Vätgasenergi, den nya koden för modernt energisystem

Väteenergi är en slags sekundär energi med rikliga källor, grönt och lågt kol och bred tillämpning. Det kan hjälpa storskalig konsumtion av förnybar energi, realisera storskalig topprakning av kraftnät och säsongsöverskridande och tvärregional energilagring, och påskynda främjandet av industri, konstruktion, låg karbonisering inom transport och andra områden.mitt land har en bra grund för väteproduktion och en storskalig applikationsmarknad och har betydande fördelar när det gäller att utveckla väteenergi.Att påskynda utvecklingen av väteenergiindustrin är en viktig väg för att hjälpa mitt land att uppnå målet om kolneutralisering.För några dagar sedan utfärdade den nationella utvecklings- och reformkommissionen och den nationella energiförvaltningen tillsammans "Planen på medellång och lång sikt för utveckling av väteenergiindustrin (2021-2035)".Utvecklingen och utnyttjandet av väteenergi utlöser en djupgående energirevolution. Vätgasenergi har blivit en ny kod för att knäcka energikrisen och bygga ett rent, koldioxidsnålt, säkert och effektivt modernt energisystem.

Energikrisen har öppnat vägen för utforskning av utveckling och användning av väteenergi.

Väteenergi som alternativ energi kom in i människors synfält, som kan spåras tillbaka till 1970-talet.Då utlöste kriget i Mellanöstern en global oljekris. För att bli av med beroendet av importerad olja föreslog USA först begreppet "väteekonomi", med argumentet att väte i framtiden skulle kunna ersätta olja och bli den viktigaste energin som stöder globala transporter.Från 1960 till 2000 utvecklades bränslecellen, ett viktigt verktyg för utnyttjande av väteenergi, snabbt, och dess tillämpning inom flyg, kraftgenerering och transporter har helt bevisat genomförbarheten av väteenergi som en sekundär energikälla.Vätgasindustrin gick in på en låg ebb runt 2010.Men lanseringen av Toyotas "framtida" bränslecellsfordon 2014 utlöste ännu en väteboom.Därefter har många länder successivt släppt strategiska vägar för utveckling av väteenergi, främst med fokus på kraftgenerering och transporter för att främja utvecklingen av väteenergi- och bränslecellsindustrier; EU släppte EU:s väteenergistrategi 2020, som syftar till att främja väteenergi inom industri, transport, kraftproduktion och andra tillämpningar inom alla områden. 2020 släppte USA "Hydrogen Energy Plan Development Plan", formulerade ett antal viktiga tekniska och ekonomiska indikatorer och förväntades bli marknadsledande inom väteenergiindustrins kedja.Hittills har länder som står för 75 % av den globala ekonomin lanserat utvecklingspolitik för väteenergi för att aktivt främja utvecklingen av väteenergi.

Jämfört med utvecklade länder är mitt lands väteenergiindustri fortfarande i det inledande utvecklingsskedet.Under de senaste åren har mitt land ägnat mer uppmärksamhet åt väteenergiindustrin.I mars 2019 skrevs väteenergi in i "regeringens arbetsrapport" för första gången, vilket påskyndade byggandet av anläggningar som laddning och hydrering i det offentliga området; Ingår i energikategorin; i september 2020 kommer fem avdelningar, inklusive finansministeriet, ministeriet för industri och informationsteknologi, gemensamt genomföra demonstrationsapplikationen av bränslecellsfordon och belöna stödberättigade tätorter för industrialisering och demonstrationstillämpningar av nyckelkärntekniker för bränslecellsfordon. ;I oktober 2021 utfärdade centralkommittén för Kinas kommunistiska parti och statsrådet "Åsikter om att helt korrekt implementera det nya utvecklingskonceptet och göra ett bra jobb i kolneutralisering" för att samordna utvecklingen av hela kedjan av väteenergi "produktion-lagring-överföring-användning"; I mars 2022 utfärdade den nationella utvecklings- och reformkommissionen "Medellång och lång sikt plan för utveckling av väteenergiindustrin (2021-2035)", och väteenergi identifierades som en viktig del av det framtida nationella energisystemet och en nyckel till att förverkliga grön och koldioxidsnål omvandling av energianvändande terminaler. En viktig bärare, väteenergiindustrin har identifierats som en strategisk framväxande industri och en viktig utvecklingsriktning för framtidens industri.

