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氢能的未来“视界”——机遇or挑战

作者:中国储能网新闻中心 来源:中国电力 发布时间:2020-08-01 浏览:
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氢能以其环保效果好、能量密度高、用途范围广等优势,正越来越多地受到业界的关注,多地政府出台了支持氢能产业发展的相关规划。但总体来看,目前氢能发展尚未形成明确的顶层设计与长远规划,大规模推广应用仍面临着诸多挑战, 其将在未来能源系统中扮演何种角色,有待进一步深入研究论证。

国网能源院作为能源智库,一直紧密关注氢能等新兴能源的发展动态,并已就相关领域开展了深入研究和具体实践。为进一步探析氢能在未来能源系统中的作用及发展趋势,促进业界对氢能发展的相关思考,《中国电力》公众号特别邀请了国网能源院洪博文、代贤忠、王晓晨、贾跃龙、神瑞宝、蒋东方、曹子健等专家,以“能源圆桌派”的形式开展了线上讨论。现将主要观点与大家分享,同时非常期待与业界同行的交流合作。

本公众号推送内容仅代表专家针对该问题的个人见解,仅作学术交流和探讨使用,无任何指向性,本公众号不承担任何连带责任。

源 圆 桌 派

【主持人】:

2019年《政府工作报告》提出“推动充电、加氢等设施建设”,对于氢能在国内的推广和应用具有里程碑式的意义,发展氢能对我国能源安全与能源转型将产生哪些深远的影响?

洪博文

氢能近年来越来越受到国家重视,国内外的交流合作也日益增多,很重要的一个原因就是氢能在能源转型中的独特作用,体现在三个方面:一是深度脱碳价值显著,有助于各行业全面推进绿色电气化,特别是对于一些难以实现电气化的高温工业和重型交通行业,其能源品位优势显著。二是管道天然气绿化作用突出,有助于延缓一些国家和地区天然气管网的退役时间,目前在欧洲颇受关注。三是灵活性资源开发潜力巨大,有助于实现绿色经济、安全高效的能源转型,如氢能的季节性储能价值在未来可再生能源高比例开发利用的情景下尤其重要。

代贤忠

全球主要国家高度重视氢能与燃料电池产业发展,美国、日本、欧盟将氢能发展上升为国家能源战略高度。特朗普政府将氢能和燃料电池作为美国优先能源战略。日本提出要成为全球第一个实现氢能社会的国家。欧盟将氢能作为能源安全和能源转型的重要保障。我国高度支持氢能产业发展,氢能产业尚处于市场导入期,产业化态势正加速形成。我国氢能具有四个应用方向,一是可再生能源制氢及储能,二是氢燃料汽车,三是氢燃料电池发电,四是P2X(电转其他能源),将有力推动可再生能源发展,以及交通、工业领域脱碳加氢和绿色转型。

王晓晨

从长远来看,氢能有望填补电力在终端应用领域的重大空白,携手保障我国能源安全,推动能源体系向清洁低碳转型。未来随着电解水制氢技术经济性的提升,氢能具有与电能相似的来源广泛、利用清洁等特性。考虑到电能更加灵活便捷、应用领域广泛且电力系统基础设施建设完备,氢能将重点在电能替代相对困难的重型卡车甚至民航等领域优先取得发展,拓展电能终端应用领域,降低我国石油等传统化石能源的对外依赖程度,推动能源的可持续供给以及清洁低碳利用。

贾跃龙

发展氢能是维护我国能源安全、实现能源结构调整的重要路径。目前我国天然气和石油对外依存度较高,能源结构和能效水平有待优化和提升。氢能作为绿色高效的二次能源,未来在综合能源系统中扮演的角色将越来越重要,既包括用户侧的氢能汽车、家用燃料电池等场景,也包括电源侧的大规模储能等应用。氢能的快速发展将有利于我国提升能源自给率,并且有利于提升终端化水平进而提升终端能效,从而维护我国能源安全、促进能源体系转型。

神瑞宝

一方面,氢气的质量能量密度约为储能电池的150~200倍,这为各类用能场景提供了更为丰富的能源消费方式选择;另一方面,可再生能源发电制氢可以成为提升电力系统灵活性,促进清洁能源消纳的重要方式。因此,氢能将在保障能源安全、推动能源转型方面发挥重要作用。

【主持人】:

近年来,地方政府密集出台政策引导并鼓励氢能和氢燃料电池技术的开发和发展,加速了氢能产业化进程。目前我国氢能基础设施产业现状如何?主要面临哪些挑战?

