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氫儲能:前景廣闊蓄勢待發(fā)

來源:經(jīng)濟參考報 2022-01-13

在“雙碳”目標帶動下,橫跨氫能和儲能兩大能源業(yè)新賽道的氫儲能優(yōu)勢凸顯。業(yè)內(nèi)人士認為,隨著各項技術(shù)基本成熟,氫儲能已具備大規(guī)模推廣的基礎(chǔ)條件,不過目前仍處于商業(yè)化初期階段的氫儲能,還期待產(chǎn)業(yè)化培育力度進一步加大。

應(yīng)用前景廣闊

“廣義的氫儲能是指把任意形式的能量轉(zhuǎn)換成氫氣的化學能,以氫氣的形式進行存儲。狹義的氫儲能是指將太陽能、風能等清潔能源發(fā)出的電能或夜間電網(wǎng)的過剩電能,通過電解水制取氫氣,通過儲氫罐存儲,之后由燃料電池發(fā)電技術(shù)等實現(xiàn)氫氣的利用。”天津大學內(nèi)燃機燃燒學國家重點實驗室副教授秦彥周說,常規(guī)的電池儲能是電能與電能的轉(zhuǎn)換,而氫儲能是電能與氫氣的轉(zhuǎn)換。

同時,氫儲能相對于電池儲能和其他傳統(tǒng)儲能方式,具有一定比較優(yōu)勢。記者調(diào)查了解到,電池儲能主要適用于小功率、短周期、分布式儲能,氫儲能更適用于長周期、大規(guī)模、集中式儲能。在大規(guī)模儲能方面,氫儲能相對于電池儲能成本優(yōu)勢明顯。

“氫儲能可以有效助力新能源并網(wǎng),緩解區(qū)域能源分配不均問題。”北京一家氫能應(yīng)用技術(shù)研發(fā)企業(yè)有關(guān)負責人告訴記者。

“氫儲能可解決清潔能源發(fā)電循環(huán)波動大、上網(wǎng)難的問題,可實現(xiàn)電網(wǎng)的‘削峰填谷’和負荷的靈活調(diào)配,并且制取和存儲的氫氣也可大規(guī)模用于燃料電池汽車和化工合成原料。”秦彥周進一步解釋說,氫氣的熱值約為汽油熱值的3倍,焦炭的4.5倍,因而單位質(zhì)量的氫氣蘊含著非常高的能量。氫氣無論是燃燒還是通過燃料電池發(fā)電,最終產(chǎn)物只有水,清潔無污染。

“就電網(wǎng)側(cè)大規(guī)模儲能而言,除了抽水蓄能,我們認為氫儲能也是一種比較好的方式。”隆基氫能科技有限公司副總經(jīng)理王英歌說。

此外,中國科學院科技成果轉(zhuǎn)化母基金研究總監(jiān)邵元駿介紹,氫儲能在完成電能轉(zhuǎn)化成氫能的步驟后,還可以通過簡單的加工,進一步制成氨氣、甲醇等加以應(yīng)用,特別是制成液態(tài)的甲醇以后更便于存儲。

《中國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告2020》預(yù)計,2050年,氫能在我國終端能源消費占比將達10%,國內(nèi)氫燃料電池汽車保有量將達3000萬輛,氫氣需求量達6000萬噸,我國將進入氫能社會。

“氫儲能未來應(yīng)用前景廣闊。”秦彥周說。

產(chǎn)業(yè)蓄勢待發(fā)

記者調(diào)查了解到,在“雙碳”目標引領(lǐng)下,目前在國內(nèi)氫儲能領(lǐng)域,利用光伏、風電等清潔能源電解水制氫(即“綠電制綠氫”),受到越來越多投資者的青睞,特別是一些大型石化及煤化工企業(yè),在這一領(lǐng)域走在前列。

