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氢能发展在能源清洁低碳转型中的作用

作者:马璐瑶等 来源:中国电力企业管理 发布时间:2020-01-17 浏览:
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中国储能网讯:“能源清洁低碳发展关乎人类未来。”当前,解决不断增长的能源需求与可持续发展之间的矛盾,是世界各国的共同目标。2014年,习近平总书记提出推动“四个革命、一个合作”能源安全新战略,为我国能源发展指明了方向。近年来,氢能以资源丰富、热值高、无污染等优势被视为推动未来能源转型的二次能源。美、德、日等发达国家均出台相应政策,将发展氢能产业提升到国家能源战略高度。经过多年的积累,我国氢能产业部分领域初具产业化条件。未来随着技术的不断更新、成本的持续下降、机制的健全完善,氢能的发展必将为推动能源清洁低碳转型提供有力支撑。

能源转型发展形势

当前,化石能源依然是世界的核心能源。2018年全球由能源消费产生的碳排放达到331亿吨,占全球排放总量的三分之二,同比增长1.7%。其中,包括我国在内的新兴经济体碳排放增长十分明显。考虑各国根据“巴黎协定”制定的长期能源发展目标,可再生能源在全世界快速发展,根据国际可再生能源署(IRENA)数据统计,2018年全球可再生能源同比增长8%,约占全球能源需求增长的25%。清洁低碳的可再生能源取代煤炭等化石能源,成为能源转型的重要举措。

近年来,我国大力发展可再生能源,化石能源消费占比逐步下降。以电力为例,我国可再生能源装机容量占全球总量的29.6%,其中水电、风电和太阳能发电分别占全球能源装机总量的27.2%、32.8%和36%,稳居世界第一,并已提前完成我国能源发展“十三五”规划目标。但可再生能源发展过快,与其匹配的电网系统并未建成,造成部分地区弃风、弃光、弃水问题严重。此外,“以气代油”“以电代油”等替代成本较高,导致用户侧需求与能源供给侧发展不协调、不平衡。因此,促进可再生能源发展,不光需要完善的政策机制、配套设施、技术升级,也需要探索创新能源转换媒介,氢能的发展为推动能源清洁低碳转型提供了一个重要方向。

氢能产业发展概况

 发展现状

在国外,氢能备受关注,美国能源部在2002年发布《国家氢能发展路线图》,联合高校企业共同攻关氢能及燃料电池关键技术,并成立美国燃料电池和氢能联盟。经过多年积累,美国已具备世界领先的氢能基础设施集成与装备制造技术;德国已稳步完成《氢能与燃料电池计划》,成功开展燃料电池汽车、家庭热电联供站、加氢站等方面研究示范。截至2018年年末,欧洲拥有152座已运营加氢站,其中德国就拥有60座对外经营店,并计划2030年达到1000座,覆盖全部德国人口;日本发布《氢能/燃料电池战略发展路线图》,分阶段推进氢能关键技术研发和基础设施建设。当前,日本已初步实现家用燃料电池热电联供固定电站和燃料电池汽车商业化推广。

在国内,氢能的“热度”不断提升,2016年,政府发布《能源技术革命创新行动计划(2016~2030年)》将氢能产业纳入国家能源战略。今年全国两会,将“推动充电、加氢等设施建设”写入《政府工作报告》,作为解决能源资源问题和环境危机的有效途径。国内十余省市陆续发布氢能产业规划。其中,江苏打造“长三角氢走廊”、山东发展“中国氢谷”、大同建设“氢能之都”。能源央企也积极布局氢能产业发展,如国家电投、中广核、华能等企业积极探索可再生能源制氢技术。在国家政策推动下,我国氢能发展已具有一定基础,现有工业制氢量已达2500万吨/年。截至2018年底,国内正在运营的加氢站达到19座,排名全球第四。但当前相对于传统应用领域,氢能占比新能源的应用份额很低,受成本和技术制约严重,我国氢能产业的发展还处于起步。

相关政策

当前国内出台氢能产业相关政策主要分为产业发展、技术研发、财政支持三个方面。

产业发展方面。政府统筹规划氢能产业发展路线,分阶段推进氢能技术升级和产业升级。2016年,国务院印发《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》指导制氢、储氢、运氢等关键技术攻关及发展规划。2018年,武汉市政府和苏州市政府分别发布《武汉氢能产业规划方案》、《苏州市氢能产业发展实施意见》,结合地方产业发展基础,制定氢能发展规划。