蒋东方

氢能产业链包括制氢、储运氢、用氢等环节,目前我国制氢方面具有良好的基础,工业副产氢和可再生能源制氢已开展项目示范,但大规模输氢、氢能利用仍依赖于公共财政的支持,整体来看,我国氢能基础设施产业整体较为薄弱。随着鼓励支持政策的不断实施,氢能在自主技术研究、装备制造、基础设施建设方面迎来新的发展,但仍面临以下挑战:一是缺乏明确的国家氢能发展路线图,氢能发展乱而杂;二是氢能源系统尚未形成,社会资本是否愿意为氢能基础设施投资尚不明确;三是大规模氢能储运、利用等核心技术及关键材料研究仍需进一步加强,提高氢能利用的高效性和安全性。

王晓晨

目前我国氢能基础设施产业总体尚且处于示范建设阶段,基础设施建设规模不足,同时对补贴依赖严重。当前主要面临挑战:一是我国氢能装备制造水平与国外差距明显,在全生命周期成本上竞争力较差;二是氢能基础设施建设不足以匹配氢燃料电池汽车等终端应用设备数量,两者互相制约,同步发展难度大;三是氢能基础设施发展在顶层设计、统一规划与标准等方面缺失,难以形成规模效应;四是2019年国外氢能爆炸事件频出,氢能在管理上依然属于“危化品”,各地在建设氢能基础设施方面存在顾虑。

曹子健

我国氢气年产量超过2000万吨,位居世界第一,其中约50%为煤化工制氢,30%为副产氢,15%为天然气制氢,4%为电解水制氢。我国氢产能主要作为大化工生产链条中的中间产物,大部分在厂区内或附近化工厂就进入到下一生产环节,目前并不存在大规模的氢气远途储运和氢气供应市场。氢气作为二次能源的储运、供应、加注等环节尚不健全,还未能构成完整的工业体系。我国氢能产业的优势在于市场潜力大,而挑战在于氢气储运、加氢站建设等方面不完善,消费端尚不成熟,工业体系不健全,还达不到商业化的规模。近期国家和地方纷纷出台氢能产业的促进政策,尤其是针对氢燃料电池汽车在财政补贴等方面给予支持,有望扩大氢能的消费市场。

【主持人】:

德国联邦政府今年6月公布了《国家氢能战略》,计划投资至少90亿欧元以促进氢的生产和使用,并努力成为绿氢技术领域的全球领先者。我国也具有丰富的可再生能源资源,相比于其他国家,我国绿氢技术领域发展优势何在?发展中应如何发挥政府的引导作用,根据地域特点差异化发展氢能产业?

神瑞宝

我国氢气产量约占全球30%,化石能源制氢技术相对成熟;同时,我国可再生能源发展规模和质量也处于国际领先水平,这些都为氢能产业发展打下了良好的基础。建议依托化石能源制氢的规模优势,积极打通氢气运输、加注、使用等环节,提升安全性和经济性,为未来可再生能源制氢大规模应用做好中下游产业链铺垫,由灰氢逐渐向蓝氢、绿氢过渡。

蒋东方

中国高度关注氢能及燃料电池产业发展,与发达国家相比,我国产业化发展态势较快。已经有多个省市正在做氢能的发展规划和氢燃料电池汽车的发展规划,而且已经形成了华东、华中、华南、华北、东北、西南6个氢能和氢燃料电池汽车的产业群,但同时也出现了重复投资,资源浪费的现象。政府应做好顶层设计、尽快出台国家氢能发展战略,因地制宜开展氢能“制—储—运—用”一体化建设,寻求最佳氢能产业链布局;同时采用政策引导氢能基础设施建设,规范氢能产业管理流程和相关法律法规。

王晓晨

氢燃料电池汽车是氢能重要的应用领域,然而当前我国氢能及燃料电池产业尚不成熟,其核心是技术自主化及产业化水平不足,缺乏国际话语权,因此必须以创新引领开拓新蓝海。政府在加强顶层设计的同时,需充分发挥市场在资源配置中的决定性作用,着力培育创新型企业得以存活及发展的土壤与政策环境,在氢能产业布局方面应综合考虑各地区氢能制取条件、氢能应用市场及前景等。地方政府应避免大规模投资拉动GDP的发展模式,避免扶持过多对补贴依赖严重的“温室”企业及大而不强的薄弱产业,从而避免陷入“自己搭台、别人唱戏”而又受制于人的发展窘境。企业应摒弃“等靠要”发展思维,着力突破关键环节卡脖子技术,提高核心技术装备可靠性、耐久性及国产化水平,优化技术路线及应用场景选择,切实降低全产业链成本,提高市场竞争力。

【主持人】:

可再生能源制氢被视为未来能源系统深度脱碳的关键技术之一,请谈一谈氢储能技术对于解决“弃风弃光”问题的主要贡献在哪里?氢能在未来电力系统中的应用可以有哪些商业模式?

