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作者: 陳清泉 來源: 發布時間:2022-5-12 20:12:11
氫能和“四網四流”融合推進“雙碳”目標

   目前,世界各國能源供需格局加快調整,綠色低碳轉型已經成為新的共識,新能源發展進入活躍期,數字化智能化技術推動行業重塑。

   氫能與電能類似,是常見的二次能源,需要通過一次能源轉化獲得。同時,氫能的能量密度高、儲存方式簡單,是大規模、長周期儲能的理想選擇,為可再生能源規;{提供了解決方案。

   我國提出,二氧化碳排放爭取于2030年前達到峰值,努力爭取2060年前實現碳中和的“雙碳”目標。實現“雙碳”目標,發展氫能產業是重中之重。其中,綠氫的發展尤為重要。我們要加速發展綠氫制取、儲運和應用等氫能產業鏈技術裝備。

 

實現“雙碳”目標的重要途徑

 

   過去十年,全球溫室氣體排放以1.5%速度增長,2018年全球二氧化碳氣體排放375億噸,各種溫室氣體排放553億噸二氧化碳當量。全球已有130多個國家和地區提出了實現碳中和的時間,發達國家多數把實現碳中和目標的時間定在2050年。

   2018年,我國二氧化碳排放98.39億噸,占全球碳排放總量的29.69%,人均排放6.98噸,是全球人均排放量的1.6倍。

   我們在承受氣候災害和風險的同時,高碳粗放發展也使我國付出了沉重的資源、環境代價,制約著我國的可持續發展。積極應對氣候變化,不僅是為了規避氣候變化的風險,也是為了提高我國經濟增長的質量和效益,破解資源、環境約束,事關國家發展和未來。

   我國提出了“3060雙碳”目標,這就要求我們力爭到2030年實現碳排放減少65%,非化石能源占比達到25%,風光電裝機達到12億千瓦。到2060年,我國將實現控制化石能源的總量,提高現有能源體系的效率,加快發展可再生能源替代,構建以新能源為主體的新型能源體系。

   從碳達峰到碳中和,歐盟用時大概需要70年,日本、美國需要40年左右,而我國僅有30年時間。

   2022年全國兩會政府工作報告提出,有序推進碳達峰碳中和工作,落實碳達峰行動方案。同時,要推動能源革命,確保能源供應,立足資源稟賦,堅持先立后破、通盤謀劃,推進能源低碳轉型。

   氫能源作為一種高效、清潔、可持續的能源,已得到世界各國的普遍關注,被譽為21世紀的新能源。隨著世界范圍內對綠色經濟發展重視程度的提升,氫能源的需求和應用領域不斷擴展。發展氫經濟是人類擺脫對化石能源的依賴、保障能源安全的重要戰略選擇。

 

積極踐行綠色制氫路線

 

   我國的發展現狀和面臨的挑戰,表明我國化石能源只能打減量牌,我們必須要提高可再生能源的利用率,如進一步挖掘太陽能、風能、水力能的利用潛力。

   我國可再生能源有深厚的資源稟賦,相當于我國峰值能源需求總量的2.7倍,但是可再生能源需要解決儲能問題。

   氫能可以解決大規模電力的儲存問題,也可以解決將來單一電網不能解決的冶金、化工等行業的原料問題。

   目前,我國主要有兩條綠色制氫路線。一是通過光伏、風力發電,開展水電解制氫,實現綠色制氫;二是通過光合作用,利用種植植物,通過生物發酵乙醇重整制氫。

   從現有情況看,我國光伏電池發電效率目前已經達到25%,每度電成本不超過0.25元,通過可再生能源電解制氫,制氫成本有望進一步降低和可控,是當下比較符合國情的綠色制氫發展之路。

   此外,我國氫氣資源十分豐富,特別是作為工業副產品的氫氣資源非常豐富,煤制氫產氫量占世界的三分之一。但副產氫氣的問題是含雜質多,不能用于質子交換膜氫燃料電池,目前基本上用于化工和石油工業。

   目前,我國燃料電池用氫量不到1%,主要是因為氫氣提純成本太高、工藝難度大、壓縮耗能高,導致最終應用成本高。

   燃料電池用氫氣方面,大型化是制氫裝備用于可再生能源制氫的前提。歐美等國家制氫裝備開發較早,已有大型化成熟產品,但低成本技術仍未解決。

   我國質子交換膜關鍵材料技術和大型化方面仍有短板,低成本技術有待加強攻關,產業化速度應該盡快提升。隨著產業競爭日益激烈,氫能產業核心關鍵技術的攻關仍需加速。

   在北京2022年冬奧會賽事保障中,國電投氫能車輛在延慶賽區、北京賽區總投入200輛,累計出車7200多次,總行駛里程超過88萬公里,是我國在氫燃料電池汽車發展方面取得的重要進展。

 

推動“四網四流”融合

 

   僅僅依靠技術不能解決復雜的問題和迎接新的挑戰,必須將人文世界、物理世界、信息世界等深度融合,以“四網四流”融合推進碳中和,促進數字經濟。

   所謂“四網”,是指能源網、信息網、交通網、人文網;“四流”是指能源流、信息流、物質流、價值流。

   通過“四網四流”融合,可以將人的主觀能動性和能源革命、信息革命、交通出行革命聯動起來。通過建立“人—機—物”系統形成的新的生產關系,發掘第四次工業革命的數據紅利所帶來的巨大生產力,并在前三次工業革命生產力總和的基礎上,爆發出指數級增長。

   “四網四流”有三個載體:第一個載體是區域的智能能源管控中心;第二個載體是電動汽車,也是移動的載體儲能;第三個載體是光伏的建筑,也是一個發電廠,多余的電量可以跟電網連接,可以制氫,可以給電動汽車充電。

   能源存在多種形態,通過不同能源形態的耦合,可解決能源問題。比如風能、太陽能是間歇性的,在電網不能接受時,把它們拿來制氫,就把能源流變成了物質流;等需要時,氫氣再跟氧氣結合,通過燃料電池發電,有助于解決電力能源和化工能源的矛盾問題。

   通過“四網四流”形成智能能源,既可以把暫時沒有用的能源變成有用的能源,又能促進實現碳中和。

   而氫在其中起著重要作用,因為氫氣不僅具有能源和物質的屬性,而且具有燃料和材料的屬性,能夠耦合電力能源和化工能源,耦合能源流和物質流?梢钥隙,氫能在我國未來的能源系統中的地位將越來越重要!

(作者系中國工程院院士,鄭金武根據2022中國電動汽車百人會氫能論壇上的報告整理)

 

《科學新聞》 (科學新聞2022年4月刊 封面)
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