных заправочных станций, что составляет около 40% от общемирового количества, занимая первое место в мире.Согласно данным, опубликованным Организационным комитетом зимних Олимпийских игр в Пекине, на этих зимних Олимпийских играх будет продемонстрирована работа более 1000 автомобилей на водородных топливных элементах, оснащенных более чем 30 водородными заправочными станциями, что является крупнейшим демонстрационным применением транспортных средств на топливных элементах в мире. мир.
В настоящее время областью с наибольшей долей применения водородной энергии в моей стране является промышленность.Помимо своих свойств энергетического топлива, водородная энергия также является важным промышленным сырьем.Водород может заменить кокс и природный газ в качестве восстановителя, что может устранить большую часть выбросов углерода в процессах производства железа и стали.Использование возобновляемых источников энергии и электричества для электролиза воды с получением водорода, а затем синтеза химических продуктов, таких как аммиак и метанол, способствует существенному сокращению выбросов углекислого газа и выбросов в химической промышленности.
Интеграция водородной энергетики и зданий — это новая концепция зеленого строительства, появившаяся в последние годы.Строительная сфера должна потреблять много электрической и тепловой энергии, и она включена в список трех основных «энергопотребляющих домохозяйств» в моей стране вместе с транспортной и промышленной сферами.КПД выработки чистой энергии водородными топливными элементами составляет всего около 50%, в то время как общий КПД комбинированного производства тепла и электроэнергии может достигать 85%. Водородные топливные элементы вырабатывают электроэнергию для зданий, а отходящее тепло можно использовать для отопления и горячего водоснабжения.Что касается транспортировки водорода к строительным терминалам, водород можно смешивать с природным газом в пропорции менее 20% с помощью относительно полной сети бытовых газопроводов и транспортировать в тысячи домохозяйств.Предполагается, что в 2050 году 10% глобального отопления зданий и 8% энергии в зданиях будут обеспечиваться водородом, что сократит выбросы углекислого газа на 700 миллионов тонн в год.
В области электроэнергетики из-за нестабильности возобновляемых источников энергии водородная энергия может стать новой формой хранения энергии посредством преобразования электричества-водорода-электричества.В периоды низкого потребления электроэнергии водород производится путем электролиза воды с использованием избыточной возобновляемой энергии и хранится в виде газообразных веществ под высоким давлением, низкотемпературной жидкости, органических жидкостей или твердых материалов; В пиковые периоды потребления электроэнергии накопленный водород пропускается через топливные батареи или водородные турбинные установки, которые вырабатывают электроэнергию, которая подается в общественную сеть.Масштаб хранения водородной энергии больше, до 1 миллиона киловатт, а время хранения больше. Сезонное хранение может быть реализовано в зависимости от разницы в мощности солнечной энергии, энергии ветра и водных ресурсов.В августе 2019 года в Луане, провинция Аньхой, был запущен первый в моей стране проект по хранению водородной энергии мощностью в мегаватт, который был успешно подключен к сети для выработки электроэнергии в 2022 году.
В то же время электроводородное соединение также будет играть важную роль в построении современной энергетической системы в моей стране.
С точки зрения экологически чистых и низкоуглеродных технологий, крупномасштабная электрификация является мощным инструментом сокращения выбросов углекислого газа во многих областях моей страны, например, электромобили в транспортной сфере заменяют автомобили, работающие на топливе, а электрическое отопление в строительной сфере заменяет традиционное котельное отопление. .Однако в некоторых отраслях все еще трудно добиться сокращения выбросов углекислого газа за счет прямой электрификации. К наиболее сложным отраслям относятся сталелитейная, химическая, автомобильный транспорт, судоходство и авиация.Водородная энергетика обладает двойными свойствами энергетического топлива и промышленного сырья и может играть важную роль в вышеупомянутых областях, которые трудно поддаются глубокой декарбонизации.
