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2019年1月底,沙特阿美公司与世界知名能源化工企业空气产品公司合作,将在沙建设首座氢燃料电池汽车加气站并预计二季度投入运营。世界上最大的油气公司涉足氢能产业,这是否预示着一个新的能源时代已经来临?
本文来源:智见能源 微信公众号 ID:SmartEnergyView
一、氢与能源互联网
能源互联网是将新型电力网络、交通网络、石油网络、天然气网络等能源节点互联起来, 以实现能量双向流动的能量对等交换与共享的网络。在电力、交通、石油与天然气这些网络中,电能是实现能源双向流动的重要介质,随着能源体系的进一步向清洁、高效、安全发展,氢能在能源互联网的构成中,将发挥不可替代的作用。
我们从氢能生命周期的角度分析出氢能的特点:(1)来源广,不受地域限制;(2)是非常优秀的储能介质;(3)对大气污染小,甚至可做到零污染;(4)用途广泛,既可用于发电发热,还可用于大中规模储能以及交通燃料;(5)通过氧化与还原反应,氢是电力、交通、天然气网络中重要的转换介质。
通过氢这条路线,让氢气通过燃料电池发电,相当于把气网和电网联系起来了,通过水的电解与氢气的还原,可以实现天然气网与电力网的可逆性,整体上会形成一个综合的能源网络,以实现各种形式的能量转化优化。
二、氢、燃料电池与新能源汽车
日本政府在《能源基本计划》中将氢能源定位为与电力和热能并列的核心二次能源,并提出建设“氢能社会”的愿景,希望通过氢燃料电池实现氢能在家庭、工业、交通甚至全社会领域的应用,从而实现真正的能源安全以及能源独立。在新能源汽车的技术路线中,以锂电池为代表及与氢燃料电池为代表的电动汽车,发展处于胶着状态,最终的决胜无疑将取决于便利、安全与成本。
“我国能源体系存在不安全、不平衡、不可持续的问题,主要体现在能源安全、煤炭大国但利用不够清洁、碳排放压力大、可再生能源发展遇瓶颈、电力系统灵活性不足五个方面。”电力作为目前我国终端能源消费的主体,其最大的问题在于无法存储。可再生能源的接入带来的不确定性影响着电力系统的安全稳定运行,以电能作为能源网络之间的互联,具有单向性的特点,成本更是重要的因素。
在能量转化优化过程中,燃料电池起了关键作用。根据现有的燃料电池体系,理论上氢能的转化效率可达85%以上。氢燃烧热值高,居各种燃料之冠,是液化石油气的2.5倍、汽油的3倍。据《中国氢能源及燃料电池产业发展研究报告》,如果实现规模化运营,化石燃料制氢、工业副产制氢、弃电制氢方式的终端氢气价格与汽油价格相当。大型清洁煤制氢,尤其是褐煤制氢,将成为煤炭清洁高效利用以及低质廉价煤开发利用的重要发展方向。
三、国内外积极布局发展氢能
2019年1月底,沙特阿美公司与世界知名能源化工企业空气产品公司合作,将在沙建设首座氢燃料电池汽车加气站并预计二季度投入运营。
目前,国内关注的主要是车用燃料电池。车用燃料电池只是氢的一个应用场景,车用、分布式发电都是可行的。目前日本至少有20万户家庭用上了燃料电池热电联产装置。这种装置连接的是天然气管网,氢通过燃料电池发电,发电的同时还有一部分余热用于烧水,氢能的利用效率达90%以上。
美国及欧洲一些国家有很多兆瓦级燃料电池装置,可供一栋楼用。韩国政府非常支持分布式燃料电池技术发展,装机总量已达近300兆瓦,相当于一个中型火电厂的规模。而我国分布式燃料电池发电项目很少,据资料来源,辽宁营口有一家欧洲企业子公司应用了2兆瓦的分布式燃料电池发电装置,项目却是欧盟资助。
四、日本的“氢能社会”构想
日本主要的国家战略有《日本再复兴战略》、《能源基本计划》和《氢能/燃料电池战略发展路线图》。
2014年,在日本经济贸易产业省成立的氢能/燃料电池战略协会对外公布的《氢能/燃料电池战略发展路线图》中,详细描述了氢能源研发推广的三大阶段以及每个阶段的战略目标:
第一阶段是从当前到2025年,快速扩大氢能的使用范围;
第二阶段是2020年中期—2030年底,全面引入氢发电和建立大规模氢能供应系统;
第三阶段从2040年开始,确立零二氧化碳的供氢系统。
五、国内氢能发展现状
在相关专家看来,相比日本等发达国家,国内氢能研究应用起步相对较晚,目前国内加氢站仅有十几座,且大部分还处于示范阶段。虽然起步较晚,但近年来国内对氢能及燃料电池产业的关注度有增无减,且商业化步伐正在加快。政策层面,《能源生产和消费革命战略(2016—2030)》和《能源技术革命创新行动计划(2016—2030年)》将发展氢能与燃料电池技术提上日程。
上海、武汉、大同、佛山、如皋、张家口等地纷纷布局发展氢能产业,目前国内各地运营的氢燃料电池车已近千辆级别。中国氢能源及燃料电池产业将实现技术快速进步,创新成果不断涌现,推动在小汽车、轨道交通、船舶、航天、物流系统、矿用车等领域广泛应用氢能,最终形成氢能社会。
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