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手把手带你读懂风口上的氢能

  不久前,石化巨头纷纷布局氢能业务,全球最大的独立焦炭生产商和供应商旭阳集团也凭借自身的产业优势,于近期制定了氢能发展规划。

  我们必须意识到,在新碳背景下,一场全国乃至是全世界内的新一轮能源革命已经悄然兴起。

  未来的能源利用必将是多维度、多能源的梯级利用,构建能量效率最优的能源体系,其中,以可再次生产的能源为主,增加电能的灵活性,配套一定的储能,包括氢储能。

  世界上的发达国家都在快速推进氢能源技术的研发和产业化布局。不同于化石能源燃烧后会产生二氧化碳以及其他污染气体,通过燃烧氢气产生能量的最终的产物只有水,是具有环境友好性的清洁能源,也是目前解决能源资源问题和环境危机的方向之一。

  氢是宇宙中最轻、也是含量最丰富的一号元素,其燃烧热值位居除核燃料之外的各种燃料之首。氢能作为一种清洁、高效、可持续的能源,被视为21世纪最具发展的潜在能力的清洁能源。

  氢能作为未来的终极能源,可应用在多个领域,比如交通领域、重工业领域,还可当作绿色清洁的化工原料,实现众多领域的完全脱碳。像天然气一样,它可以存储和运输,并能很容易地转换成电能、热量或其他产品。

  氢能源可分为“灰氢”、“蓝氢”和“绿氢”三类。化石能源制的氢叫“灰氢”,灰氢最大优势就在于成本。如果固化二氧化碳后就叫“蓝氢”,多了一道固碳工序,成本就高了。新能源制的氢叫“绿氢”,成本是最高的。煤制氢成本在6-10元/每公斤,绿氢的电解水制氢成本在19-20元/公斤。灰氢的碳排放严重,煤炭制备1公斤氢气约产生11公斤二氧化碳,不符合国家碳中和和碳达峰政策方向,蓝氢仅为灰氢的10%,而绿氢几乎无碳排放。所以真正能推动“碳中和”的是绿氢。

  当前我国的氢能源主要是灰氢,煤制氢占比约62%、天然气制氢占19%,电解水制氢仅占1%,工业副产占18%。作为对比,全球平均氢气有48%来源于天然气、30%来自于副产氢,18%才来源于煤炭。

  我国是世界第一大制氢大国,2020年我国氢能产量已突破2500万吨。在消费端,氢能源消费量也超过了2500万吨,其中用于工业的氢能占比多达99%,客户多为各类电子企业、有色金属深加工企业等,应用在交通的氢能占比不足1%。

  根据国际氢能委员会预计,到2050年,氢能将承担全球18%的能源终端需求,创造超过2.5万亿美元的市场价值,燃料电池汽车将占据全球车辆的20%-25%,届时将成为与汽油、柴油并列的终端能源体系消费主体。

  截止2020年底,我国燃料电池汽车保有量7352辆。预计2050年氢能在中国终端能源体系中占比至少达到10%,氢气需求量接近6000万吨,其中交通运输领域用氢2458万吨,约占该领域用能比例19%,燃料电池车产量达到520万辆/年。

  目前来看,近几年,我国的工业大佬们才逐渐开始布局,这四个环节都存在成本过高的问题,市场化程度也有待提升。

  目前我国已拥有成熟的制氢技术,如化石能源天然气、煤制取,或副产氢,比如焦炉气,这也是旭阳集团高调布局氢能产业的优势所在。根据其发布的氢能发展规划,旭阳集团焦炉煤气制氢具备产业链优势,制氢成本仅0.7-1.0元/方,低于煤制氢成本,远低于其他方式制氢成本。焦化和氢能保障基地布局与国家氢能集聚区高度一致;从焦炉煤气制取每公斤高纯氢排放4.54公斤二氧化碳,按照中国氢能联盟发布的标准,所制氢为清洁氢。

  另一方面,氢气主要用作炼化行业的中间品,合成氨、合成甲醇、炼油,这三大项约占我国氢气消费量的93%。基本都是大企业的的自产自销,生产运输使用都在炼化企业院墙内,也很少需要长途运输。

  目前的技术,运氢主要是气态运输,利用集装格或长管,卡车运输。管道运氢小规模发展,存在氢脆现象,技术还需发展验证。

  气态运输,35吨卡车一次只能拉500kg左右的氢,大约才4个成人重量,按氢气2元/方计算,一车才值7800元。因此氢气运输半径200km以内为宜。

  加氢环节,目前关键设备还需要进口,成本很高。中石化作为领头羊成本最低。中石化计划2025年全国建设1000座加氢站。今年9月,中石化建设的4座加氢站陆续投运,主要服务于氢能公交和冬奥服务用车,以及少部分轻卡、重卡。

  最后是用氢方面,交通能源用氢发展的最关键一环,只有用氢载体成了规模,加气站才会大面积铺开建设,成本也才会随规模逐步降低。“蓝氢”“绿氢”等氢气也才有销路运,储氢也是一个道理。

  目前对比汽油车运营,氢燃料电池车比加氢运营要贵出一倍,比柴油就更贵一点。这是未来要解决的问题,重点是一定要通过设备国产化来降低成本。

  氢燃料电池车更适合重卡和大巴,用作小型车对比纯电车没有优势。以一辆氢燃料电池大巴为例,燃料电池系统的成本占整车60%多一点,这里涉及的催化剂、双极板、质子交换膜、空气循环系统、氢气循环系统等关键材料部件均需要进口,成本高。当下,相关国内研发机构很多,但还需要一些时间。

  总之,四个环节均受制于成本,规模化还需要时间,要在关键材料设备国产化上下功夫。估计少则2-3年,多则5-10年。

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