[Анотація]Воднева енергетика є різновидом вторинної енергії з багатими джерелами, зеленою та низьковуглецевою, і широким застосуванням. Це може сприяти широкомасштабному споживанню відновлюваної енергії, реалізувати масштабне скорочення піків енергомережі та зберігання енергії в різні сезони та регіони, а також прискорити просування промисловості, будівництва, транспорту та інших сфер з низьким вмістом вуглецю.моя країна має хорошу основу для виробництва водню та широкомасштабний ринок застосування, а також має значні переваги у розвитку водневої енергетики.Прискорення розвитку водневої енергетики є важливим шляхом, який допоможе моїй країні досягти мети нейтралізації вуглецю.Кілька днів тому Національна комісія з питань розвитку та реформ і Національна енергетична адміністрація спільно видали «Середньо- та довгостроковий план розвитку водневої енергетики (2021-2035)».Розвиток і використання водневої енергії викликає глибоку енергетичну революцію. Воднева енергія стала новим кодом для подолання енергетичної кризи та побудови чистої, низьковуглецевої, безпечної та ефективної сучасної енергетичної системи.
Енергетична криза відкрила шлях для розробки та використання водневої енергетики.
Воднева енергетика як альтернативна енергетика увійшла в поле зору людей, що можна простежити з 1970-х років.У той час війна на Близькому Сході спровокувала глобальну нафтову кризу. Щоб позбутися залежності від імпортної нафти, Сполучені Штати вперше запропонували концепцію «водневої економіки», стверджуючи, що в майбутньому водень може замінити нафту і стати основним енергоносієм, що підтримує глобальний транспорт.З 1960 по 2000 рр. паливний елемент, важливий інструмент для використання водневої енергії, швидко розвивався, і його застосування в аерокосмічній галузі, виробництві електроенергії та транспорті повністю довело доцільність використання водневої енергії як вторинного джерела енергії.Приблизно в 2010 році індустрія водневої енергетики перейшла на спад.Але випуск «майбутнього» автомобіля Toyota на паливних елементах у 2014 році викликав ще один водневий бум.Згодом багато країн послідовно оприлюднили стратегічні маршрути розвитку водневої енергетики, головним чином зосереджуючись на виробництві електроенергії та транспортуванні для сприяння розвитку водневої енергетики та промисловості паливних елементів; у 2020 році ЄС випустив Стратегію ЄС щодо водневої енергетики, спрямовану на просування водневої енергії в промисловості, транспорті, виробництві електроенергії та інших сферах застосування в усіх сферах; У 2020 році Сполучені Штати випустили «План розвитку водневої енергетики», сформулювали ряд ключових техніко-економічних показників і, як очікується, стануть лідером ринку в ланцюжку водневої енергетики.На даний момент країни, на частку яких припадає 75% світової економіки, запровадили політику розвитку водневої енергетики, щоб активно сприяти розвитку водневої енергетики.
У порівнянні з розвиненими країнами, воднева енергетика моєї країни все ще перебуває на початковій стадії розвитку.В останні роки моя країна приділяє більше уваги водневій енергетиці.У березні 2019 року водневу енергетику вперше було внесено до «Звіту про роботу уряду», що прискорило будівництво таких об’єктів, як зарядка та гідрогенізація у відкритому доступі; Входить до енергетичної категорії; у вересні 2020 року п’ять департаментів, включаючи Міністерство фінансів, Міністерство промисловості та інформаційних технологій, спільно проведуть демонстраційне застосування транспортних засобів на паливних елементах і винагородять відповідні міські агломерації за індустріалізацію та демонстраційне застосування ключових основних технологій транспортних засобів на паливних елементах. ;У жовтні 2021 року Центральний комітет Комуністичної партії Китаю та Державна рада оприлюднили «Погляди щодо абсолютно точного впровадження нової концепції розвитку та ефективної роботи з нейтралізації вуглецю», щоб координувати розвиток усього ланцюга водневої енергетики. «виробництво-зберігання-передача-використання»; У березні 2022 року Національна комісія розвитку та реформ видала «Середньо- та довгостроковий план розвитку водневої енергетики (2021-2035)», і водневу енергетику було визначено як важливу частину майбутньої національної енергетичної системи та ключ до реалізації екологічної та низьковуглецевої трансформації енергоспоживаючих терміналів. Важливий носій, воднева енергетика, була визначена як стратегічна галузь, що розвивається, і ключовий напрямок розвитку галузі майбутнього.
