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        綠氫

        2021-12-23 23:14:29楊春蓉
        家園·電力與科技 2021年13期

        楊春蓉

        摘要:氫能作為一種熱值高、能量密度大、來源多樣的清潔高效二次能源,被譽(yù)為21世紀(jì)的“終極能源”。為實(shí)現(xiàn)2030年碳達(dá)峰、2060年碳中和的目標(biāo),大力發(fā)展我國綠氫產(chǎn)業(yè)化,是時(shí)代熱點(diǎn)。本文對(duì)綠氫的發(fā)展、項(xiàng)目進(jìn)行分析,并為未來的發(fā)展做出一個(gè)展望。

        關(guān)鍵詞:綠氫,能源,制氫

        一:氫能源時(shí)代

        1:氫能源的世界性發(fā)展:

        氫能被譽(yù)為21世紀(jì)的“終極能源”。在未來氫能應(yīng)用中,工業(yè)領(lǐng)域是第一位的,其次就是交通。氫燃料汽車的前景十分廣闊。

        2:氫能制取技術(shù):

        氫能無法直接從自然界中獲取,必須通過制備得到。目前制氫主要是通過煤炭、天然氣等傳統(tǒng)能源制氫,這種制氫模式卻存在高碳排的問題,這種氫能源不能成為綠氫。而光伏、風(fēng)電等可再生能源制備綠氫,能夠解決傳統(tǒng)能源制氫的高碳排問題。

        2.1:氫能分類

        從氫能制取工藝的碳排放量劃分,氫能分為灰氫,藍(lán)氫,綠氫3類?;覛涞臏厥覛怏w排放量極高,不能減碳。而利用化石燃料制造,結(jié)合碳捕捉技術(shù)的“藍(lán)氫”,相比于“灰氫”,是降低碳排理念上的進(jìn)步,其作為一種能源策略,只有在無限期地儲(chǔ)存二氧化碳,并且確保其不泄漏回大氣的情況下才起作用。氫能源必須從灰氫到藍(lán)氫,再到綠氫的不斷發(fā)展,從生產(chǎn)源頭上解決碳排的“綠氫”,才是通向凈零排放的核心路徑??稍偕茉粗苽渚G氫,才能解決傳統(tǒng)能源制氫的高碳排放問題。

        2.2:制氫技術(shù)分類:

        氫的制取主要有三種較為成熟的技術(shù)路線:一是以煤炭、天然氣為代表的化石能源重整制氫;二是以焦?fàn)t煤氣、氯堿尾氣、丙烷脫氫為代表的工業(yè)副產(chǎn)氣制氫;三是電解水制氫。前兩種技術(shù)是灰氫,藍(lán)氫制取工藝。而電解水制氫技術(shù)是未來最有潛力的制氫技術(shù)。

        2.3水電解制氫:

        電解水制氫技術(shù)主要分為:堿性水電解槽(ALK)、質(zhì)子交換膜水電解槽(PEM)。由于堿性電解技術(shù)成熟且制氫量大,適合吉瓦級(jí)綠氫項(xiàng)目。PEM技術(shù)靈活迅速,在兆瓦級(jí)項(xiàng)目中多有應(yīng)用,未來隨著技術(shù)突破和降本將有望提升規(guī)模。

        2.4綠氫技術(shù):

        綠氫技術(shù)是依托堿性電解槽和光伏發(fā)電制備,因其真正意義的清潔性而備受行業(yè)重視。隨著光伏發(fā)電及電解槽成本的下降,綠氫未來有望成為一個(gè)帶動(dòng)當(dāng)?shù)匕l(fā)展、創(chuàng)造新型就業(yè)的規(guī)模產(chǎn)業(yè),并在長遠(yuǎn)的未來逐步取代石油等化石燃料,重塑全球進(jìn)出口供需關(guān)系格局。

        2.5目前綠氫技術(shù)發(fā)展具有的條件

        一是電的低成本。目前光伏發(fā)電成本持續(xù)降低,已經(jīng)成為全球最經(jīng)濟(jì)的清潔能源,這為光伏發(fā)電電解水制氫解決了成本難題;二是零碳排。電解水制氫是一個(gè)高耗能的過程,在我國電力結(jié)構(gòu)中,煤電是主要的發(fā)電形式,如果用電網(wǎng)的電來電解水制氫,每制1KG氫氣就會(huì)排放40KG左右的二氧化碳,遠(yuǎn)大于煤制氫的排放強(qiáng)度。如果用光伏發(fā)電來電解水制氫,就沒有碳排放的壓力。

        3:氫能成本控制

        3.1氫氣成本:

        目前,灰氫,藍(lán)氫最主要的來源是煤制氫和天然氣制氫。煤制氫的成本區(qū)間大概在0.4元到0.8元每標(biāo)方;天然氣制氫的成本區(qū)間是1元到1.5元每標(biāo)方。綠氫氣成本2.6~3.6元每標(biāo)方(電價(jià)按0.4~0.55元/kwh)。目前綠氫還無法與傳統(tǒng)制氫競爭,還需要進(jìn)一步降低制氫成本。

        二:我國綠氫的發(fā)展和機(jī)遇

        實(shí)現(xiàn)中國碳中和目標(biāo),大體上需要136萬億人民幣投入,這將是一個(gè)巨大的市場(chǎng)。但我國綠氫產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用仍處于發(fā)展初期,如何破局,如何降低成本是擺在眼下的問題。需出臺(tái)圍繞綠氫成本降本的政策,第一要從土地、租金、貸款等因素著手,充分降低光伏制氫的非技術(shù)成本;第二在綠電制氫的過程當(dāng)中,不再收取過網(wǎng)費(fèi)、稅費(fèi)等費(fèi)用。這兩點(diǎn)對(duì)綠氫的發(fā)展以及成本的降低,都會(huì)有十分大的幫助。

        三:綠氫的實(shí)施

        綠氫廠房的建設(shè),是綠氫落地實(shí)施的硬件條件,筆者作為設(shè)計(jì)院,跟大家分享一個(gè)綠氫廠區(qū)方案。

        3.1概述

        該項(xiàng)目共7個(gè)制氫廠房,1個(gè)增壓廠房,2個(gè)動(dòng)力廠房,室外儲(chǔ)氫區(qū)域,1個(gè)220KV站,以及辦公樓。制氫設(shè)備實(shí)際每小時(shí)總產(chǎn)量為130000Nm/h,每天總產(chǎn)量為57噸/天。

        3.2電解水制氫技術(shù)方案

        3.2.1電解水整體系統(tǒng)工藝流程及反應(yīng)電解水制氫設(shè)備流程方案示意圖:

        氫氣純化系統(tǒng)流程方案示意圖:

        3.3堿性電解水制氫系統(tǒng)構(gòu)成

        堿性電解水制氫系統(tǒng)構(gòu)成如下圖所示,主要構(gòu)成為氫氧系統(tǒng)、堿性循環(huán)系統(tǒng)、補(bǔ)水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)等。

        四總結(jié)

        我國順應(yīng)全球環(huán)保形勢(shì),提出的碳達(dá)標(biāo),碳中和的目標(biāo),必將大大刺激綠氫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,大量的綠氫廠房建設(shè),是設(shè)計(jì)院未來的業(yè)務(wù)主體,豐富自己的知識(shí),為未來搶占市場(chǎng)做好準(zhǔn)備吧。

        參考文獻(xiàn):

        [1]毛宗強(qiáng),毛志明,余皓,等。制氫工藝與技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2018

        [2]曹湘洪.氫能開發(fā)與利用中的關(guān)鍵問題[J].石油煉制與化工,2017,48(9):1-6.

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