洪博文

氢能,尤其是绿电制氢,其脱碳价值显著,这个价值与未来绿色低碳、安全高效的能源系统建设目标有关。众所周知,未来高比例的可再生能源,尤其是风光等新能源的发展,在实现绿色低碳的同时,也给能源系统带来前所未有的运行挑战。除了短时随机波动性外,更长时间尺度内,比如一周或者一个月内的变化对能源系统的影响也将更大。而电化学储能往往只具有短时调节能力,而氢能作为一种季节性储能,其在未来新能源高比例开发利用的情景下尤其重要。交通领域中,氢能源汽车在一些特殊的场合下也展现出一些独特优势,如在一些严寒地区,燃料电池能很好地适应低温环境,保持较好的行驶性能和稳定性。因此,从商业模式的角度看,应体现因地制宜的特点。

王晓晨

从目前来看,采用可再生能源制氢短期内可在我国局部地区开展示范应用,但并非是常态化的可行途径。我国“弃风弃光”主要分布在西北地区,而当前西北地区对氢能的需求空间并不大,若为消费氢能而建设氢能基础设施,从经济性上来讲得不偿失,若扩大氢能运输范围则用氢成本会大幅上升。此外,“弃风弃光”呈现较强的随机性与季节性,氢能利用设备利用率降低,同时无法稳定满足用氢需求。

曹子健

按照我国当前电力结构下的碳强度计算,常规电力制氢的碳排放甚至比化石能源制氢还要高。结合我国可再生能源的快速发展,利用清洁能源制氢可以一定程度上消纳富裕的可再生能源,同时降低氢气生产过程中的碳排放。氢能在电力系统中的应用场景,一方面是在可再生能源富裕地区开展规模化的电解水制氢。电解水制氢设备可以一定程度上跟随可再生能源出力,解决可再生能源的波动性问题,是一种具备灵活性的电力负荷。但是,大规模的可再生能源生产基地距离负荷中心较远,如何将氢能远距离输送目前还没有理想的解决方案。另一种应用场景则是在用户侧,利用燃料电池和高效储氢技术建立“氢-电-热”多能耦合、协同互动的分布式能源系统,提高配电网运行的灵活性,节省配电网容量,提升配电网投资运营效率和能源供给效率。

家 简 介

洪博文:博士,国网能源院高级研究员,国网能源互联网经济研究院六人组成员,国际可再生能源署可再生能源网络顾问,中国可再生能源学会、中国电机工程学会等的专委会成员。长期从事分布式能源、微电网、配电网和综合能源系统等领域的政策管理、规划运营和技术经济研究。参与承担国家发改委、国家电网公司的十余项重大课题,多次获得国家电网公司和北京市科学技术奖奖励。参与大量国内和国际著作编译。近年来发表SCI/EI检索论文等二十余篇,多次做客电力百家讲、接受中国能源报、中国电力报等的专访。

洪博文

代贤忠:博士,国网能源院电网发展综合研究所智能电网研究室主任。长期从事智能电网、能源互联网、电动汽车等领域的研究咨询工作,承担十余项国家电网公司科技项目、管理咨询项目等课题研究,多次获得国家电网公司软科学成果奖、国网能源研究院有限公司科技进步奖。参与编著多部国内外电网发展分析报告,发表EI、中文核心期刊文章20余篇,获得授权发明专利3项,软件著作权4项。

代贤忠

王晓晨:硕士,国网能源院能源战略与规划研究所研究员。主要从事城市能源、智慧能源相关战略与规划研究,参与重大科技与管理咨询项目十余项,曾获中国产学研合作创新成果奖、国家电网公司科技进步奖等奖项十余项,软件著作权四项,发表论文及文章二十余篇。

王晓晨

贾跃龙:博士,国网能源院经济与能源供需研究所节能与营销政策研究室研究员。长期从事节能节电、综合能源系统、电能替代、电力需求侧管理等方面的研究工作。先后承担国家发展改革委、中国电机工程学会、国家电网有限公司委托的重大课题多项。主笔编著《中国节能节电分析报告》,参编《国家电网公司社会责任报告》、《全球能源分析与展望》等著作,发表学术论文多篇,获得计算机软件著作权数项。曾荣获中国能源研究会管理创新奖、国家电网有限公司软科学成果奖、国网能源院科技进步特等奖等奖项,以及中国电机工程学会先进个人等荣誉。

关键字:氢能

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