Останніми роками воднева енергетика моєї країни швидко розвивається, охоплюючи в основному весь ланцюжок виробництва-зберігання-передачі-використання водню.
Виробництво водню є першим етапом у виробництві водневої енергетики. моя країна є найбільшим у світі виробником водню з потужністю виробництва водню близько 33 мільйонів тонн.Відповідно до інтенсивності викидів вуглецю в процесі виробництва, водень поділяється на «сірий водень», «блакитний водень» і «зелений водень».Сірий водень відноситься до водню, який утворюється при спалюванні викопного палива, і під час виробничого процесу буде багато викидів вуглекислого газу; синій водень базується на сірому водні, застосовуючи технологію захоплення та зберігання вуглецю для досягнення низьковуглецевого виробництва водню; Зелений водень виробляється за допомогою відновлюваних джерел енергії, таких як сонячна енергія та енергія вітру, яка використовується для електролізу води для виробництва водню, і в процесі виробництва водню немає викидів вуглецю.Зараз у виробництві водню в моїй країні домінує виробництво водню на основі вугілля, на яке припадає близько 80%.У майбутньому, оскільки витрати на виробництво електроенергії з відновлюваних джерел енергії продовжуватимуть знижуватися, частка зеленого водню зростатиме з кожним роком і, як очікується, досягне 70% у 2050 році.
Проміжною частиною ланцюжка водневої енергетики є зберігання та транспортування водню. Технологія зберігання та транспортування газу під високим тиском була комерціалізована та є найпоширенішим способом зберігання та транспортування водневої енергії.Довготрубний трейлер має високу транспортну гнучкість і підходить для перевезення водню на короткі відстані невеликих об’ємів; Зберігання рідкого водню та зберігання водню в твердому стані не потребують посудин під тиском, а транспортування є зручним, що є напрямком великомасштабного зберігання та транспортування водневої енергії в майбутньому.
Нижче за течією ланцюжка водневої енергетики є комплексне застосування водню. Як промислова сировина водень може широко використовуватися в нафтовій, хімічній, металургійній, електроніці, медицині та інших галузях. Крім того, водень також можна перетворювати на електрику та тепло за допомогою водневих паливних елементів або водневих двигунів внутрішнього згоряння. , яка може охоплювати всі сторони суспільного виробництва та життя.Очікується, що до 2060 року попит на водневу енергію в моїй країні сягне 130 мільйонів тонн, з яких домінує промисловий попит, що становить приблизно 60%, а транспортний сектор з кожним роком збільшуватиметься до 31%.
Розвиток і використання водневої енергії викликає глибоку енергетичну революцію.
Воднева енергетика має широкі перспективи застосування в багатьох галузях, таких як транспорт, промисловість, будівництво та електроенергетика.
У сфері транспорту, автомобільного транспорту на великі відстані, залізниці, авіації та судноплавства розглядають водневу енергію як одне з важливих видів палива для зменшення викидів вуглецю.На цьому етапі в моїй країні в основному домінують автобуси на водневих паливних елементах і важкі вантажівки, кількість яких перевищує 6000.З точки зору відповідної допоміжної інфраструктури, моя країна побудувала понад 250 водневих заправних станцій, що становить близько 40% від загальної кількості, і займає перше місце у світі.Згідно з даними, опублікованими оргкомітетом Зимових Олімпійських ігор у Пекіні, на цих зимових Олімпійських іграх буде продемонстровано роботу понад 1000 транспортних засобів на водневих паливних елементах, оснащених понад 30 водневими заправними станціями, що є найбільшим демонстраційним застосуванням автомобілів на паливних елементах у світі. світ.
