氫作為一種能源載體可以支持一個(gè)更靈活、更有彈性和更綜合的能源系統，補充日益增長(cháng)的電氣化。它為供熱、運輸和工業(yè)等難以減排的行業(yè)提供了長(cháng)期脫碳的機會(huì )，在這些行業(yè)，由于技術(shù)、經(jīng)濟或地理限制，電氣化可能不適合。

下圖1顯示了整個(gè)氫能源系統，其中電解制氫生產(chǎn)以綠色突出顯示。電解制氫是通過(guò)用電將純水分離成氫和氧分子而產(chǎn)生的。電解槽，或更準確地說(shuō)，電解電堆，是電解制氫系統的主要電化學(xué)組件。電解電堆是電解系統中的主要部件，由水電供應、冷卻和凈化等功能所需的輔助部件支撐。從電解堆中產(chǎn)生的氫氣通過(guò)分離和干燥過(guò)程進(jìn)行凈化，而氧氣被釋放到大氣中，或者可以被捕獲或儲存以供應其他工業(yè)過(guò)程。氫可以通過(guò)燃料電池(可用于電力或運輸應用)直接用于發(fā)電，也可以燃燒產(chǎn)生熱量，也可以用作化工或工業(yè)過(guò)程原料。它也可以以氣體或液體的形式儲存，以后用于發(fā)電，以緩解能源需求的高峰。在未來(lái)，氫氣可能會(huì )被注入天然氣國家輸送系統，提供天然氣的低碳替代品，盡管這取決于有關(guān)混合的立法獲得批準。

圖1：氫能源系統

與采用碳捕獲、利用和儲存(CCUS)技術(shù)的天然氣制氫相比，電解制氫的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢在于，它在生產(chǎn)過(guò)程中不會(huì )產(chǎn)生排放。電解制氫還補充了不斷增長(cháng)的可再生能源容量，使剩余的電力生產(chǎn)能夠用于制氫，而不是以高成本去削減電網(wǎng)的供應。然而，電解目前是最昂貴的制氫方法，盡管由于規模經(jīng)濟和可再生電力變得更便宜，預計這將在未來(lái)幾年減少。

如上圖1所示，電解制氫可以通過(guò)一系列電力來(lái)源產(chǎn)生，包括直接電網(wǎng)連接，直接連接到可再生能源或電網(wǎng)/直接連接電力的混合。然而，只有直接連接到可再生能源才能保證零碳電力，隨著(zhù)更多的可再生能源發(fā)電連接到國家電網(wǎng)，預計未來(lái)十年電網(wǎng)排放對氫氣生產(chǎn)的影響將減少。越來(lái)越多的人正在研究海上風(fēng)力發(fā)電站的海上氫氣生產(chǎn)，這將需要更多的管道將氫氣輸送到使用點(diǎn)。

以下為未來(lái)氫氣生產(chǎn)的形式：

未來(lái)的電解制氫氣生產(chǎn)系統可能有幾種不同的形式，這取決于系統的規模，是位于陸地上還是海上，以及氫氣生產(chǎn)是集中還是分散。在這個(gè)階段，形式的組合是不確定的，但可能是以下一些元素的組合:

1、大規模海上制氫

氫氣可以在海上集中平臺上生產(chǎn)，也可以在利用海上風(fēng)力的單個(gè)渦輪機內生產(chǎn)。這些系統的規?？赡軓?00兆瓦(MW)到幾吉瓦（GW）不等。這種類(lèi)型的生產(chǎn)可能由海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)商主導。這些系統既可以通過(guò)新的或現有的管道將天然氣輸送到陸上，也可以直接向海上地下儲存庫供應氫氣，或者直接從能源島出口到全球各地。下圖2顯示了這樣一個(gè)系統。

圖2：大規模海上制氫

2、海上風(fēng)電在陸地的大規模制氫

如果電網(wǎng)足夠強大，海上風(fēng)能開(kāi)發(fā)商可能會(huì )選擇電力而不是氫。在這種情況下，大規模生產(chǎn)可以位于沿海地區，利用岸上的電力，并在限制時(shí)間內支持電網(wǎng)。這些系統的規?？赡軓?00兆瓦到幾吉瓦（GW）不等。與海上生產(chǎn)一樣，這些氫氣可以通過(guò)新的或現有的管道運輸，直接向海上地下儲存供應氫氣，或者通過(guò)附近的港口設施出口全球各地。下圖3顯示了這樣一個(gè)系統。

圖3：大規模陸地制氫

3、大規模集中生產(chǎn)

氫氣生產(chǎn)可能會(huì )集中部署在有多余的用于電解槽的關(guān)鍵部件，電力和水等地區。這些地區可以接入大容量電網(wǎng)，或者直接連接陸上可再生能源，如風(fēng)能或太陽(yáng)能光伏。由于它們的電網(wǎng)連接，它們可以以產(chǎn)量運行，以確保穩定的生產(chǎn)。這些系統的規?？赡軓?00兆瓦到千兆瓦不等。集中生產(chǎn)很可能通過(guò)管道輸送到大型儲存設施、需求中心或出口終端。下圖4顯示了這樣一個(gè)系統。

圖4：大規模集中制氫

4、小規模分散生產(chǎn)

有幾種不同的分散式氫氣生產(chǎn)模式。這些系統可以由當地的可再生能源系統供電，以滿(mǎn)足當地的工業(yè)需求。或者它們可以位于城市地區，并連接到電網(wǎng)，為當地的交通樞紐提供彈性的氫氣生產(chǎn)。這些系統的規?？赡軓膸渍淄叩?00兆瓦。這些很可能還需要某種形式的本地存儲。下圖5顯示了這樣一個(gè)系統。

圖5：小規模分散式氫氣生產(chǎn)模式

文章來(lái)源：氫眼所見(jiàn)
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