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碳中和愿景下氢能应用的竞争优势

2021-05-14 08:50:58 中国石油报   作者: 李小松  

据天然气世界(Natural Gas World)5月5日消息,挪威可再生能源公司Nel的一个部门表示,该公司收到一份购买2兆瓦电解槽的订单,该电解槽将支持瑞士的绿色氢基础设施。Nel销售与市场营销区域副总裁雷蒙德·施密德表示:“这是开发商业绿色氢基础设施所取得的新里程碑,这清晰地表明,重型车辆用氢如今已成为现实。”

在全球迈向碳中和进程中,氢能将发挥重要作用。国际智库能源转型委员会在4月27日发表的一份报告中说,全球经济2050年前要实现温室气体净零排放,每年需要消耗5亿到8亿吨的清洁氢,这是目前市场规模的5到7倍。

氢可以作为原料和燃料,还可以作为储能介质,在工业、交通、建筑等众多领域应用前景广阔,尤其是在储能、高耗能工业、以及重型车辆、航运、航空航天燃料等领域有着其他能源无可比拟的优势,对实现碳中和至关重要。

首先,氢气是一种极好的能量存储介质。风电、水电、光伏等可再生能源虽然零排放,但存在随机性、波动性问题,弃电现象难以避免,造成能源浪费。国家能源局数据显示,2020年,全国主要流域弃水电量约301亿千瓦时,全国弃风电量约166亿千瓦时,全国弃光电量52.6亿千瓦时。如此巨大的弃电量,如若制备成绿氢储存,为氢能体系供能,对于节能减排具有非常大的意义。

雷斯塔能源发布报告称,目前1兆瓦以上的绿色制氢装机超过60吉瓦,其中87%是吉瓦级项目,这意味着商业化大规模可再生能源制氢正在加速普及。与此同时,可再生能源制氢也在逐步下降。彭博新能源财经预测,到2030年,绿氢的成本预计将低于蓝氢;到2050年,它的成本甚至将低于“更脏”的灰氢。

其次,氢能在钢铁、冶金、水泥等高耗能工业减排上有着巨大的发展机遇。这些工业既是碳排放大户(占全球工业碳排放的45%),又是深度减碳的难点。可再生能源电气化手段只能降低高耗能产业中低位热能那部分碳排放,而这部分只占20%左右。80%的碳排放因原料和高位热能而产生,电气化目前还是无能为力。

传统的碳冶金中碳、氮、硫氧化物排放本质上不可避免,仍然较高,而氢冶金有望实现零排放。为进一步解决钢铁行业碳排放问题,世界各国钢铁企业纷纷开展氢冶金研究。日本2008年启动了150亿日元COURSE50氢冶金项目,德国、瑞典等国随后纷纷跟进。国内氢冶金强力跟进,蓄势待发。4月底,内蒙古赛思普公司投资10.9亿元的国内首条氢基熔融还原高纯生铁生产线正式建成。氢冶金或成为钢铁行业发展新趋势,助力碳中和目标达成。

最后,氢作为燃料在长距离运输的重卡、航运、航空航天等领域有很大竞争优势。与锂电池相比,氢燃料电池有能量密度高、续航里程长、负载能力强和加氢快等优势,更适合长距离、重载荷运输领域的重型卡车。与氢能乘用车相比,氢能在卡车领域已实现弯道超车。此外,重卡是交通领域排放大户,氢动力是重卡实现减排的重要且有前景的方法。

在布局上,去年一季度,美国燃料电池重卡技术路线图重磅出世,紧接着欧洲发布燃料电池重卡联合声明。近年,日本、韩国的汽车企业在开发氢燃料重卡上举措频频。而早在2017年7月,中国重汽就推出了国内首台重卡产品——氢燃料港口牵引车。氢动力重卡或将成为氢能应用经济性和产业化的重要突破口。中国工程院院士干勇表示,在国内的主要港口大量密集地使用氢能重卡,加氢站的建设规模就可以扩大,成本也会在规模效应下得以降低。

在航运领域,世界银行发布的最新报告显示,氨和氢是零碳船用燃料,最有可能成为航运业未来脱碳的主要贡献者。这是分析一系列不同的零碳候选燃料(包括生物燃料、氢、氨和合成碳基燃料)各自有利特性后综合得出的结论。壳牌同样指出,氢燃料电池作为零排放技术,最有可能帮助航运业在2050年前实现净零排放。壳牌4月21日表示,正在与合作伙伴进行可行性研究,以试验在新加坡的船舶上使用氢燃料电池。

氢气是自然界中最轻的气体,而且能量密度是汽油的3倍。这一特点使氢气特别适合应用在航空航天领域。早在20世纪40年代,氢气就已经应用于火箭发动机的液体推进剂。目前,一种被称为“固态氢”的新材料已经被开发出来。此外,氢燃料有望在航空脱碳战略中发挥关键作用。早在2008年,美国波音公司就已成功完成全球首次氢动力飞机的试飞。全球首架商业规模的氢动力飞机去年在英国试飞,空客公司也在布局氢混合动力飞机。

总体来看,氢能尚处在发展初级阶段,技术尚不成熟,成本也比较高。但是由于存在上述诸多竞争优势,氢能在碳中和愿景下显示出广阔的应用前景,并将保持快速发展的势头。随着氢能及燃料电池技术进步和规模产业化,氢能成本将迅速下降,应用也将更加广泛。




责任编辑: 李颖

标签: 碳中和 氢能应用

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