技术研发方面。一是重点突破制氢、储氢、燃料电池等关键技术攻关。2016年,国务院发布《国家创新驱动发展战略纲要》提出重点开发氢能、燃料电池等新一代能源技术。2017年,北京市政府发布《北京市加快科技创新培养新能源智能汽车产业的指导意见》提出科学布局并适度超前推进燃料电池汽车的研制,培育产业新增长点。二是推动燃料电池汽车及其基础设施建设创新示范。2017年,科技部发布《“十三五”交通领域科技创新专项规划》提出推进加氢站建设和燃料电池汽车规模示范。

财政支持方面。一是对符合国家技术标准和满足日加氢能力要求的新建燃料电池汽车加氢站,给予投资补偿。2014年,国家财政部发布《关于调整完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》提出对符合国家技术标准且日加氢能力不少于200公斤的新建燃料电池汽车加氢站每个站奖励400万元。广东、安徽、河南等省市也陆续出台补贴政策。二是对燃料电池汽车实行车辆购置补贴,推动新能源汽车产业发展。2018年,广州市发改委发布《关于征求广州市推动新能源汽车发展若干政策公众意见的通知》明确燃料电池汽车购置补贴。

氢能展望

氢能在未来发展中,成为由传统化石能源为主向可再生能源为主的能源体系中重要的二次能源媒介。2018年,中国氢气产量约2100万吨,根据中国氢能联盟预计,2030年,中国氢气需求量将达到3500万吨,在终端能源体系中占比为5%。到2050年氢能将在中国终端能源体系中占比至少达到10%,氢气需求量接近6000万吨,可减排约7亿吨二氧化碳。

氢能在能源转型中的主要作用

氢能使得 “万物链接”,促进能源互联互补,实现跨能源网络协调优化。作为高能量密度无污染排放的二次能源,氢能具有远距离输送、大规模存储和“氢-电”互换的特性,是有效耦合传统化石能源和可再生能源系统,构建现代能源体系的重要能源。

促进清洁能源消纳。在源端通过可再生能源制氢,可实现清洁电力到清洁气体的大规模储存,是解决可再生能源消纳、平抑波动性和间歇性的重要手段。近年来,以德国为首的西欧国家正尝试探索风电、太阳能电解制氢,然后利用氢气制甲烷并用天然气管道输送的发展模式,即“电转气”模式。

保障能源安全、灵活供应。基于氢的储能系统可作为灵活电源,在用电低谷时制氢存储电能,在用电高峰时通过燃料电池释放电能,实现电网“削峰填谷”。同时,氢储能系统可为电网提供调频、调压等辅助服务。当地企业结合地方新能源消纳形势,计划在六安建设1兆瓦氢储能系统示范工程,采用清洁能源电解水制氢,通过氢燃料电池发电,实现与电网的友好互动。

提高能源终端利用效率。依托氢燃料电池技术,建立分布式能源网络,做到区域或城市电力、热能和冷能的联合供应。以日本为例,东京天然气公司和松下公司联合研发的家庭分布式能源系统已经在日本成功推广。该系统燃料电池利用天然气提取氢气作为燃料,发电和用电地点相同,且发电产生的热量也被用来供热。整个系统的能源利用效率高达95%,而传统天然气发电加锅炉效率仅有68.7%。

促进交通清洁化转型。加氢基础设施是氢能利用和发展的中枢环节,是为燃料电池充装燃料的专门场所。不同来源的氢气压缩机增压后,储存在高压储罐内,再通过氢气加注机为氢燃料汽车加注氢气。在商业运行模式下,乘用车氢气加注时间一般控制在3-5分钟。随着燃料电池汽车商业化推广,美国、德国、日本等国家能源企业加快燃料电池汽车加氢站的布局建设,提前抢占加氢服务市场。

本文刊载于《中国电力企业管理》2019年12期,作者马璐瑶供职于国网安徽省电力有限公司培训中心,尹晨旭供职于国网安徽省电力有限公司经济技术研究院,吴琦供职于国网安徽省电力有限公司培训中心,吴青供职于南京审计大学信息工程学院

关键字:氢能

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