氫氣從“配角”走向“主角”
作者/來(lái)源:北京低碳清潔能源研究所高級(jí)工程師 何廣利 日期: 2016-10-17 點(diǎn)擊率:984
氫能,作為新能源之一,因?yàn)榭梢詫?shí)現(xiàn)從開(kāi)發(fā)到利用全過(guò)程的零排放、零污染而備受關(guān)注,有觀點(diǎn)認(rèn)為,氫能將成為人類(lèi)發(fā)展的終極能源,存在巨大的發(fā)展?jié)摿。但不可否認(rèn),目前,氫能的規(guī);瘧(yīng)用才剛剛起步。
為保證整個(gè)氫能經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,在氫氣制取、運(yùn)輸、存儲(chǔ)、利用等各個(gè)環(huán)節(jié)都需要進(jìn)一步發(fā)力。其中,氫氣制取是整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的開(kāi)端,不可不重視。
目前只能當(dāng)配角
目前,在我國(guó),氫氣的主要用途是做化工原料氣,比如生產(chǎn)合成氨、甲醇以及各類(lèi)原油煉制過(guò)程中都需要消耗氫氣;此外還可作為保護(hù)氣、還原氣,用于鋼鐵、有色金屬、浮法玻璃等工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)。2015年,我國(guó)氫氣總用量約為1800萬(wàn)噸,其中大約55%用于合成氨,27%用于制甲醇,10%用于石油煉制,6%用于煤制油,其他用途的氫氣用量很小。
因?yàn)閲?guó)內(nèi)尚未形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈與行業(yè)分工,當(dāng)前氫氣的大規(guī)模用戶(hù)大多都是直接配建氫氣供應(yīng)工廠,氫氣的產(chǎn)能與下游生產(chǎn)配套,形成了氫氣的閉環(huán)使用。制氫方法也多種多樣,在2015年全國(guó)消耗的1800萬(wàn)噸氫氣中,煤基制氫(包括煤氣化(10.070, 0.34, 3.49%)、焦化、煤化工副產(chǎn)氫等)產(chǎn)量約為1200萬(wàn)噸,天然氣及石油基制氫約360萬(wàn)噸,水電解制氫約為8萬(wàn)噸,氯堿廠副產(chǎn)氫約95萬(wàn)噸。
目前,氫氣制取只是其他產(chǎn)業(yè)的配角,并沒(méi)有能夠獨(dú)立“登場(chǎng)亮相”。而且氫氣制取方式以化石能源制氫為主,更加清潔的富余風(fēng)電、水電制氫、富余太陽(yáng)能制氫,甚至核能制氫、生物質(zhì)制氫等方式所占比例很少,但潛力卻很大。例如,2015年僅四川和云南棄水電量就高達(dá)462億千瓦時(shí),全國(guó)棄風(fēng)、棄光電量分別為339億和46.5億千萬(wàn)時(shí),如果將這些電量全部用于制氫,可以生產(chǎn)150萬(wàn)噸以上的氫氣,而目前這些富余的電力白白棄掉,浪費(fèi)不可謂不大。
即便是化石能源制氫,真正的實(shí)力也還沒(méi)有充分展現(xiàn)。我國(guó)的能源資源分布特點(diǎn)是貧油少氣富煤,汽車(chē)的快速普及導(dǎo)致我國(guó)對(duì)外部石油的依賴(lài)程度不斷增加,如果能夠充分開(kāi)發(fā)煤制氫潛力,對(duì)擺脫這種能源被動(dòng)局面具有重要意義。以每輛燃料電池轎車(chē)年耗氫150千克, 全國(guó)燃料電池車(chē)保有量2億輛計(jì)算,我國(guó)的煤炭資源可以供這些車(chē)輛用氫超過(guò)1000年。因而,從能源安全角度看,發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)是我國(guó)擺脫“石油依賴(lài)”的重要途徑。
規(guī);庞形磥(lái)
隨著燃料電池汽車(chē)、氫燃料電池發(fā)電等概念的普及與推廣,氫能產(chǎn)業(yè)方興未艾。在氫能大規(guī)模應(yīng)用到來(lái)前,制氫企業(yè)應(yīng)該提前布局,做好迎接這一廣闊市場(chǎng)的準(zhǔn)備。
