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“在2030年碳排放峰值情景下，中國每年對氫的需求將達(dá)到3715萬噸，約占最終能源消費(fèi)的5%，電解電池約80GW。在碳中和的情況下，到2060年，中國對氫的年需求將增加到1.3億噸左右，約占最終能源消耗的20%?！敝袊鴼淠苈?lián)盟副秘書長、中國鋼鐵研究院副總經(jīng)理韓偉在近日舉行的首屆粵港澳大灣區(qū)(廣州)氫能論壇上做出了這樣的預(yù)測。
許多國家已將氫能納入其國家發(fā)展戰(zhàn)略。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2020年底，已有16個(gè)國家制定了國家氫戰(zhàn)略。與已公布的氫能戰(zhàn)略相比，綠色氫是長期制氫的主要方式，即風(fēng)能、太陽能等可再生能源制氫和水電解制氫。但是，由于運(yùn)輸成本和電價(jià)的限制，目前電解水制氫的成本仍然很高。
加拿大國家工程院院士、加拿大皇家科學(xué)院院士、上海大學(xué)可持續(xù)能源特約教授、系主任張久軍提醒，由于汽車本身和加氣站都需要定制符合要求的氫氣，即使現(xiàn)在的氫氣更便宜，也需要數(shù)年時(shí)間才能成為最常見的能源，并需要大量的資本支出。
綠色氫成本的降低取決于新能源成本的降低
構(gòu)造一個(gè)新的電力系統(tǒng)與新能源為主體,隨機(jī)的和不穩(wěn)定的新能源將逐漸成為主體,新的電力系統(tǒng)帶來了新的挑戰(zhàn),加劇的雙重雙方的波動(dòng)和不確定性電力系統(tǒng)的供給和需求。
將電轉(zhuǎn)化為氫氣，或儲存氫氣，提高了電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力。電解水制氫，將難以存儲的電能轉(zhuǎn)化為可存儲的氫，可作為氫燃料電池汽車的能源和原料、氫燃料電池應(yīng)急后備電源、化工原料、工業(yè)還原保護(hù)氣體等場景。
“傳統(tǒng)的儲能方式是解決短周期的功率平衡，大范圍和長周期的功率平衡問題需要找到新的方法來解決。氫能具有長期大規(guī)模儲存的潛力。”廣東電網(wǎng)公司廣州供電局氫能研究中心主任楊波說。
與儲氫、抽水蓄能和電池蓄能相比，儲氫和電池蓄能選址靈活，抽水蓄能選址困難。從儲氫周期和容量上看，儲氫具有抽水蓄能和蓄電池蓄能的優(yōu)勢。但目前氫能存儲的成本高于抽水蓄能和電池蓄能，技術(shù)成熟度較低。
楊博介紹，現(xiàn)有燃料電池技術(shù)，高溫固體氧化物電池可逆，但全電解，且具有較高的電解效率，可解決可再生能源給定的問題，并可參與電網(wǎng)負(fù)荷頻率控制，給電力系統(tǒng)帶來巨大的靈活性，而且設(shè)備利用小時(shí)數(shù)高，具有較高的成本優(yōu)勢。然而，該模型在國內(nèi)外尚處于實(shí)驗(yàn)室發(fā)展階段。
目前缺乏電氫轉(zhuǎn)換的標(biāo)準(zhǔn)和指南。楊波指出，氫能屬于危險(xiǎn)化學(xué)品管理范疇，能源電力企業(yè)缺乏危險(xiǎn)化學(xué)品領(lǐng)域的資質(zhì)許可、運(yùn)行維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)、安全管理和制度流程，這給電聚變和氫聚變的探索帶來了巨大的挑戰(zhàn)?！敖ㄗh根據(jù)氫動(dòng)力系統(tǒng)的應(yīng)用場景和技術(shù)參數(shù)制定氫安全標(biāo)準(zhǔn)，提高標(biāo)準(zhǔn)的針對性和適用性，科學(xué)協(xié)調(diào)安全與發(fā)展。”
經(jīng)濟(jì)是發(fā)展綠色氫的迫切需要解決的問題。電解水制氫成本占?xì)淠墚a(chǎn)業(yè)鏈總成本的30%以上。電解水制氫的成本一般包括設(shè)備成本、能源成本(動(dòng)力)、原材料成本和營業(yè)費(fèi)用。根據(jù)國際可再生能源機(jī)構(gòu)(IRENA)的數(shù)據(jù)，當(dāng)電價(jià)為20美元/MWh時(shí)，氫生產(chǎn)成本顯著下降，而不是65美元/MWh。降低率明顯高于電解池設(shè)備成本的降低率。
澳大利亞工程院院士程一兵指出，水電成本約占電解水制氫成本的70%。電解水產(chǎn)生氫氣的成本是煤炭或化石燃料產(chǎn)生氫氣的兩到三倍，甚至可能更高?！半S著風(fēng)電和光伏的快速發(fā)展，下一步的成本降低主要取決于新能源成本的降低?！?/span>