在中國石化勝利油田生產(chǎn)區(qū),記者看到,一排排深藍色的太陽能光伏板與高大的抽油機相伴共生。

中國石化勝利油田新能源開發(fā)中心副經(jīng)理邢建軍介紹,油井在正常作業(yè)過程中,一般占地面積比較大。油田有大量閑置土地,正好可以用來發(fā)展分布式光伏,滿足生產(chǎn)用電需求的同時,還可以用這些綠電來電解水制綠氫。下一步,油區(qū)內(nèi)的運輸車輛也將采用氫能重卡取代原來的柴油重卡,并用自產(chǎn)的綠氫給氫能重卡加氫,不僅可以減污降碳,還可以降低能耗,節(jié)省用能成本。

勝利油田提供的數(shù)據(jù)顯示,到“十四五”末,油田要建成500兆瓦分布式光伏、1500兆瓦集中式光伏,在當?shù)氐墓庹諚l件下,2000兆瓦光伏發(fā)電裝機一年約發(fā)25億度電,這相當于油田當前用電量的一半左右。

“到‘十四五’末,我們爭取氫氣年產(chǎn)能達到1萬噸左右。等我們制氫規(guī)模上來以后,除了自用,也力爭給山東省的氫能基地提供一些綠氫。”邢建軍說。

值得一提的是,氫氣對于油氣企業(yè)的價值,不只是可作為能源使用,還可參與化工生產(chǎn)過程。“對于石油化工來說,氫氣是非常寶貴的資源。一家煉油企業(yè)能煉多少油,油品品質(zhì)能否滿足市場需求,目前都需要通過加氫來調(diào)節(jié)和實現(xiàn)。”中國石化濟南煉化公司代表、黨委書記夏季祥告訴記者。

勝利油田和濟南煉化的氫儲能應(yīng)用和發(fā)展,只是中國石化氫能版圖的一部分。數(shù)據(jù)顯示,中國石化目前年生產(chǎn)氫氣約390萬噸,在全國已累計建成加氫站38座;到2025年,公司計劃建成油氫合建站、加氫站1000座。在綠氫科技方面,中國石化首套自主開發(fā)的質(zhì)子交換膜(PEM)電解水制氫示范站已投入運營。此外,公司正在布局一批綠氫煉化示范項目。

在煤化工領(lǐng)域,氫儲能也在發(fā)揮著作用。“在煤化工生產(chǎn)過程中加入綠氫,可以減少我們的二氧化碳排放。”寧夏寶豐能源集團股份有限公司總裁劉元管告訴記者。

目前寶豐能源已建成全國領(lǐng)先的集“甲醇、烯烴、聚乙烯、精細化工、新能源”于一體的循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)集群。2021年公司首個光伏電解水制氫項目正式投產(chǎn),項目可年產(chǎn)3億標方綠氫、每年新增減少煤炭資源消耗約40萬噸、減少二氧化碳排放約70萬噸。

此外,氫儲能的發(fā)展,還推動了傳統(tǒng)能源與新能源企業(yè)的融合。記者調(diào)查了解到,為了發(fā)展綠氫業(yè)務(wù),中國石化積極尋求與新能源企業(yè)的跨界合作,隆基就是其合作伙伴之一。

“按照協(xié)議,我們將為中國石化提供分布式光伏和光伏地面電站的解決方案,并提供綠氫生產(chǎn)裝備以及制氫相關(guān)解決方案。”王英歌說,“2022年我們規(guī)劃上馬1.5吉瓦電解水制氫設(shè)備,5年內(nèi),我們會形成5到10吉瓦電解水制氫設(shè)備產(chǎn)能。”

“目前,國內(nèi)氫儲能各項技術(shù)基本成熟,依靠現(xiàn)有加油站等基礎(chǔ)設(shè)施改造,能夠?qū)崿F(xiàn)加氫站的快速布局,推動氫氣產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。氫儲能產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)已具備大規(guī)模推廣的基礎(chǔ)條件。”上述北京氫能應(yīng)用技術(shù)研發(fā)企業(yè)有關(guān)負責人認為。