Under de senaste åren har mitt lands väteenergiindustri utvecklats snabbt och täcker i princip hela kedjan av väteproduktion-lagring-överföring-användning.

Uppströms i väteenergiindustrins kedja är väteproduktion. mitt land är världens största väteproducent, med en vätgasproduktionskapacitet på cirka 33 miljoner ton.Beroende på koldioxidutsläppsintensiteten i produktionsprocessen delas väte in i "grå väte", "blått väte" och "grönt väte".Grått väte avser det väte som produceras genom förbränning av fossila bränslen, och det kommer att ske mycket koldioxidutsläpp under produktionsprocessen; blått väte är baserat på grått väte och tillämpar teknik för avskiljning och lagring av kol för att uppnå lågkolhaltig väteproduktion; grönt väte produceras av förnybar energi som solenergi och vindkraft används för att elektrolysera vatten för att producera väte, och det finns inga koldioxidutsläpp i processen för väteproduktion.För närvarande domineras mitt lands väteproduktion av kolbaserad väteproduktion, som står för cirka 80 %.I framtiden, eftersom kostnaderna för förnybar energiproduktion fortsätter att minska, kommer andelen grönt väte att öka år för år, och den förväntas nå 70 % år 2050.

Mittströmmen av väteenergiindustrins kedja är vätgaslagring och -transport. Högtryckstekniken för lagring och transport av gaser har kommersialiserats och är den mest omfattande lagrings- och transportmetoden för väteenergi.Trailern med långa rör har hög transportflexibilitet och är lämplig för korta avstånd, små volymer vätetransporter; lagring av flytande väte och lagring av väte i fast tillstånd kräver inte tryckkärl, och transporten är bekväm, vilket är riktningen för storskalig lagring och transport av väteenergi i framtiden.

Nedströms kedjan för väteenergiindustrin är den omfattande tillämpningen av väte. Som industriellt råmaterial kan väte användas i stor utsträckning inom petroleum, kemi, metallurgi, elektronik, medicinska och andra områden. Dessutom kan väte även omvandlas till elektricitet och värme genom vätgasbränsleceller eller vätgasförbränningsmotorer. , som kan täcka alla aspekter av social produktion och liv.År 2060 förväntas mitt lands efterfrågan på väteenergi uppgå till 130 miljoner ton, varav industriell efterfrågan dominerar och står för cirka 60 %, och transportsektorn kommer att expandera till 31 % år för år.

Utvecklingen och utnyttjandet av väteenergi utlöser en djupgående energirevolution.

Vätgasenergi har breda tillämpningsmöjligheter inom många områden som transport, industri, bygg och elektricitet.

Inom transportområdet betraktar långväga vägtransporter, järnvägar, flyg och sjöfart väteenergi som ett av de viktiga bränslena för att minska koldioxidutsläppen.I det här skedet domineras mitt land huvudsakligen av vätebränslecellsbussar och tunga lastbilar, vars antal överstiger 6 000.När det gäller motsvarande stödjande infrastruktur har mitt land byggt mer än 250 vätgastankstationer, som står för cirka 40 % av det globala antalet, rankad först i världen.Enligt uppgifter som släppts av Vinter-OS i Pekings organisationskommitté kommer detta vinter-OS att demonstrera driften av mer än 1 000 vätebränslecellsfordon, utrustade med mer än 30 vätgastankstationer, vilket är den största demonstrationsapplikationen för bränslecellsfordon i värld.