С точки зрения безопасности и эффективности, во-первых, водородная энергетика может способствовать развитию большей доли возобновляемых источников энергии и эффективно снизить зависимость моей страны от импорта нефти и газа; Региональный баланс энергоснабжения и потребления в моей стране; кроме того, благодаря снижению стоимости электроэнергии из возобновляемых источников, экономика зеленой электроэнергии и зеленой водородной энергии улучшится, и они будут широко приняты и использованы общественностью; Водородная энергетика и электричество, как энергетические центры, более легко объединить различные источники энергии, такие как тепловая энергия, холодная энергия, топливо и т. д., чтобы совместно создать взаимосвязанную современную энергетическую сеть, сформировать высокоустойчивую систему энергоснабжения и повысить эффективность, экономичность и безопасность системы энергоснабжения.
Развитие водородной энергетики моей страны по-прежнему сталкивается с проблемами
Производство недорогого «зеленого» водорода с низким уровнем выбросов является одной из важных задач, стоящих перед водородной энергетикой.При условии отсутствия новых выбросов углекислого газа решение проблемы источника водорода является предпосылкой развития водородной энергетики.Производство водорода из ископаемых источников энергии и производство водорода из побочных продуктов промышленности являются зрелыми и экономически эффективными и останутся основным источником водорода в краткосрочной перспективе.Однако запасы ископаемой энергии ограничены, и в процессе производства водорода все еще существует проблема выбросов углерода; производство промышленного побочного водорода ограничено, а расстояние излучения от источника короткое.
В долгосрочной перспективе производство водорода путем электролиза воды легко сочетать с возобновляемыми источниками энергии, оно имеет более масштабный потенциал, является более чистым и устойчивым, а также является наиболее потенциальным методом получения экологически чистого водорода.В настоящее время технология щелочного электролиза в моей стране близка к международному уровню и является основной технологией в области коммерческого электролиза, но возможности для снижения затрат в будущем ограничены.Протонообменный мембранный электролиз воды для получения водорода в настоящее время является дорогостоящим, а степень локализации ключевых устройств увеличивается с каждым годом.Электролиз твердых оксидов близок к коммерциализации на международном уровне, но внутри страны он все еще находится на стадии догоняющего развития.
Система поставок водородной энергетики в моей стране еще не завершена, и все еще существует разрыв между крупномасштабными коммерческими применениями.В моей стране построено более 200 станций гидрирования, большинство из которых представляют собой станции газообразного гидрирования с давлением 35 МПа, а станции газового гидрирования высокого давления с давлением 70 МПа и большей емкостью для хранения водорода составляют небольшую долю.Отсутствие опыта строительства и эксплуатации станций заправки жидким водородом и комплексных станций производства и гидрирования водорода.В настоящее время транспортировка водорода в основном основана на длиннотрубной прицепной транспортировке газа под высоким давлением, а трубопроводный транспорт по-прежнему остается слабым местом.В настоящее время протяженность водородных трубопроводов составляет около 400 километров, а эксплуатируемых трубопроводов – всего около 100 километров.Трубопроводный транспорт также сталкивается с возможностью водородного охрупчивания, вызванного утечкой водорода. В дальнейшем предстоит дальнейшее улучшение химических и механических свойств трубопроводных материалов.Значительный прогресс был достигнут в технологии хранения жидкого водорода и технологии хранения металлогидридного водорода, но баланс между плотностью хранения водорода, безопасностью и стоимостью не найден, и все еще существует определенный разрыв между крупномасштабными коммерческими применениями.
Специализированная политическая система и механизм межведомственной и многоотраслевой координации и сотрудничества еще не совершенны.«Средне- и долгосрочный план развития водородной энергетики (2021-2035 гг.)» является первым планом развития водородной энергетики на национальном уровне, но специальный план и система политики все еще нуждаются в совершенствовании. В дальнейшем необходимо дальнейшее уточнение направления, целей и приоритетов промышленного развития.Цепочка водородной энергетики включает в себя множество технологий и отраслей промышленности. В настоящее время все еще существуют такие проблемы, как недостаточное междисциплинарное сотрудничество и недостаточный механизм межведомственной координации.Например, строительство водородных заправочных станций требует межведомственного сотрудничества, такого как капитал, технологии, инфраструктура и контроль над опасными химическими веществами. В настоящее время существуют такие проблемы, как неясность компетентных органов, трудности с одобрением, а свойства водорода до сих пор являются лишь опасными химическими веществами, что представляет серьезную угрозу для развития отрасли. большие ограничения.
