• 内蒙古圣圆能源集团有限责任公司
    2022-08-02 16:15

    如何促进氢能技术创新发展?

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     积极推动氢能与可再生能源融合发展,支撑实现“双碳”目标

    ——《“十四五”能源领域科技创新规划》氢能领域解读

     

    近日,国家能源局、科技部联合印发了《“十四五”能源领域科技创新规划》(以下简称《规划》),《规划》围绕氢能制备、储输、应用及氢气安全和品质等方面进行了重点任务布局并明确了时间表和路线图,是“十四五”时期能源领域氢能技术创新发展的行动纲领。

    积极推动氢能与可再生能源融合发
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    氢并不是一种新生事物,早在氢能发展尚未引起能源行业高度关注之前,氢已经作为一种必不可少的元素应用于化工合成、航天燃料等。近年来,能源发展形势发生深刻变化,氢能在各行业的应用逐渐引起高度重视。一是随着全球能源绿色低碳转型进程的加速、可再生能源扩张式地规模化发展,由可再生能源制得的绿氢受到广泛关注,其作为清洁低碳能源载体的功能日益凸显并不断被深入挖掘。二是我国已经提出了2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和的目标,能源领域是我国践行“双碳”目标的主战场,优化能源结构是协调供应安全、经济可靠、环境友好的能源“不可能三角”的重要途径之一,那么从这个角度说,推动氢能与可再生能源融合发展就具有明确的战略意义。

    现阶段我国可再生能源最为主要的利用形式为发电,而可再生能源发电量占比远低于可再生能源装机量占比,那么推动可再生能源电力与其他能源载体之间的高效灵活转转换是提高可再生能源的利用规模,推进我国能源结构优化调整进程的重要途径。

    绿氢正是连接可再生能源与电力、工业、建筑和交通等领域的重要纽带,提供了在这些领域替代煤炭、石油和天然气等传统化石能源的可行途径。因此,无论从提高可再生能源消费量还是从降低化石能源消费量来看,绿氢在推进双碳目标过程中都有不可替代的重要地位和作用。《规划》将氢能技术创新重点任务划分到先进可再生能源利用技术章节中,充分说明在“十四五”期间,氢能与可再生能源融合是氢能技术创新的重要原则和关键前提。
    梯次有序引导多元化氢能技术创新
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    我国氢能产业尚处于发展初期,在制、储、运、用等各产业链环节上的技术发展仍存在几个亟待解决的问题。一是立足科技自立自强是保障氢能产业链供应链良性循环发展的重要基础,我国在氢能关键基础材料、技术装备等方面仍然存在对外依存度较大的问题,一旦国际供应短缺,产业链稳定和大规模应用将受到严重影响;满足构建氢电融合能源体系需求的原创技术紧缺,部分已经推广应用多年的常规技术需进一步和可再生能源资源特性匹配后进行创新优化;三是氢能产业发展路径和商业模式有待进一步探索,同质化重复竞争和支持建设的情况凸显,不利于释放氢能在能源领域的应用空间及与各能源子领域之间的协调发展,更不利于提高氢能在终端用能中的消费比例。正是看到了氢能在能源领域应用仍然存在的问题,《规划》鼓励多元化氢能技术创新,科学判断各产业链环节氢能技术所处的技术环节及推进双碳”目标对关键技术需求的紧迫性后,以集中攻关一批、示范试验一批和应用推广一批“三个一批”的形式梯次部署重点任务。

    在氢气制备方面,《规划》抓住可再生能源电解水制氢为主攻方向,支持多元化新型制氢技术发展。目前来看,电解水制氢技术是现阶段连接可再生能源和下游氢气消纳场景最具有规模化应用潜力的技术,《规划》中一方面精准支持关键部件的国产化研发进程,另一方面鼓励示范常规电解水制氢技术与可再生能源电力匹配的集成优化技术,此外,对尚未开展商业化试验的低碳新型制氢技术如太阳能光解水制氢、热化学循环分解水制氢、低热值含碳原料制氢、超临界水热化学还原制氢等予以集中攻关支持。

    在氢气储运方面,《规划》将储氢定位为一种在长时间尺度、规模化储能的手段,鼓励气态、液态/有机液态、固态储氢等多种氢储能形式的差异化发展和互补应用。

    在燃料电池方面,相比于交通领域,《规划》更加聚焦氢在能源领域应用,鼓励燃料电池在发电领域及分布式供能领域的示范应用。这里需要额外解释的是,如果从“电-氢-电”模式角度实现绿电制氢再直接上网发电,那么综合效率仅为35%~40%,远远低于电化学储能(75%~90%)、抽水蓄能(70%~75%)、压缩空气储能(60%~75%)。

    现阶段在可再生能源电力具备应用条件的场景下,氢燃料电池发电不具备明显的优势。但是在某些特殊应用场景下,氢燃料电池是常规可再生能源发电的有力补充:

    创新引领牢筑氢能安全利用屏障
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    科学认识氢气泄漏的危险性和风险点,并有针对性地开展氢安全技术研究是规模化推广氢能应用的重要基础。氢气是自然界分子量最小的物质,由于其理化特性,极易发生泄漏,再加之氢气暴露在空气中发生燃烧的体积分数范围宽(4%-75%),容易发生爆燃,美国、韩国、挪威等地均发生过涉氢装置爆炸并造成人员伤亡的先例,因此避免氢气泄露及发生爆燃是保障氢能安全利用的重要环节。《规划》提出对临氢环境下临氢材料和零部件氢泄漏检测及危险性试验开展集中攻关研究,旨在针对涉氢技术装备和零部件在发生氢气扩散时的复杂性和多样性,建立科学合理的预测模型并寻找扩散规律。二是《规划》提出研制快速、灵敏、低成本氢传感器和氢气微泄漏监测材料,结合当前涉氢检测装置精度有待提高、且需提升氢安全监测国产化水平的主要问题,鼓励开展氢安全监测技术研究和设备开发。三是《规划》提出研发氢气燃烧事故防控与应急处置技术装备,掌握不同工况条件下氢气燃烧和爆炸形成条件、演变规律,量化不同事故工况伤害等级,为氢能安全设施应用提供重要基础。

    此外,《规划》还放眼于2030年,对每项重点任务中长期技术创新发展路径进行了预测,从而科学引导能源领域氢能技术发展节奏。

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