氢能规划与战略研究
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能源是人类社会发展进步的基石。自第一次工业革命开始,人类社会已经经历了两大重要能源变革,目前全球能源主要仍以化石燃料为主。近年来,随着能源危机日益迫近以及对生态保护的呼声日益高涨,人们对清洁能源的需求也在不断增长,这也预示着,新一轮的能源革命即将到来。
氢能是一种清洁高效地二次能源。近来年,随着氢能利用技术的发展成熟以及全球气候变化压力的持续增大,氢能的关注度也越来越高。美国、欧洲、日本等国家与地区相继将发展氢产业提升到国家战略层面,并制定了氢能产业发展规划与路线图,广泛开展关键技术研发,推动示范应用,探索产业化路径。我国正面临能源结构调整和生态环境问题的挑战,发展氢能产业势在必行。从2016年开始,我国氢能产业越来越活跃,各级政府相继出台相关政策与规划,涌现出一大批氢能相关企业,并且已有氢能产业项目开始示范运行。
氢能产业链包括了氢气的制取、储存与利用。
制氢是氢能产业链的上游产业,现阶段的制氢方法主要包括了焦炉煤气副产氢、煤气化副产氢、氯碱工业副产氢、热化学重整、电解水制氢以及光解水制氢等。焦虑煤气副产氢是将工业炼焦过程所产生的的焦炉煤气进行分离提纯,从而获得高纯度氢气。煤气化副产氢则是在煤气化末端添加氢气提纯装置,从而对气化煤中的氢气加以提取利用。氯碱工业副产氢则是将绿箭电解槽阴极侧产生的氢气进行收集纯化。以上各方法均可在目前的设施末端进行氢气的制取,由于现阶段氢能产业并未成熟,末端氢气利用技术仍没有普及,因此,大部分氢气仍然以燃烧或是排空的方式进行尾气处理,造成资源极大浪费。而一旦后端用氢环节技术成熟,副产氢也能得到相应的发展。热化学重整以化石燃料的化学重整为主,但以消耗化石燃料为基础,不能从根本上摆脱对传统能源的依赖。电解水制氢高效低碳可持续,单以消耗大量电能为代价,这就意味着通过这一途径获得的氢能能源实际利用率较低,但用于大型储能电站有一定的前景。光解水是目前最理想的制氢技术,但仍在研究阶段。
储氢产业是整个氢能产业链的中游,沟通了上游制氢与下游用氢。储氢技术主要包括了物理法与化学法。物理法即传统的液化或固化储氢、碳质材料吸附等,化学法制金属氢化物、无机物以及有机液态氢化物储氢等。
下游用氢端的产业包括了燃料电池产业、加氢站以及化石工业燃料等。石化应用是目前氢的最主要应用,氢气在化工合成中也是重要的中间产品或原料。据统计,60%的氢气被用于合成氨,38%被用于炼厂石油和煤炭的深加工。燃料电池、氢燃料汽车以及加氢站是氢气在氢能源领域的主要应用场所。其中,氢燃料电池技术一直被认为是利用氢能解决未来人类能源危机的终极方案。燃料电池是一种将氢气与氧化剂直接通过电化学反应生成水的发电装置。燃料电池凭借其清洁、高效的优势,也被认为是继水电、火电、核电之后的第四代发电技术。
近年来,我国对氢燃料电池领域的规划和政策支持力度明显加大。在《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》、《中国制造2025》、《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》等一系列政策规划文件中,都提出要重点研发氢燃料电池技术,表现出国家对该项新能源技术的重视程度。