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氢能虽好,但价格太高
制取技术“短板”制约氢能大发展
2019-11-20 11:08  · 来源:中国能源报-中国能源网  · 作者:姚金楠 刘澄谚  · 责编:刘澄谚

  中国能源报-中国能源网 | 国内的氢能火到什么程度?“今年8月,中国工程院举行了一场氢能相关的项目咨询会,全国有39个省、市级政府报名参加,还有100多家企业到场,我怎么也没想到,开始准备的一个300多人的小会场,最后却来了将近700人。”11月13日,在2019中国电机工程学会年会院士专家论坛上,中国工程院院士、中国矿业大学教授彭苏萍用“非常大的热潮”形容目前国内氢能的火爆。

  “上世纪90年代美国就提出发展氢能的概念,但一直没有推广起来,是什么原因?2011年日本福岛核事故后,日本对氢能也越来越重视,目前也在大力推广。”在彭苏萍看来,世界氢能的“风口”之上,中国应该真正找到自身发展氢能的优势。

  须区分“原料氢气”和“能源氢气”

  “现在主要的制氢路线有煤制氢、天然气制氢、工业副产品制氢和电解水制氢。由此可以看出,我国在发展氢能方面重要的优势之一就是拥有丰富的氢源基础。”彭苏萍逐一算起了账,“我国任天堂娱乐官网资源保有量约1.95万亿吨,假设用10%来制氢,按照制备一千克氢气消耗8千克煤计算,煤制氢的潜力就达到约243.8亿吨;同样,我国天然气可采资源量是50.1万亿立方米,假设用5%来制氢,制备1千克氢气约消耗5立方米天然气,天然气制氢潜力可以达到约5.01亿吨。”此外,据彭苏萍计算,利用焦炭生产过程产生的大量焦炉煤气,我国焦炉煤气制氢潜力约为566.4万吨/年;若利用弃风、弃光、弃水的电量进行电解水制氢,年产氢潜力也接近180万吨。

  “这样测算下来,我国氢气的年产量可以达到约2000万吨。其中,煤制氢约占62%,天然气制氢约占19%,工业副产品等制氢约占18%,水电解制氢约占1%。”彭苏萍说。

  另一方面,氢源基础虽丰富多样,但中国工程学院院士杨裕生强调,在用途上,必须区分“原料氢气”和“能源氢气”。“自然界没有单质氢气可以开采,必须从含氢物质中提取。提取氢气的目的原本是用作化工原料,而用作能源的历史则很短。原料氢气和能源氢气,虽然都是氢气,但是原料氢气只有在不影响其原来生产使用的前提下,才能拿出一小部分用作能源,其数量是十分有限的。”

  “三弃”电量制氢成本高昂

  资源有优势,又该如何充分发挥优势呢?

  “为什么美国推了20多年的氢能却推不下去,实际上主要的原因之一就是氢能太贵,制氢成本太高。”彭苏萍指出,要想发挥在制氢层面的优势,在充足氢源的基础上,要尽可能降低制氢成本。“目前,煤制氢的技术成熟度是最高的,成本也相对低廉。煤制氢叠加碳捕捉与封存技术(CCS)的制氢路线成本与天然气制氢相当。传统的电解水制氢成本还是比较高的。”

  对于电解水制氢,彭苏萍特别强调,要充分考虑弃风、弃光、弃水等弃电的综合成本。“有很多观点认为‘三弃’的电量可以用来制氢,好像这些电就是不要钱的,但实际上我国在可再生能源基础设施开发建设上的投资是很大的,这个成本不容忽视。”

  不仅如此,通过“三弃”制备出的氢也同样存在消纳问题。“我国‘三北’地区的弃风、弃光电解出的氢,在‘三北’地区是消耗不了的,必须远距离输送到燃料电池车盛行的地区,这个输送过程中的耗能自不在话下,而且高压纯氢对管道钢的氢脆更是一个难关。”此外,杨裕生还指出,目前我国“三北”地区的弃风、弃光是不正常的短期现象,“一旦造成这种现象的人为和技术原因消除,也就无弃风、弃光可用了,因为输电相比于输氢,无论是设备的建设还是运行,都要合理得多。”

  而且,就电解水制氢技术而言,彭苏萍指出,碱性水电解制氢相对成熟,固体氧化物水电解制氢和质子交换膜(PEM)电解水制氢等技术还处于可行性研究或示范论证阶段。

  低成本供氢体系建设任重道远

  基于目前的技术发展和相关产业推进情况,彭苏萍预测,未来五年,我国的氢气年需求量将达到约2200万吨。而且由于成本相对较低且接近主要的消费市场,工业副产品制氢将成为有效的制氢主体,同时,根据不同地区的具体情况,可在有条件的地区探索开展可再生能源电解水制氢的项目示范。

  对于工业副产品制氢并应用于燃料电池的路线,杨裕生表示:“原则上我完全赞成,但账到底怎么算要商榷,因为不是所有副产氢都可用于燃料电池。以焦炉炼焦行业为例,要将焦炉煤气中的几项重要杂质降到国家标准GB/T 37244-2018《质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气》的要求,不仅要解决一系列技术难题,还要消耗大量的能量。”

  随着技术的发展进步,彭苏萍表示,到2025-2030年,我国的氢气年需求量将上升至约3500万吨,煤制氢配合CCS技术、可再生能源电解水制氢将成为有效制氢主体。而放眼2030-2050年的远期发展,彭苏萍认为,我国氢能的年需求量将达到约6000万吨,可再生能源电解水制氢将成为有效供氢主体,煤制氢配合CCS技术、生物制氢和太阳能光催化分解水制氢等技术将成为有效补充。届时,我国有望实现整体氢能供给充裕,建成低碳、低成本的供氢体系。“预计到2050年,我国氢气使用量将达到0.6亿-1亿吨,占我国终端能源结构的10%以上,产业链年产值约12万亿元。”

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