Наразі галузь із найбільшим використанням водневої енергії в моїй країні – це промисловість.Окрім властивостей енергетичного палива, воднева енергетика також є важливою промисловою сировиною.Водень може замінити кокс і природний газ як відновник, що може усунути більшість викидів вуглецю в процесах виробництва чавуну та сталі.Використання відновлюваної енергії та електрики для електролізу води з метою отримання водню, а потім для синтезу хімічних продуктів, таких як аміак і метанол, сприяє значному скороченню викидів вуглецю та викидів у хімічній промисловості.
Інтеграція водневої енергетики та будівель — це нова концепція зеленого будівництва, яка з’явилася в останні роки.Сфера будівництва потребує споживання великої кількості електроенергії та тепла, і вона була внесена до трьох основних «енергоспоживаючих домогосподарств» у моїй країні разом зі сферою транспорту та промисловістю.Ефективність виробництва чистої електроенергії водневими паливними елементами становить лише близько 50%, тоді як загальна ефективність комбінованого виробництва тепла та електроенергії може досягати 85%. Хоча водневі паливні елементи виробляють електроенергію для будівель, відпрацьоване тепло можна використовувати для опалення та гарячої води.Що стосується транспортування водню до будівельних терміналів, водень можна змішувати з природним газом у пропорції менше ніж 20% за допомогою відносно повної домашньої газопровідної мережі та транспортувати до тисяч домогосподарств.За оцінками, у 2050 році 10% глобального опалення будівель і 8% енергії в будівлях буде забезпечуватися воднем, що скоротить викиди вуглекислого газу на 700 мільйонів тонн на рік.
У сфері електроенергетики, через нестабільність відновлюваної енергії, воднева енергетика може стати новою формою накопичення енергії через перетворення електрика-водень-електрика.У періоди низького споживання електроенергії водень виробляється шляхом електролізу води з надлишком відновлюваної енергії та зберігається у вигляді газоподібного під високим тиском, низькотемпературної рідини, органічної рідини або твердих матеріалів; під час пікових періодів споживання електроенергії накопичений водень пропускається через паливо. Батареї або водневі турбіни виробляють електроенергію, яка подається в державну мережу.Масштаб зберігання водневої енергії більший, до 1 мільйона кіловат, а час зберігання довший. Сезонне зберігання може бути реалізовано відповідно до різниці вихідної енергії сонячної енергії, енергії вітру та водних ресурсів.У серпні 2019 року в Луані, провінція Аньхой, було запущено перший у моїй країні проект із зберігання водневої енергії потужністю мегават, який у 2022 році було успішно підключено до мережі для виробництва електроенергії.
Водночас електроводневе сполучення також відіграватиме важливу роль у побудові сучасної енергетичної системи в моїй країні.
З погляду чистої та низьковуглецевої точки зору, великомасштабна електрифікація є потужним інструментом для зменшення викидів вуглекислого газу в багатьох галузях у моїй країні, наприклад, електромобілі в сфері транспорту замінюють паливні транспортні засоби, а електричне опалення в галузі будівництва замінює традиційне опалення котлами. .Проте все ще є деякі галузі, в яких важко досягти скорочення вуглекислого газу шляхом прямої електрифікації. До найскладніших галузей промисловості належать сталеливарна, хімічна, автомобільний транспорт, судноплавство та авіація.Воднева енергетика має подвійні властивості енергетичного палива та промислової сировини, і може відігравати важливу роль у вищезгаданих галузях, які важко глибоко декарбонізувати.