För närvarande är fältet med den största andelen väteenergianvändning i mitt land industriområdet.Utöver sina energibränsleegenskaper är väteenergi också en viktig industriell råvara.Väte kan ersätta koks och naturgas som reduktionsmedel, vilket kan eliminera det mesta av koldioxidutsläppen i järn- och ståltillverkningsprocesser.Användningen av förnybar energi och elektricitet för att elektrolysera vatten för att producera väte, och sedan syntetisera kemiska produkter som ammoniak och metanol, bidrar till en betydande koldioxidminskning och utsläppsminskningar inom den kemiska industrin.

Integreringen av väteenergi och byggnader är ett nytt koncept för grönt byggande som har vuxit fram de senaste åren.Byggområdet behöver förbruka mycket elektrisk energi och värmeenergi, och det har listats som de tre stora "energiförbrukande hushållen" i mitt land tillsammans med transportområdet och industriområdet.Den rena kraftgenereringseffektiviteten för vätebränsleceller är endast cirka 50 %, medan den totala verkningsgraden för kraftvärme kan nå 85 %. Medan vätebränsleceller genererar el till byggnader kan spillvärmen återvinnas för uppvärmning och varmvatten.När det gäller vätgastransport till byggnadsterminaler kan vätgas blandas med naturgas i en andel på mindre än 20 % med hjälp av ett relativt komplett hushållsnät för naturgasledningar och transporteras till tusentals hushåll.Det uppskattas att år 2050 kommer 10 % av den globala byggnadsuppvärmningen och 8 % av byggnadsenergin att levereras av väte, vilket minskar koldioxidutsläppen med 700 miljoner ton per år.

Inom elområdet kan väteenergi, på grund av den förnybara energins instabilitet, bli en ny form av energilagring genom el-väte-el-omvandling.Under perioder med låg elförbrukning produceras väte genom att elektrolysera vatten med överskott av förnybar energi, och lagras i form av högtrycksgasformiga, lågtemperaturvätskor, organiskt flytande eller fasta material; under högbelastningsperioder av elförbrukning passerar det lagrade vätet genom bränsle Batterier eller vätgasturbinenheter genererar elektricitet som matas ut i det allmänna nätet.Lagringsskalan för lagring av väteenergi är större, upp till 1 miljon kilowatt, och lagringstiden är längre. Säsongslagring kan realiseras i enlighet med uteffektskillnaden mellan solenergi, vindenergi och vattenresurser.I augusti 2019 lanserades mitt lands första megawatt-skala lagringsprojekt för väteenergi i Lu'an, Anhui-provinsen, och anslöts framgångsrikt till elnätet för elproduktion 2022.

Samtidigt kommer elektro-vätekoppling också att spela en viktig roll i uppbyggnaden av ett modernt energisystem i mitt land.

Ur ett rent och koldioxidsnålt perspektiv är storskalig elektrifiering ett kraftfullt verktyg för koldioxidreduktion på många områden i mitt land, såsom elfordon inom transportområdet som ersätter bränslefordon och elvärme inom byggområdet som ersätter traditionell pannuppvärmning .Det finns dock fortfarande vissa industrier som är svåra att uppnå koldioxidreduktion genom direkt elektrifiering. De svåraste industrierna är stål, kemikalier, vägtransporter, sjöfart och flyg.Vätgasenergi har de dubbla egenskaperna som energibränsle och industriråvara och kan spela en viktig roll inom de ovan nämnda områdena som är svåra att djupt avkolna.

Ur ett säkerhets- och effektivitetsperspektiv kan för det första väteenergi främja utvecklingen av en högre andel förnybar energi och effektivt minska mitt lands beroende av olje- och gasimport; Den regionala balansen mellan energiförsörjning och energiförbrukning i mitt land; Med minskningen av elkostnaderna för förnybar energi kommer dessutom ekonomin för grön el och grön väteenergi att förbättras, och de kommer att bli allmänt accepterade och använda av allmänheten. väteenergi och elektricitet, som energinav, är mer. Det är lätt att koppla ihop olika energikällor såsom värmeenergi, kall energi, bränsle etc., för att gemensamt etablera ett sammankopplat modernt energinätverk, bilda ett mycket motståndskraftigt energiförsörjningssystem, och förbättra effektiviteten, ekonomin och tryggheten i energiförsörjningssystemet.