以光伏為例，程指出目前的光伏電池以硅為主，很難顯著降低成本。我國光伏發(fā)電調(diào)平千瓦時(shí)成本下降曲線趨于平緩，新電池需要開發(fā)。在目前的光伏技術(shù)中，鈣鈦礦/晶硅疊堆太陽能電池有潛力突破單結(jié)硅電池的理論效率極限，顯著降低光伏發(fā)電成本。
中石油廣東電力設(shè)計(jì)院氫技術(shù)中心孫翔認(rèn)為，對氫產(chǎn)業(yè)的補(bǔ)貼主要集中在燃料電池、汽車集成和加氫站等方面，對綠色制氫的政策和財(cái)稅補(bǔ)貼較少?？紤]到整個(gè)制氫產(chǎn)業(yè)鏈的均衡發(fā)展，建議相關(guān)部門對綠色制氫進(jìn)行研究并提供一定的政策支持。
光伏結(jié)合山谷電來生產(chǎn)氫
廣東粵華發(fā)電有限公司負(fù)責(zé)人介紹，利用峰下電制氫，有利于電網(wǎng)填補(bǔ)山谷需求，提高電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性，大大降低制氫成本。目前電網(wǎng)峰谷差超過60%，機(jī)組在非高峰時(shí)段以超低負(fù)荷運(yùn)行，導(dǎo)致能源轉(zhuǎn)換效率和設(shè)備安全性顯著下降，造成資源浪費(fèi)。
負(fù)責(zé)人介紹，機(jī)組由100%負(fù)荷調(diào)整為30%負(fù)荷時(shí)，發(fā)電熱耗由7400kJ/kWh提高到8300kJ/kWh，機(jī)組發(fā)電能耗提高12%;低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，爐膛熱負(fù)荷降低，存在鍋爐滅火和爆燃事故的危險(xiǎn)，需要燃油伴隨燃燒，增加了發(fā)電成本，降低了經(jīng)濟(jì)性。在低谷，低負(fù)荷下大量機(jī)組旋轉(zhuǎn)備用，需要增加電力負(fù)荷以降低峰深。利用低谷電制氫可以安全有效地提高機(jī)組效率，保障電網(wǎng)安全。
“利用非峰用電生產(chǎn)氫氣，不僅可以解決可再生能源的消耗問題，還可以提高輸電渠道的利用率?！睏罾习逭f。
孫祥認(rèn)為光伏與谷電相結(jié)合產(chǎn)氫(即白天光伏產(chǎn)氫，晚上谷電產(chǎn)氫)具有更好的經(jīng)濟(jì)效益。
在廣東,氫燃料電池汽車制氫站電價(jià)按《廣東省發(fā)展改革價(jià)格函(2017)5073號)關(guān)于冷庫電價(jià)政策有關(guān)問題的通知》規(guī)定的冷庫電價(jià)政策執(zhí)行傭金。山谷電價(jià)是正常電價(jià)的0.25倍，約0.17元/千瓦時(shí)。
太陽給了一組數(shù)據(jù),根據(jù)光伏(pv) 0.45元/千瓦時(shí)電價(jià)、發(fā)電小時(shí)1100小時(shí),0.17元/千瓦時(shí),谷電力在2920小時(shí)的硅谷動(dòng)力部分,轉(zhuǎn)換后,太陽能氫和電平均價(jià)格為0.25元/千瓦時(shí),假設(shè)不考慮能力條件下的費(fèi)用,而制氫價(jià)格接近北方風(fēng)光資源地區(qū)，年利用小時(shí)可達(dá)4020小時(shí)。按58千瓦時(shí)發(fā)電生產(chǎn)1公斤氫氣計(jì)算，考慮設(shè)備折舊及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，制氫成本約為23元/公斤。在高純氫氣需求中心，生產(chǎn)氫氣的價(jià)格可以賣到30元/公斤。
但是，將氫項(xiàng)目啟動(dòng)并不容易。根據(jù)現(xiàn)行政策，制氫項(xiàng)目需要位于化工園區(qū)或與特定企業(yè)危險(xiǎn)化學(xué)品安全生產(chǎn)配套項(xiàng)目，才能獲得危險(xiǎn)化學(xué)品安全生產(chǎn)許可證，這在一定程度上制約了氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
楊宇軍建議，通過科研示范、產(chǎn)業(yè)示范等方式，試點(diǎn)將小型項(xiàng)目依法納入安全生產(chǎn)許可審批，按點(diǎn)、區(qū)、分類等方式穩(wěn)步推進(jìn)電聚變、氫聚變示范項(xiàng)目。
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