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从“配角”走向“主角”

2016-11-18 11:25:45 《能源评论》杂志   作者: 何广利  

氢能,作为新能源之一,因为可以实现从开发到利用全过程的零排放、零污染而备受关注,有观点认为,氢能将成为人类发展的终极能源,存在巨大的发展潜力。但不可否认,目前,氢能的规模化应用才刚刚起步。

为保证整个氢能经济的可持续发展,在氢气制取、运输、存储、利用等各个环节都需要进一步发力。其中,氢气制取是整个产业链的开端,不可不重视。

目前只能当配角

目前,在我国,氢气的主要用途是做化工原料气,比如生产合成氨、甲醇以及各类原油炼制过程中都需要消耗氢气;此外还可作为保护气、还原气,用于钢铁、有色金属、浮法玻璃等工业产品的生产。2015年,我国氢气总用量约为1800万吨,其中大约55%用于合成氨,27%用于制甲醇,10%用于石油炼制,6%用于煤制油,其他用途的氢气用量很小。

因为国内尚未形成完整的产业链与行业分工,当前氢气的大规模用户大多都是直接配建氢气供应工厂,氢气的产能与下游生产配套,形成了氢气的闭环使用。制氢方法也多种多样,在2015年全国消耗的1800万吨氢气中,煤基制氢(包括煤气化、焦化、煤化工副产氢等)产量约为1200万吨,天然气及石油基制氢约360万吨,水电解制氢约为8万吨,氯碱厂副产氢约95万吨。

目前,氢气制取只是其他产业的配角,并没有能够独立“登场亮相”。而且氢气制取方式以化石能源制氢为主,更加清洁的富余风电、水电制氢、富余太阳能制氢,甚至核能制氢、生物质制氢等方式所占比例很少,但潜力却很大。例如,2015年仅四川和云南弃水电量就高达462亿千瓦时,全国弃风、弃光电量分别为339亿和46.5亿千万时,如果将这些电量全部用于制氢,可以生产150万吨以上的氢气,而目前这些富余的电力白白弃掉,浪费不可谓不大。

即便是化石能源制氢,真正的实力也还没有充分展现。我国的能源资源分布特点是贫油少气富煤,汽车的快速普及导致我国对外部石油的依赖程度不断增加,如果能够充分开发煤制氢潜力,对摆脱这种能源被动局面具有重要意义。以每辆燃料电池轿车年耗氢150千克,全国燃料电池车保有量2亿辆计算,我国的煤炭资源可以供这些车辆用氢超过1000年。因而,从能源安全角度看,发展氢能产业是我国摆脱“石油依赖”的重要途径。

规模化才有未来

随着燃料电池汽车、氢燃料电池发电等概念的普及与推广,氢能产业方兴未艾。在氢能大规模应用到来前,制氢企业应该提前布局,做好迎接这一广阔市场的准备。

除了在可再生能源制氢、副产气制氢方面进一步探索和应用以满足短中期氢能车辆及发电设备发展的需要外,长期来看,在我国,应尤其关注潜力巨大的煤基制氢。当前,我国煤气化制氢发展很快,新型技术正在不断涌现。煤制氢是一个高耗水、高碳排放项目,生产1吨氢大约需要消耗23吨水,排放15~16吨二氧化碳。要想让煤制氢成为真正的洁净能源,发展方向主要是高效、低碳,着眼于二氧化碳捕集、利用和封存(CCS)或者通过以煤为原料的氢气和其他化工品的联产方式降低二氧化碳排放,同时采用废水处理技术实现零废水排放,当前我国的神华集团已具有了相关技术的储备和示范。从成本角度考虑,煤制氢是目前国内大规模制氢最经济的方式。即使按照现有的生产工艺和技术水平(包括废水处理和二氧化碳封存),煤制氢达到近零排放(无污水、无二氧化碳、无废气排放)时的氢气生产成本大致为12370~14390元/吨,与享受政府补贴之后的风电制氢的价格相当,远低于无政府补贴时风电制氢的成本。在氢能产业发展和推动最快的日本,也计划在中长期采用低阶煤制氢与二氧化碳封存相结合的方法获得大量、低成本、低碳排放的氢气。

由于规模经济和废水处理、二氧化碳封存技术的限制,煤制氢不宜小型化,以大型煤气化制氢为基础的氢气制取,配以安全、高效的氢气储运系统,是未来的发展趋势。

论及氢能基础设施和应用端,一方面,制氢企业需要等待市场的不断成熟;另一方面,制氢企业也有必要为打造、培育市场做出努力。目前,国际上大的气体公司如美国AirProducts公司、法国AirLiquide公司、德国Linde公司、日本岩谷公司等,都对氢能基础设施建设非常重视。据不完全统计,截至2016年9月,世界上包括已经运行的、正在建设的和已经停用的加氢站在内,数量为712座,其中AirProducts公司建造了超过200座,AirLiquide公司和Linde公司分别建造了100座左右,三大公司建设的加氢站占全球加氢站总量的60%左右,是当前氢能基础设施建设的主力军。

我国在氢能基础设施建设方面进度滞后,能源企业和制氢企业才刚刚迈向这一领域。当前,神华集团已经建成的80台煤气化炉,若用来为燃料电池车辆供应氢气,则可以为4000万辆车提供动力。根据神华集团2016年的产业规划,为了推进其氢能发展战略落地,神华正在着意探索建立氢气从制取到应用的全产业链,开发低成本制氢、氢气储存与运输方面的关键技术。我国要想在氢能经济领域保持竞争力,亟待神华等相关企业的更多作为。

(作者系北京低碳清洁能源研究所高级工程师)




责任编辑: 张磊

标签: 氢能

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