Utvecklingen av mitt lands väteenergiindustri står fortfarande inför utmaningar

Produktionen av grönt väte med låg kostnad och låga utsläpp är en av de viktiga utmaningarna som väteenergiindustrin står inför.Under förutsättningen att inte lägga till nya koldioxidutsläpp, är att lösa problemet med vätgaskällan förutsättningen för utvecklingen av väteenergiindustrin.Fossil energiproduktion av väte och industriell väteproduktion av biprodukter är mogna och kostnadseffektiva och kommer att förbli den huvudsakliga vätgaskällan på kort sikt.Reserverna av fossil energi är dock begränsade och det finns fortfarande ett problem med koldioxidutsläpp i väteproduktionsprocessen; produktionen av industriell biprodukt väteproduktion är begränsad och tillförselstrålningsavståndet är kort.

I det långa loppet är väteproduktion från vattenelektrolys lätt att kombinera med förnybar energi, har större skalpotential, är renare och mer hållbar och är den mest potentiella gröna vätgasförsörjningsmetoden.För närvarande ligger mitt lands alkaliska elektrolysteknik nära den internationella nivån och är den vanliga tekniken inom området kommersiell elektrolys, men det finns begränsat utrymme för kostnadsminskningar i framtiden.Protonbytesmembranelektrolys av vatten för väteproduktion är för närvarande dyrt, och graden av lokalisering av nyckelenheter ökar år för år.Elektrolys av fast oxid är nära kommersialisering internationellt, men den är fortfarande i inhämtningsstadiet inhemskt.

Mitt lands vätgasenergiindustrisystem är ännu inte komplett, och det finns fortfarande ett gap mellan storskaliga kommersiella tillämpningar.Mer än 200 hydreringsstationer har byggts i mitt land, varav de flesta är 35MPa gasformiga hydreringsstationer, och 70MPa högtrycksstationer för gasformig hydrering med större vätelagringskapacitet står för en liten andel.Brist på erfarenhet av konstruktion och drift av tankstationer för flytande väte och integrerade väteproduktions- och hydreringsstationer.För närvarande är transporten av väte huvudsakligen baserad på högtryckstransport av gasformig långrörssläp, och rörledningstransport är fortfarande en svag punkt.För närvarande är körsträckan för vätgasrörledningar cirka 400 kilometer, och rörledningarna som används är endast cirka 100 kilometer.Rörledningstransporter står också inför risken för väteförsprödning orsakad av väte som läcker ut. I framtiden är det fortfarande nödvändigt att ytterligare förbättra de kemiska och mekaniska egenskaperna hos rörledningsmaterial.Betydande framsteg har gjorts inom teknik för lagring av flytande väte och teknik för lagring av metallhydrid, men balansen mellan vätelagringstäthet, säkerhet och kostnad har inte lösts, och det finns fortfarande ett visst gap mellan storskaliga kommersiella tillämpningar.

Det specialiserade policysystemet och samordnings- och samarbetsmekanismen med flera avdelningar och flera fält är ännu inte perfekta."Medellång och lång sikt för utveckling av väteenergiindustrin (2021-2035)" är den första utvecklingsplanen för väteenergi på nationell nivå, men den särskilda planen och policysystemet behöver fortfarande förbättras. I framtiden är det nödvändigt att ytterligare klargöra riktningen, målen och prioriteringarna för industriell utveckling.Industrikedjan för väteenergi involverar en mängd olika tekniker och industriområden. För närvarande finns det fortfarande problem som otillräckligt tvärvetenskapligt samarbete och otillräcklig samordning mellan avdelningarna.Till exempel kräver byggandet av vätgastankstationer samarbete mellan flera avdelningar, såsom kapital, teknik, infrastruktur och kontroll av farliga kemikalier. I dagsläget finns det problem som otydliga behöriga myndigheter, svårigheter att godkänna och vätgasegenskaper är fortfarande bara farliga kemikalier, vilket utgör ett allvarligt hot mot branschens utveckling. stora begränsningar.