Мы считаем, что технологии, платформы и таланты являются точками роста для поддержки развития водородной энергетики моей страны.
Прежде всего, необходимо постоянно повышать уровень ключевых базовых технологий.Технологические инновации являются основой развития водородной энергетики.В будущем моя страна продолжит продвигать исследования и разработки ключевых технологий в области производства, хранения, транспортировки и применения зеленой и низкоуглеродной водородной энергии.Ускорить технологические инновации топливных элементов с протонообменной мембраной, разработать ключевые материалы, улучшить основные эксплуатационные показатели и возможности массового производства, а также продолжать повышать надежность, стабильность и долговечность топливных элементов.Будут предприняты усилия по содействию НИОКР и производству основных компонентов и ключевого оборудования.Ускорить повышение эффективности преобразования производства водорода в возобновляемые источники энергии и масштабов производства водорода с помощью одного устройства, а также совершить прорыв в ключевых основных технологиях в звене инфраструктуры водородной энергетики.Продолжать проводить исследования основных законов безопасности водородной энергетики.Продолжать продвигать передовые технологии водородной энергетики, ключевое оборудование, демонстрационные приложения и индустриализацию основных продуктов, а также создавать высококачественную систему технологий развития для водородной энергетики.
Во-вторых, мы должны сосредоточиться на создании платформы поддержки промышленных инноваций.Развитие водородной энергетики необходимо сосредоточить на ключевых направлениях и ключевых связях, а также построить многоуровневую и диверсифицированную инновационную платформу.Поддерживать университеты, исследовательские институты и предприятия в ускорении строительства ключевых лабораторий и передовых межисследовательских платформ, а также проводить фундаментальные исследования в области применения водородной энергетики и исследования передовых технологий.В начале 2022 года Национальная комиссия по развитию и реформам и Министерство образования опубликовали «Утверждение отчета о технико-экономическом обосновании проекта национальной инновационной платформы интеграции промышленности и образования в области технологий хранения энергии Северо-Китайского университета электроэнергетики», Северо-Китайского университета. Проект инновационной платформы по интеграции промышленности и образования в Университете электроэнергетики. Он был официально одобрен и стал первой группой колледжей и университетов, которые будут «командовать».Впоследствии был официально создан Инновационный центр водородных энергетических технологий Северо-Китайского университета электроэнергетики.Инновационная платформа и инновационный центр специализируются на технических исследованиях в области электрохимического хранения энергии, водородной энергетики и технологий ее применения в электросетях, а также активно способствуют развитию национальной водородной энергетики.
В-третьих, необходимо способствовать созданию команды профессионалов водородной энергетики.Технологический уровень и масштабы водородной энергетики продолжают стремительно расти. Однако отрасль водородной энергетики сталкивается с большим дефицитом кадров, особенно с серьезной нехваткой инновационных талантов высокого уровня.Несколько дней назад специальность «Наука и инженерия в области водородной энергетики», заявленная Северо-Китайским электроэнергетическим университетом, была официально включена в каталог специальностей бакалавриата обычных колледжей и университетов, а дисциплина «Наука и инженерия в области водородной энергетики» была включена в список специальностей бакалавриата. новый междисциплинарный предмет.Эта дисциплина будет использовать в качестве тяги энергетику, инженерную теплофизику, химическую инженерию и другие дисциплины, органично интегрировать производство водорода, хранение и транспортировку водорода, водородную безопасность, водородную энергетику и другие модульные курсы по водородной энергетике, а также проводить всесторонние междисциплинарные базовые и прикладные исследования. Это обеспечит благоприятную поддержку талантов для реализации безопасного перехода энергетической структуры моей страны, а также развития водородной энергетики и энергетической промышленности моей страны.
Время публикации: 16 мая 2022 г.