除了在可再生能源制氫、副產(chǎn)氣制氫方面進(jìn)一步探索和應(yīng)用以滿(mǎn)足短中期氫能車(chē)輛及發(fā)電設(shè)備發(fā)展的需要外,長(zhǎng)期來(lái)看,在我國(guó),應(yīng)尤其關(guān)注潛力巨大的煤基制氫。當(dāng)前,我國(guó)煤氣化制氫發(fā)展很快,新型技術(shù)正在不斷涌現(xiàn)。煤制氫是一個(gè)高耗水、高碳排放項(xiàng)目,生產(chǎn)1噸氫大約需要消耗23噸水,排放15~16噸二氧化碳。要想讓煤制氫成為真正的潔凈能源,發(fā)展方向主要是高效、低碳,著眼于二氧化碳捕集、利用和封存(CCS)或者通過(guò)以煤為原料的氫氣和其他化工品的聯(lián)產(chǎn)方式降低二氧化碳排放,同時(shí)采用廢水處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)零廢水排放,當(dāng)前我國(guó)的神華集團(tuán)已具有了相關(guān)技術(shù)的儲(chǔ)備和示范。從成本角度考慮,煤制氫是目前國(guó)內(nèi)大規(guī)模制氫最經(jīng)濟(jì)的方式。即使按照現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝和技術(shù)水平(包括廢水處理和二氧化碳封存),煤制氫達(dá)到近零排放(無(wú)污水、無(wú)二氧化碳、無(wú)廢氣排放)時(shí)的氫氣生產(chǎn)成本大致為12370~14390元/噸,與享受政府補(bǔ)貼之后的風(fēng)電制氫的價(jià)格相當(dāng),遠(yuǎn)低于無(wú)政府補(bǔ)貼時(shí)風(fēng)電制氫的成本。在氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展和推動(dòng)最快的日本,也計(jì)劃在中長(zhǎng)期采用低階煤制氫與二氧化碳封存相結(jié)合的方法獲得大量、低成本、低碳排放的氫氣。
由于規(guī)模經(jīng)濟(jì)和廢水處理、二氧化碳封存技術(shù)的限制,煤制氫不宜小型化,以大型煤氣化制氫為基礎(chǔ)的氫氣制取,配以安全、高效的氫氣儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng),是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。
論及氫能基礎(chǔ)設(shè)施和應(yīng)用端,一方面,制氫企業(yè)需要等待市場(chǎng)的不斷成熟;另一方面,制氫企業(yè)也有必要為打造、培育市場(chǎng)做出努力。目前,國(guó)際上大的氣體公司如美國(guó)Air Products公司、法國(guó)Air Liquide公司、德國(guó)Linde公司、日本巖谷公司等,都對(duì)氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)非常重視。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),截至2016年9月,世界上包括已經(jīng)運(yùn)行的、正在建設(shè)的和已經(jīng)停用的加氫站在內(nèi),數(shù)量為712座,其中Air Products 公司建造了超過(guò)200座,Air Liquide公司和Linde公司分別建造了100座左右,三大公司建設(shè)的加氫站占全球加氫站總量的60%左右,是當(dāng)前氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的主力軍。
我國(guó)在氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面進(jìn)度滯后,能源企業(yè)和制氫企業(yè)才剛剛邁向這一領(lǐng)域。當(dāng)前,神華集團(tuán)已經(jīng)建成的80臺(tái)煤氣化爐,若用來(lái)為燃料電池車(chē)輛供應(yīng)氫氣,則可以為4000萬(wàn)輛車(chē)提供動(dòng)力。根據(jù)神華集團(tuán)2016年的產(chǎn)業(yè)規(guī)劃,為了推進(jìn)其氫能發(fā)展戰(zhàn)略落地,神華正在著意探索建立氫氣從制取到應(yīng)用的全產(chǎn)業(yè)鏈,開(kāi)發(fā)低成本制氫、氫氣儲(chǔ)存與運(yùn)輸方面的關(guān)鍵技術(shù)。我國(guó)要想在氫能經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域保持競(jìng)爭(zhēng)力,亟待神華等相關(guān)企業(yè)的更多作為。