З точки зору безпеки та ефективності, по-перше, воднева енергетика може сприяти розвитку більшої частки відновлюваної енергії та ефективно зменшити залежність моєї країни від імпорту нафти та газу; Регіональний баланс постачання та споживання енергії в моїй країні; крім того, зі зниженням вартості електроенергії з відновлюваних джерел економіка зеленої електроенергії та зеленої водневої енергії буде покращена, і вони будуть широко сприйняті та використані громадськістю; воднева енергія та електрика, як енергетичні центри, є більшими. Легко поєднати різні джерела енергії, такі як теплова енергія, холодова енергія, паливо тощо, щоб спільно створити взаємопов’язану сучасну енергетичну мережу, сформувати високостійку систему енергопостачання та підвищення ефективності, економічності та безпеки системи енергопостачання.
Розвиток водневої енергетики моєї країни все ще стикається з проблемами
Виробництво недорогого зеленого водню з низьким рівнем викидів є одним із важливих завдань, що стоять перед індустрією водневої енергетики.Розв’язання проблеми джерела водню є запорукою розвитку водневої енергетики за умов недодавання нових викидів вуглецю.Виробництво водню з викопних джерел енергії та промислове виробництво водню є зрілими та економічно ефективними та залишатимуться основним джерелом водню в короткостроковій перспективі.Однак запаси викопної енергії обмежені, і все ще існує проблема викидів вуглецю в процесі виробництва водню; виробництво промислового побічного продукту виробництва водню обмежене, а відстань випромінювання постачання коротка.
У довгостроковій перспективі виробництво водню з електролізу води легко поєднати з відновлюваною енергією, має більший потенціал масштабу, є чистішим і більш стійким і є найбільш потенційним методом постачання екологічного водню.Наразі технологія лужного електролізу в моїй країні близька до міжнародного рівня та є основною технологією в галузі комерційного електролізу, але в майбутньому є обмежені можливості для зниження витрат.Протонообмінний мембранний електроліз води для виробництва водню в даний час є дорогим, і ступінь локалізації ключових пристроїв зростає з кожним роком.Електроліз твердих оксидів близький до комерціалізації на міжнародному рівні, але все ще перебуває на стадії наздоганяння всередині країни.
Система постачання водневої енергетики моєї країни ще не завершена, і все ще існує розрив між широкомасштабними комерційними застосуваннями.У моїй країні побудовано понад 200 станцій гідрування, більшість з яких є станціями гідрування газу 35 МПа, а станції гідрування газу високого тиску 70 МПа з більшою ємністю зберігання водню становлять невелику частку.Відсутність досвіду будівництва та експлуатації станцій заправки рідкого водню та інтегрованих станцій виробництва та гідрогенізації водню.В даний час транспортування водню в основному базується на транспортуванні газоподібних газів під високим тиском у довготрубних причепах, а трубопровідний транспорт все ще залишається слабким місцем.В даний час протяжність водневих трубопроводів становить близько 400 кілометрів, а трубопроводів, що використовуються, лише близько 100 кілометрів.Трубопровідний транспорт також стикається з можливістю водневої крихкості, спричиненої витоком водню. У майбутньому ще необхідно вдосконалювати хімічні та механічні властивості матеріалів трубопроводів.Було досягнуто значного прогресу в технології зберігання рідкого водню та металогідридних технологій зберігання водню, але баланс між щільністю зберігання водню, безпекою та вартістю не вирішено, і все ще існує певний розрив між широкомасштабними комерційними застосуваннями.
Спеціалізована система політики та багатовідомчий і багатопрофільний механізм координації та співпраці ще не досконалі.«Середньо- та довгостроковий план розвитку водневої енергетики (2021-2035 рр.)» є першим планом розвитку водневої енергетики на національному рівні, але спеціальний план і система політики ще потребують вдосконалення. На перспективу необхідно ще більше уточнити напрями, цілі та пріоритети розвитку промисловості.Ланцюжок водневої енергетики включає різноманітні технології та галузі промисловості. Наразі все ще існують такі проблеми, як недостатня міждисциплінарна співпраця та недостатній механізм міжвідомчої координації.Наприклад, будівництво водневих заправних станцій вимагає співпраці між різними відомствами, такими як капітал, технології, інфраструктура та контроль небезпечних хімікатів. Наразі існують такі проблеми, як нечіткість компетентних органів, труднощі з погодженням, а властивості водню все ще є лише небезпечними хімічними речовинами, що становить серйозну загрозу для розвитку галузі. великі обмеження.
