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揭密:為何能源轉型的五個(gè)挑戰都和氫相關(guān)

 更新時(shí)間:2024-04-12    點(diǎn)擊量:203
向低碳經(jīng)濟轉型需要模式轉變(見(jiàn)頁(yè)尾附件一),需要大規模投資。未來(lái)的挑戰來(lái)自五個(gè)方面——僅有氫能可以在成功克服所有這些挑戰中發(fā)揮作用(見(jiàn)下圖所示 )。


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圖例說(shuō)明:氫作為能源載體,需要克服能源轉型的挑戰


1、在電力部門(mén)增加可再生能源使用比例將加劇供需失衡。


利用間歇性可再生能源發(fā)電和不斷增加的電力需求將使電力系統達到極限。電網(wǎng)容量、間歇性以及低碳能源季節性(數周至數月)儲存和備用發(fā)電能力的應用將是需要應對的挑戰。
氫能有助于優(yōu)化可再生能源的電力系統,促進(jìn)可再生能源比例的進(jìn)一步提高。電解水制氫利用(過(guò)剩的或主動(dòng)增加的再生能源裝機)電力供應生產(chǎn)氫氣,并能在其他部門(mén)(交通、工業(yè)、住宅供熱)對其進(jìn)行利用,或將其儲存起來(lái)供未來(lái)重新發(fā)電使用。氫有可能提高可再生能源投資的經(jīng)濟效益,加強電力供應的安全性,并作為一種無(wú)碳的能源季節性?xún)Υ媸侄?,在可再生能源產(chǎn)量低而能源需求高時(shí)供應能源。


2、為確保供應安全,全球和地方能源基礎設施需要進(jìn)行重大轉型。

目前,全球約有 30% 的一次能源供應是跨境交易,包括各種能源載體(石油、天然氣、煤炭和電力)。由于世界各地區可再生能源的生產(chǎn)潛力差異巨大,加上電力的 "可儲存性 "有限,能源交易的需求將持續存在。一個(gè)正常運轉的跨境能源基礎設施對于確保能源供應安全至關(guān)重要。一個(gè)國家內的地區或城市層面也將發(fā)生變化:集中和分散能源供應的新組合將出現,從而擴大了對調整能源基礎設施的需求。

氫能可提供成本效益高的清潔能源基礎設施,有助于地方和國家層面的供應安全。通過(guò)運輸、管道輸送或卡車(chē)運輸,氫氣可以在城市和地區之間有效地(重新)分配能源。

3、化石燃料對能源系統的緩沖作用將不再足以確保系統的平穩運行。

緩沖能力通過(guò)保持約占世界年度能源需求總量 15%的儲備來(lái)確保能源系統的平穩運行。這種緩沖能力可以吸收供應鏈的沖擊,在國家層面提供戰略?xún)?,并預測供需失衡。目前,化石能源載體提供了大部分的儲存能力。隨著(zhù)電氣化程度的提高,這些儲備將不再足以確保為所有終端用戶(hù)提供穩定的能源供應。

4、一些能源終端用途很難通過(guò)電網(wǎng)或蓄電池實(shí)現電氣化,特別是在交通領(lǐng)域,但在其他領(lǐng)域也是如此。

在許多領(lǐng)域,即使二氧化碳排放對應的價(jià)格非常高,但直接電氣化在技術(shù)上仍然具有挑戰性或不經(jīng)濟性。這不僅適用于重型運輸、非電氣化火車(chē)、海外運輸和航空運輸,也適用于一些能源密集型產(chǎn)業(yè)。在其他領(lǐng)域,例如輕型汽車(chē),直接電氣化雖然在技術(shù)上是可行的,但并不總能滿(mǎn)足續航里程和充電便利性方面的性能要求。這些許多(即使不是所有)部門(mén)中,技術(shù)和/或經(jīng)濟上的障礙阻礙了直接電氣化,氫氣提供了一個(gè)可行的解決方案。


5、可再生能源無(wú)法取代(石油)化工行業(yè)的所有化石原料,但能提供一部分氫的來(lái)源。


用于生產(chǎn)塑料等的化石燃料在焚化爐中燃燒時(shí),會(huì )在其生命周期結束時(shí)產(chǎn)生(碳)排放。這些延遲排放也需要去碳化。將氫氣與捕獲的碳結合可產(chǎn)生碳氫化合物,作為化工原料對石油和天然氣進(jìn)行補充。因此,氫還有助于將碳捕集與利用付諸實(shí)踐,并使水泥行業(yè)等其他碳密集型行業(yè)實(shí)現脫碳。另外化學(xué)工業(yè)工程中有許多工藝直接使用氫氣,目前主要來(lái)自于天然氣或者煤,基于再生能源制取的氫也可以對這部分灰藍氫進(jìn)行置換,進(jìn)一步降低碳排放。

綜上所述,氫氣的特別性質(zhì)使其成為克服能源系統所面臨挑戰的一種有前景的解決方案。如果在電解過(guò)程中使用可再生電力,在蒸汽甲烷重整(SMR)過(guò)程中使用生物甲烷,或者在蒸汽甲烷重整過(guò)程中配備 CCS/CCU 設備,就可以在不產(chǎn)生任何碳足跡的情況下生產(chǎn)氫氣。氫氣的特性使其能夠發(fā)電和/或供熱(通過(guò)燃料電池、熱電聯(lián)產(chǎn)裝置 (CHP)、燃燒器或改進(jìn)型燃氣輪機)。氫氣的化學(xué)特性還使其可用作化學(xué)工藝的原料,包括生產(chǎn)氨和甲醇。氫燃燒不排放 SOx 或其他顆粒物,只排放有限的 NOx。在燃料電池中,例如在汽車(chē)中,氫的使用不會(huì )產(chǎn)生任何排放物,噪音也比傳統發(fā)動(dòng)機小。儲存在儲氫罐中的氫氣比同等體積的電池更輕,含有更多的能量(也就是能量密度高),在能源儲存和分配方面具有明顯的優(yōu)勢。(有關(guān)氫的更多信息,請參閱附件二 ——氫的基本要素)。

附件一:

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附件二:


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來(lái)源:氫眼所見(jiàn)

注:已獲得轉載權

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