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中国工程院院士彭苏萍:氢能将在“双碳”目标实施过程中发挥作用

作者:森林 2022-04-12 16:31:36 来源:新能源汽车网

  2020年9月碳达峰、碳中和目标提出后,全国掀起减碳降碳的热议。氢能是一种绿色、高效、应用广泛的二次能源,对节能、提高能效,乃至能源结构转型有积极作用。为此,中国工程院组织院士专家,针对《中国氢能源与燃料电池发展战略研究》开展为期两年多的论证。近日,相关成果发布。

  专家们认为,氢能将在“双碳”目标实施过程中发挥巨大作用。氢能不仅是能源,还是重要载体,能够将传统化石能源和可再生能源连接起来,实现二者平稳过渡。

中国工程院院士彭苏萍

  中国减碳难度更大

  中国的能源结构“一多三少”,煤比较多,油气、非化石能源、核能占比较少。目前,以煤为基础的能源利用形式转化效率不高,油气供应安全形式严峻,大规模可再生能源近期还很难全面替代煤炭,此外,二氧化碳资源化回收及高值化利用技术不足。对比欧美日等国家,中国核电占比小,这意味着中国减碳难度更大。

  利用清洁的可再生能源正成为更多国家的选择,各国氢能发展各具特色。不同发展目标决定不同技术路线和发展模式,日本发展氢能主要是解决国家的能源安全问题,澳大利亚主要发展氢贸易,欧洲为了解决工业脱碳,美国主要是固定式发电,韩国主要发展氢燃料电池汽车。

  国人对氢能的认识也在不断进步。从最初对氢能的制备技术、成本、安全等问题存在诸多争议,到工业制备技术成熟,氢成为能源重要的补充能源;到前不久《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》发布,将氢能作为中国能源的重要组成部分。

  实现氢能利用需解决卡脖子难题

  如何利用氢能?我国能源禀赋等现状的特殊性决定无可借鉴先例可循。

  结合我国实际,按能源消费的工业、交通、建筑和电力四大领域来说,氢能有不同的应用技术,潜力巨大。

  氢能与可再生能源耦合,让可再生能源的不稳定输出得到吸纳,解决“弃风弃光”问题,有望大幅提高可再生能源在能源结构中的比例;氢可运输的特点,可实现分布不均衡的可再生资源的再分配;大型清洁煤制氢,将成为煤炭清洁高效利用以及优质廉价煤开发利用的重要发展方向;氢能与电能耦合,可增加电力系统的灵活性,弥补电力不可存储的问题。实现不同能源网络间的协同优化,提升能源使用效率。

  目前,世界上纯氢的产量超过7000万吨,中国是世界上最大的产氢国,主要利用煤制氢。氢的生产上,中国与国际水平相当,但氢能产业装备制造等方面相对滞后,相关核心设备主要依靠进口,与美欧日韩差距有拉大的趋势。

  储运上,目前以气氢为主,主要沿用国外技术手段,液态储氢尚未应用到民用领域,固态储氢国内基本处于研发阶段。车辆运输氢气的效率低、成本高,2020年储运占氢能成本的70%左右,更高压及大规模管道运输在技术、标准等方面仍存在较大障碍。氢能不便于存储、液化成本高等难题限制了氢能的远距离输送。虽然国家出台了诸多政策推进“氢进万家”,但要尊重市场的经济,要把燃料电池的制作成本大幅度降下来。

  此外,应用端上,燃料电池关键部件、测试装备有较大追赶空间。可以说,“卡脖子”难题分布在氢能产业的多个环节,急需打破国外技术封锁。

  三步走推动氢能产业应用

  尽管面临氢源、成本等问题,但不可否认,相关技术正在快速发展,产业界正积极努力解决氢能源与燃料电池产业发展面临的难点与痛点问题。未来10-20年将是我国氢能源与燃料电池产业发展的重要机遇期,需紧密联系我国能源发展实际,从战略、政策、技术、资金、国际合作等方面积极谋划,通过改革创新破解发展难题,助力实现氢能源高质量发展。

  实现氢能源产业发展,建议三步走。2021-2025年,能源经济属性决定目前以化石能源制氢为主,重点突破固体氧化物燃料电池电堆及系统集成技术,提高效率,降低二氧化碳排放,同时完善我国可再生能源制氢技术链,建立绿色制氢试点示范项目,推动可再生能源制氢技术与产业的发展。

  2026-2035年,建立完善的氢能储运、供应基础设施网络,大规模氢能储运技术取得突破,基本建立以可再生能源制氢为基础、工业副产氢等为辅的多元低成本氢能供应体系。同时实现50 兆瓦级二氧化碳近零排放的煤气化燃料电池发电系统的自主设计、制造。

  2036-2050年,形成高效低碳的氢能供给网络,市场引领、价格调节、体制机制科学健全的高质量发展格局。以可再生能源制氢为绝对主体,各地根据资源与工业的发展情况,因地制宜地选择供氢方案。多相态、多渠道氢能输运网络体系逐步形成。

  从历史角度来看,人类用能一直朝着低碳方向发展,从生物质到煤炭,从石油到天然气,能源分子中碳原子所占比例逐渐降低,实现氢能大规模利用符合时代发展需要。但同时也要注意到,推动经济增长模式的绿色低碳转型不会一蹴而就,氢能成为全球能源技术革命和产业发展的重要方向需要时间。

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