Vi tror att teknik, plattformar och talanger är tillväxtpunkterna för att stödja utvecklingen av mitt lands väteenergiindustri.

Först och främst är det nödvändigt att kontinuerligt förbättra nivån på nyckelteknologier.Teknisk innovation är kärnan i utvecklingen av väteenergiindustrin.I framtiden kommer mitt land att fortsätta att främja forskning och utveckling av viktiga kärnteknologier inom produktion, lagring, transport och tillämpning av grön och koldioxidsnål väteenergi.Påskynda den tekniska innovationen av protonbytesmembranbränsleceller, utveckla nyckelmaterial, förbättra de viktigaste prestandaindikatorerna och massproduktionskapaciteten och fortsätta att förbättra tillförlitligheten, stabiliteten och hållbarheten hos bränsleceller.Ansträngningar kommer att göras för att främja FoU och tillverkning av kärnkomponenter och nyckelutrustning.Påskynda förbättringen av väteproduktionens omvandlingseffektivitet för förnybar energi och omfattningen av väteproduktionen med en enda enhet, och gör genombrott inom nyckelkärntekniker i väteenergiinfrastrukturlänken.Fortsätta att forska om de grundläggande lagarna för väteenergisäkerhet.Fortsätta att främja avancerad väteenergiteknik, nyckelutrustning, demonstrationsapplikationer och industrialisering av större produkter, och bygga ett högkvalitativt utvecklingsteknologisystem för väteenergiindustrin.

För det andra måste vi fokusera på att bygga en stödplattform för industriell innovation.Utvecklingen av väteenergiindustrin måste fokusera på nyckelområden och nyckellänkar, och bygga en multi-nivå och diversifierad innovationsplattform.Stöd universitet, forskningsinstitut och företag för att påskynda byggandet av nyckellaboratorier och banbrytande tvärforskningsplattformar, och utföra grundläggande forskning om väteenergitillämpningar och spetsteknologisk forskning.I början av 2022 utfärdade den nationella utvecklings- och reformkommissionen och utbildningsministeriet "Godkännande av förstudierapporten om det nationella energilagringsteknikprojektet för innovationsplattform för energilagring och utbildning vid North China Electric Power University", norra Kina Electric Power University National Energy Storage Technology Industri-Utbildning Integration Innovation Platform Project Det godkändes officiellt och blev den första gruppen högskolor och universitet som var "befäl".Därefter etablerades formellt North China Electric Power University Hydrogen Energy Technology Innovation Center.Innovationsplattformen och innovationscentret fokuserar på teknisk forskning inom områdena elektrokemisk energilagring, väteenergi och dess tillämpningsteknik i kraftnätet, och främjar aktivt utvecklingen av den nationella väteenergiindustrin.

För det tredje är det nödvändigt att främja byggandet av ett team av väteenergiproffs.Den tekniska nivån och omfattningen av väteenergiindustrin har fortsatt att göra genombrott. Vätgasindustrin står dock inför en stor lucka i talangteamet, särskilt den allvarliga bristen på innovativa talanger på hög nivå.För några dagar sedan inkluderades huvudämnet "väteenergivetenskap och teknik" som deklarerades av North China Electric Power University officiellt i katalogen över grundutbildningar vid vanliga högskolor och universitet, och disciplinen "väteenergivetenskap och teknik" inkluderades i nytt tvärvetenskapligt ämne.Denna disciplin kommer att ta kraftteknik, teknisk termofysik, kemiteknik och andra discipliner som dragkraft, organiskt integrera väteproduktion, vätelagring och transport, vätesäkerhet, vätekraft och andra väteenergimodulkurser, och genomföra allsidiga tvärvetenskapliga grundläggande och tillämpad forskning. Det kommer att ge gynnsamt talangstöd för att förverkliga en säker övergång av mitt lands energistruktur, såväl som utvecklingen av mitt lands väteenergiindustri och energiindustri.