培育仍待加力

盡管氫儲能產(chǎn)業(yè)前景廣闊,也具備推廣基礎(chǔ)條件,但記者調(diào)查了解到,目前氫儲能在我國仍處于商業(yè)化的初期階段,未來還需要進一步加大氫儲能的產(chǎn)業(yè)化培育力度。

秦彥周等多位受訪專家認為,現(xiàn)階段氫儲能的發(fā)展還面臨多方面的風險,這在一定程度上影響了投資者的投資意愿,拖累了氫儲能發(fā)展的步伐。

比如,目前國內(nèi)還缺乏氫儲能運行、維護數(shù)據(jù)和成本核算方法,缺乏氫儲能全生命周期的經(jīng)濟效益分析方法,導(dǎo)致運維成本難以評估;同時,氫能產(chǎn)業(yè)市場行情仍不夠明晰,氫燃料電池汽車和加氫站的建設(shè)數(shù)量低于政策規(guī)劃預(yù)期,完全市場化運行之后發(fā)展行情和競爭力也缺乏有效評估;在技術(shù)方面,電解水和燃料電池的核心材料,如催化劑、離子交換膜和碳紙的國產(chǎn)化程度仍較低,成本較高,壽命不足,并且內(nèi)部傳熱傳質(zhì)過程復(fù)雜,需要在基礎(chǔ)材料和水熱管理策略方面加大研發(fā)投入。

同時,據(jù)秦彥周介紹,氫儲能系統(tǒng)存在多個能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié),每個環(huán)節(jié)都有能量的損耗,因而系統(tǒng)整體效率偏低,加上目前較高的發(fā)電成本,還存在儲氫成本較高的問題,解決途徑是需要通過清潔能源發(fā)電技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用降低發(fā)電的成本。

此外,氫氣的危化品屬性也成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的桎梏。“氫氣是一種非常活躍的氣體,從某種程度上來看,比石油、天然氣更危險。目前氫在我國尚未作為能源進行管理,而是作為危化品管理,按照危化品管理的相關(guān)規(guī)定,氫能發(fā)展依然障礙重重。”寧夏發(fā)改委能源發(fā)展處三級調(diào)研員姚波說。

一些受訪業(yè)內(nèi)人士還擔心,國內(nèi)的“氫能熱”會導(dǎo)致氫儲能過剩。

據(jù)中國工業(yè)氣體工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計,截至2020年底,共有11省、直轄市對氫能產(chǎn)業(yè)做出明確的定位與計劃,60多個城市和地區(qū)做出了明確的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃和指導(dǎo)意見,已形成京津冀、長三角、珠三角、川渝等多個產(chǎn)業(yè)發(fā)展示范聚集區(qū)。

“并不是什么地方都適合發(fā)展氫儲能。”王英歌說,氫能的產(chǎn)業(yè)鏈條長,要從制氫、儲運、用氫各個環(huán)節(jié)考慮,算好綜合經(jīng)濟賬。“風光”資源豐富的地區(qū)制氫成本低,用氫的礦山、化工園區(qū)、重卡集聚區(qū),適合現(xiàn)場制氣。在現(xiàn)有運輸方式下,氫氣運輸半徑不宜超過150公里。“綠電+綠氫”的解決方案,特別適合在此類地區(qū)應(yīng)用,利用“風光”可再生能源制氫的同時結(jié)合應(yīng)用場景,實現(xiàn)了綠氫的就地消納。

秦彥周也建議,在“風光”資源豐富的地區(qū)優(yōu)先發(fā)展氫儲能技術(shù),避免盲目開發(fā),造成資源浪費。在他來看,未來氫儲能的規(guī)模化發(fā)展,仍待建立全生命周期氫儲能經(jīng)濟效益評估方法;科學的氫安全評估體系,在充分保證安全的前提下,適當放寬在建設(shè)方面的安全標準;因地制宜開展氫儲能示范運行;并持續(xù)加大對氫儲能關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)力度。


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