隨著全球能源結構的變化,可再生能源替代傳統(tǒng)化石能源是能源發(fā)展的必然趨勢,習近平總書記在2020年9月22日召開的聯合國大會上講到:“中國將提高國家自主貢獻力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值,爭取在2060年前實現碳中和?!保倳浀闹v話無疑對中國未來能源發(fā)展之路指明了方向,也為中國可再生能源的發(fā)展打了一只“強心劑”。
可再生能源在我國發(fā)展已歷經多年,我國可再生能源資源豐富,但多數都集中在西北、東北等經濟發(fā)展程度較低的地區(qū),當地很難將大量可再生能源發(fā)出的電能進行本地消納,棄風棄光現象嚴重,為了最大程度提高可再生能源的利用率,我國積極探索氫能的開發(fā)利用。
氫能源的應用和發(fā)展現狀
01氫在工業(yè)上的應用
氫能具有熱值高、能量密度大、可儲存、可再生、零污染等優(yōu)勢。氫氣在工業(yè)中用途廣泛,可利用氫氣從金屬氧化合物中奪取氧元素,在冶金工業(yè)冶煉金屬。例如,金屬鎢、鉬等在民用工業(yè)和軍事工業(yè)上都應用廣泛,且具有重要地位,其冶煉就是利用氫氣煉制出來的。
用氫氣冶煉金屬鎢的化學方程式如下:
3H2+ WO3=加熱△=3H2O + W
類似的道理,光伏發(fā)電組件中的半導體材料——高純硅,就是通過氫氣來制造獲得的。
氫氣也是重要的化工原料??梢杂脷錃鈦碇圃彀?NH3),并制造化肥。也可以用氫氣制造鹽酸,把液態(tài)植物油制成人造黃油等。
02氫燃料電池的發(fā)展
2013年至2019年底,全球氫燃料電池汽車共計銷售19500輛,2019年全球氫燃料電池汽車保有量為10409輛;截至2019年底,中國氫燃料汽車共計生產7000余輛,2020年銷售約1300輛,主要以公交車、物流車為主。到2019年底,全球已建成458座加氫站,在建和擬建255座加氫站;其中,中國已建成88座加氫站,占全球已建成加氫站的19.2%;在建和擬建149座,占全球在建和擬建加氫站的58.4%,數量居世界第一,發(fā)展速度迅猛。
從我國在建和擬建的加氫站數量可以看出,我國氫燃料能源的發(fā)展速度非常迅猛,主要原因:一是國家政策的大力推動,二是氫能做為一種零污染清潔高效的能源,符合我國和全球能源與環(huán)境發(fā)展的要求,三是發(fā)展可再生能源制氫,可解決我國大量可再生能源因接入難而產生的棄風棄光現象。
02我國氫能開發(fā)的政策環(huán)境
我國正加快氫能開發(fā)的速度,國家氫能標準委會發(fā)布的《中國氫能產業(yè)基礎設施發(fā)展藍皮書》中提到,到2030年我國將建成加氫站1000座,氫燃料電池車達到100萬輛。
目前,我國近30多個省市出臺了氫能發(fā)展規(guī)劃,如:《山東省氫能產業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃(2020-2030年)》, 《成都市氫能產業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2019-2023年)》,《廣州市氫能產業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2019-2030年)》、《佛山市南海區(qū)氫能產業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2020-2035年)》等,未來中國將圍繞氫能產業(yè),構建成更加完備的制氫、輸氫、用氫的產業(yè)鏈,將產生更多的“氫能城市”,對解決我國可再生能源的棄風棄光問題發(fā)揮重要作用。
03可再生能源制氫存在的問題
目前,制氫的主要方法有石化燃料制氫、電解水制氫和化工副產氫,此外,生物質制氫、核能制氫和光催化制氫正在研究階段,暫不具備工業(yè)化應用水平。從制氫的主要手段來看,可再生能源制氫只能選擇電解水制氫,化石燃料制氫和化工副產氫都是有碳排放的。
比較成熟的電解水制氫主要有兩種:
一是堿性水電解制氫,二是純水電解制氫。堿性電解水制氫技術相對比較成熟,可以大規(guī)模應用,工藝比較簡單,成本較低。純水電解制氫比堿性制氫有更高的電流密度,結構更緊湊,更加安全可靠,更適用于小規(guī)模的制氫場合。
可再生能源發(fā)電具有不確定性,其特點是間歇性、波動性和隨機性,很難為負載提供一個持續(xù)穩(wěn)定的電力供應??稍偕茉粗茪渲饕杞鉀Q幾方面的問題:
一是根據可再生能源發(fā)電的特點,整個制氫系統(tǒng)需要有一個比較寬的功率調整范圍;
二是從電力上來講,需要將電力系統(tǒng)的波動降到最小,以適應制氫系統(tǒng)的需要;
三是制氫設備需要能夠適應寬功率波動的高效低成本的制氫系統(tǒng),才能有可能實現大規(guī)模的制氫。
04結語
通過對氫能的利用和現狀分析,可以看出氫能有著十分廣闊的市場前景,目前我國擁有良好的氫能產業(yè)政策環(huán)境,各大能源企業(yè)都紛紛布局氫能產業(yè),希望在氫能領域有所斬獲,開拓新的能源發(fā)展之路。
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