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详细分析我国氢能源行业发展分析及投资预测

日期:2020-09-07 08:32:00   来源:中国项目工程咨询网   浏览:
    近年来,随着氢能利用技术发展成熟,以及应对气候变化压力持续增大,氢能在世界范围内备受关注,氢能已经纳入我国能源战略,成为我国优化能源消费结构和保障国家能源供应安全的战略选择。氢能产业基础设施是发展氢能产业的前置条件,能带动高端装备制造业快速发展、促进产业结构调整。

  我国氢能源市场发展现状分析

  氢能产业基础设施内涵丰富,主要包括氢源、氢能储存与输送、氢能加注及氢安全等。我国氢源资源丰富多样,包括化石燃料制氢、可再生能源制氢及工业副产气制氢等;水电解制氢及变压吸附提纯氢等制氢技术与装备发展成熟;氢安全技术发展紧跟国际先进水平,高压氢气瓶和储罐技术已取得重大突破;氢能加注基础设施发展滞后于美国、日本及德国等发达国家,但近几年来呈现快速递增趋势;氢能与燃料电池技术标准体系构建完成,积极与国际接轨,标准对氢能产业发展的引领作用逐步显现。

  到2020年,我国氢能产业基础设施发展将取得重大突破。其中,以能源形式利用的氢气产能规模将达到720亿m3;加氢站数量达到100座;燃料电池车辆达到10000辆;氢能轨道交通车辆达到50列;行业总产值达到3000亿元。到2030年,氢能产业将成为我国新的经济增长点和新能源战略的重要组成部分,产业产值将突破10000亿元;加氢站数量达到1000座,燃料电池车辆保有量达到200万辆,高压氢气长输管道建设里程达到3000km,氢能产业基础设施技术标准体系完善程度迫近发达国家水平,氢能与燃料电池检验检测技术发展及服务平台建设形成对氢能产业发展的有效支撑。

  18世纪60年代欧洲开始工业革命(The Industrial Revolution),化石燃料(原煤、原油和天然气)就成为人类主要利用的一次能源,并且消费量逐年增高,从而造成环境污染以及全球气候暖化。尽管这种现实目前还无法改变,但清洁能源以快速增长取代化石燃料,将逐步走向清洁的氢能时代。

  在宇宙诞生时,就存在氢和氦。氢为95%,氦为4%,1%为重阳子。当星球发生核聚变反应,生成了较重的元素,氢降低到90%,其他元素则增加,因此,氢是地球上最多的元素。

  氢(Hydrogen)是元素周期表中第一位元素。化学式H2,无色无味的气体。很难液化(沸点-252.870C,临界温度-239.90C),凝固点-259.140C。化学性质活泼,能燃烧,能与许多金属和非金属直接化合。

  利用液态氢可以获得低温,也可作高速火箭的燃料,氢也是燃料电池的能源。氢存在于自然界中的水、烃类等化合物中,但氢不能以一种单独的资源形式存在于地球上,所以不是一次能源。

  氢能时代

  氢能时代(HydrogenEra)以氢能作为主要能源的时代,将是一种理想的能源时代。氢能时代是以天然气作为过渡能源,向氢能时代逐步发展。氢能将是人类社会远期主要的、绝对清洁的能源。

  制氢途径

  氢能是一种二次能源,因为它是通过一定的方法利用其他能源来制取的。在自然界中,氢(H2)和氧(O2)结合成水(H2O)而存在的,必须采用热分解或电解的方法分离出来氢。

  分离方式很多,可以采用化石燃料、核燃料或再生能源分离方式,简言之,一次能源都可以分离水的氢和氧,但采用化石燃料燃烧所产生的热或所转换成的电能来分解水制氢,经济上不可行。

  图表:全球一次能源制取氢的途径分析

  

 

  1、化石燃料制氢

  利用化石燃料(以天然气最方便)制氢时,燃料通过与氧或空气作用主要生成氢和一氧化碳,然后在催化反应器里使一氧化碳和蒸汽反应,以产生二氧化碳和更多的氢。这种方式通常应用于生产合成氨和其他化工产品。

  如丹麦托普索公司(HaldorTopsoe)开发的一种部分氧化制氢法,其工艺过程是将天然气或石脑油与蒸汽的混合物预热到540~6500C,引入到自热反应器顶部,在此与另一股预热过的富氧空气与蒸汽的混合物混合,产生部分燃烧,使温度升高,并在镍(Ni)催化剂作用下完成蒸汽转化反应。温度为930~9800C的合成气通过废热锅炉降温后,再经过变换,二氧化碳脱除和甲烷化等过程,最后获得高纯度氢气。

  2、核燃料制氢

  利用核燃料生产氢有两种方式:

  (1)水电解制氢。核能生产电力,然后水电解产生氢气;

  (2)热化学循环制氢。该法既可以降低反应温度,又可以避免氢-氧分离问题,而循环中所用的其他试剂都可以循环使用。

  3、再生能源制氢

  利用再生能源生产氢有两种方式:

  (1)水电解制氢。再生能源生产电力,然后水电解产生氢气;

  (2)蒸汽转化制氢。各种生物质经由蒸汽催化转化制取氢。

  可再生氢

  当前全球氢气生产48%来自天然气,30%来自石油,18%来自煤,而水电解只占4%。这里谈及的“氢能”主要指再生能源制取氢,也不排斥核能生产氢,但跟化石燃料制取氢无关。利用可再生能源制取氢是新能源领域的一个研究热点,被称为拯救地球的动力。

  已经提出了“可再生氢(renewablehydrogen)”的概念,正在开展的研究包括:利用可再生电力电解水制氢、生物质气化和蒸汽转化制取氢、生物质热解制取氢、光电化学法制取氢和太阳能与热化学循环耦合制取氢等。如果在这些生产过程中使用可再生能源或核能制取氢,那么整个制氢流程的二氧化碳排放可以趋向于零。

  可再生能源如光伏、风电场、海洋能等生产的电力是间歇性的、不稳定的,而且多数在电力需求小的边远地区。如果能够联网直接供给消费地如沿海地区,问题就简单了,当其再生电力无法使用,于是产生“弃风限电”这种现象。风电场产生的电力过剩,采用电解水产生氢,然后注入燃料电池汽车。电解生产的氢经由压缩机储存在200bar(1bar=0.98692标准气压)的储罐里,以便供应给燃料电池汽车。

  氢气储存

  氢气储能可看作是一种化学储能的延伸,其基本原理就是将水电解得到氢气和氧气。以风电场制氢储能技术为例,其核心思想是当风电充足但无法联网、需要弃风时,利用风电将水电解制成氢气(和氧气),将氢气储存起来;当需要电能时,将储存的氢气通过不同方式(内燃机、燃料电池或其他方式)转换为电能输送上网。

  通常所指的氢气储能系统是电-氢-电的循环,且不同于常规的锂电池、铅酸电池。其前端的电解水环节,多以功率(kW)计算容量,代表氢气储能系统的“充电”功率;后端的燃料电池环节,也以功率(kW)计算容量,表示氢储能系统的“放电”功率;中间的储氢环节,多以氢气的体积(标准立方米Nm3)计算容量,储氢环节的容量大小决定了氢储能系统可持续“充电”或“放电”的时长,所以如果想增加电能的储存容量,加大储氢罐的体积或压力即可。

  已被确认并被使用的氢气储存是经由压缩或液化的纯氢储存;常用的氢气储存是压缩氢气。随着压力的增加,氢密度随之增加。


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