觀察 | 打造穩定綠氫系統日顯重要
來源：中國電力報 時間：2023-11-22 10:39
【編者按】近年來，我國已將氫能規劃列為國家能源體系的重要組成部分，氫能在低碳發展領域的戰略地位愈加凸顯。同時，相關部門出臺的利好政策，也為氫能產業的快速發展提供了“助推器”，促使我國在氫能制備、儲運、基礎設施建設等方面取得多個突破性進展。據預測，在2030年碳達峰情景下，到2030年我國氫氣需求量將達到3715萬噸，在終端能源消費中占比約為5%；在2060年碳中和情景下，我國氫氣的年需求量將增至13030萬噸，在終端能源消費中占比約為20%，前景十分可觀。
打造穩定綠氫系統日顯重要
中能傳媒記者 余璇 張正
“‘雙碳’目標下，我國能源電力系統發展的趨勢是什么？我認為‘綠電替代+綠氫替代’就是能源轉型的終極目標。”日前，以“聚焦綠色新能源、推動交通電動化”為主題的新能源科學與交通電動化國際論壇在河北省雄安新區舉行，中國電力科學研究院名譽院長、中國科學院院士周孝信在作報告時如是說道。
本次論壇為期3天，多位院士分享了各自領域的最新進展和成果。其中，氫能成為備受關注的焦點。
未來能源發展趨勢初判
“實現國家‘雙碳’目標，構建新型能源體系、建設新型電力系統是其中重要一環。”周孝信表示，新型電力系統呈現六大特征，包括高比例的可再生能源、高比例電力電子裝備、多能互補綜合能源、數字化智慧化能源、清潔高效低碳零碳以及高韌性本質安全可靠電力系統。
相關數據顯示，一次能源消費由三部分組成：首先是化石能源利用。逐步會被非化石能源所替代。其次是非化石能源電能利用。近年來，能源電力領域進行了眾多實踐，即發展可再生能源發電，逐步替代化石能源發電和部分的非電利用，此舉為“綠電替代”。最后是非化石能源非電利用。即工業、交通及民用領域逐步替代化石能源的非電利用，這也是“綠電替代”的一部分。
“此外‘綠氫替代’方案也分三部分，即綠氫非電利用、綠氫發電利用還有合計（即兩部分加起來）。相關報告顯示，2060年全國需要的綠氫量將超1億噸。這一數字與發達國家相比總體體量差距不大。”周孝信表示。
為規模化制氫提供新路徑
“氫能是未來國家能源體系的重要組成部分，是用能終端實現綠色低碳發展的重要載體，而制氫是可持續發展的基礎。”
論壇期間，中國工程院院士、深圳大學教授謝和平就海水制氫領域的研究成果作主題報告。他表示，“電、氫、熱”構成了21世紀重要的三種終端能源。其中，氫既可以作為儲能載體，又可以作為原料和燃料，在生產、生活中發揮著重要作用。
當前，制氫方式主要包括三種：化石燃料制氫、工業副產物制氫和電解水制氫。化石燃料制氫與工業副產物制氫憑借較低的成本占據主要地位。但隨著可持續發展理念的深化，電解水制氫成為更理想的制氫方式。“一直以來，電解水制氫依賴于淡水資源，但全球淡水資源總體是短缺的，給其規模化應用帶來了諸多限制和挑戰，因此海水制氫將是必然趨勢。”謝和平表示。
據了解，早在20世紀70年代初便有科學家提出海水可否直接電解制氫。然而由于海水中元素成分復雜，極易導致出現催化劑失效等問題。半個世紀以來，國內外知名研究團隊進行了大量研究與攻關，均未取得突破性進展。
2018年，謝和平團隊開始研究海水直接制氫技術。“有幾種典型的辦法，首先是催化劑，但通常只能針對少量元素，再就是通過電解破解，或膜材料，但都不可能徹底解決。”謝和平介紹道，“經過多年研究，團隊打開了新思路，從物理力學、化學擴散的角度，把海水中的復雜影響隔絕掉，利用海水和電解液的濃度差進行海水純化，進而制氫。基于該理論，我們的鹽湖水、廢水、礦泉水都可以用來制氫，這就打開了低成本的大門。”
謝和平認為，“目前，第一步海上直接制氫的原理技術已經達成，并通過了海上中試驗證。第二步是規模化，研制大容量商業化電解槽。第三步將走產業化路徑，打造儲—運—用一體化的新型氫能產業鏈。”
把握“制儲運用”是發展關鍵
2022年3月，我國發布《氫能產業發展中長期規劃（2021~2035年）》，計劃到2030年，形成較為完備的氫能產業技術創新體系、清潔能源制氫以及供應體系；到2035年，形成氫能多元應用生態，可再生能源制氫在終端能源消費中的比例明顯提升，對能源綠色轉型發展起到重要支撐作用。
“這個要求非常遠大，對綠氫的規模化制取、存儲、運輸和應用這四個全產業鏈技術都提出了相關要求。”中國科學院院士、中國石化股份公司總工程師謝在庫認為，“綠氫的基礎保障作用非常重要，為適應綠氫、綠電產業結構調整，煉化的工業流程必須要進行變革，也就是流程再造、創造。”
關于可再生能源制氫方面，謝在庫提出，電解水制氫、太陽能制氫、生物催化制氫和耦合CCS（碳捕集與封存）技術制氫是四個重要路徑，從灰氫、藍氫發展到綠氫是必然趨勢。
關于儲氫的問題，謝在庫表示，“如何在有機儲氫中設計高效的脫氫、加氫催化體系，是重點，也是難點。”
謝在庫認為，“四大氫能產業技術體系包含能源、產業、終端、交通，是全方位的。建立‘制儲輸用’穩定的綠氫系統是實現‘雙碳’目標的關鍵。因此，要大力發展氫經濟、氫產業、氫能科技，特別是規模化制備，這四大關鍵科技是基礎。”
責任編輯：江蓬新
校對：許艷