Ми віримо, що технології, платформи та таланти є тими точками зростання для підтримки розвитку індустрії водневої енергетики моєї країни.
Перш за все, необхідно постійно підвищувати рівень ключових базових технологій.Технологічні інновації є ядром розвитку водневої енергетики.У майбутньому моя країна продовжуватиме сприяти дослідженню та розробці ключових основних технологій у виробництві, зберіганні, транспортуванні та застосуванні екологічної та низьковуглецевої водневої енергії.Прискорити технологічні інновації паливних елементів з протонообмінною мембраною, розробити ключові матеріали, покращити основні показники продуктивності та потужності масового виробництва, а також продовжувати покращувати надійність, стабільність і довговічність паливних елементів.Будуть докладені зусилля для сприяння науково-дослідним розробкам і виробництву основних компонентів і ключового обладнання.Прискорити підвищення ефективності перетворення виробництва водню з відновлюваних джерел енергії та збільшення масштабів виробництва водню за допомогою одного пристрою та зробити прорив у ключових основних технологіях у зв’язку з інфраструктурою водневої енергетики.Продовжити дослідження основних закономірностей безпеки водневої енергетики.Продовжуйте просувати передову технологію водневої енергетики, ключове обладнання, демонстраційні програми та індустріалізацію основних продуктів, а також створювати високоякісну систему технологій розробки для водневої енергетики.
По-друге, ми повинні зосередитися на розбудові платформи підтримки промислових інновацій.Розвиток водневої енергетики має зосередитися на ключових сферах і ключових ланках, а також створити багаторівневу та диверсифіковану інноваційну платформу.Підтримуйте університети, науково-дослідні інститути та підприємства для прискорення будівництва ключових лабораторій і передових платформ перехресних досліджень, а також проведення базових досліджень із застосування водневої енергетики та дослідження передових технологій.На початку 2022 року Національна комісія з питань розвитку та реформ і Міністерство освіти видали «Схвалення звіту про техніко-економічне обґрунтування проекту інноваційної платформи національної енергозберігаючої промисловості й освіти в Північнокитайському електроенергетичному університеті». Проект інноваційної платформи інтеграції промисловості й освіти Національного університету електроенергетики. Він був офіційно схвалений і став першою партією коледжів та університетів, які «командують».Згодом було офіційно створено Інноваційний центр водневої енергетики Північнокитайського університету електроенергетики.Інноваційна платформа та інноваційний центр зосереджені на технічних дослідженнях у сфері електрохімічного накопичення енергії, водневої енергетики та технології її застосування в електромережах, а також активно сприяють розвитку національної водневої енергетики.
По-третє, необхідно сприяти створенню команди професіоналів водневої енергетики.Технологічний рівень і масштаби водневої енергетики продовжують робити прориви. Однак галузь водневої енергетики стикається з великою прогалиною в команді талантів, особливо серйозною нестачею інноваційних талантів високого рівня.Кілька днів тому спеціальність «Воднева енергетика та інженерія», оголошена Північно-Китайським електроенергетичним університетом, була офіційно включена до каталогу спеціальностей бакалаврату в звичайних коледжах та університетах, а дисципліна «Воднева енергетика та інженерія» була включена до каталогу новий міждисциплінарний предмет.Ця дисципліна охоплюватиме енергетику, інженерну теплофізику, хімічну інженерію та інші дисципліни як тягу, органічно інтегрує виробництво водню, зберігання та транспортування водню, водневу безпеку, водневу енергетику та інші модулі водневої енергетики, а також проводитиме всебічні міждисциплінарні базові та прикладні дослідження. Це забезпечить сприятливу підтримку талантів для реалізації безпечного переходу енергетичної структури моєї країни, а також розвитку індустрії водневої енергетики та енергетичної промисловості моєї країни.
Час публікації: 16 травня 2022 р