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绿氢

2021-11-03杨春蓉

家园·建筑与设计 2021年13期
关键词:制氢能源

杨春蓉

摘要:氢能作为一种热值高、能量密度大、来源多样的清洁高效二次能源,被誉为21世纪的“终极能源”。为实现2030年碳达峰、2060年碳中和的目标,大力发展我国绿氢产业化,是时代热点。本文对绿氢的发展、项目进行分析,并为未来的发展做出一个展望。

关键词:绿氢,能源,制氢

一:氢能源时代

1:氢能源的世界性发展:

氢能被誉为21世纪的“终极能源”。在未来氢能应用中,工业领域是第一位的,其次就是交通。氢燃料汽车的前景十分广阔。

2:氢能制取技术:

氢能无法直接从自然界中获取,必须通过制备得到。目前制氢主要是通过煤炭、天然气等传统能源制氢,这种制氢模式却存在高碳排的问题,这种氢能源不能成为绿氢。而光伏、风电等可再生能源制备绿氢,能够解决传统能源制氢的高碳排问题。

2.1:氢能分类

从氢能制取工艺的碳排放量划分,氢能分为灰氢,蓝氢,绿氢3类。灰氢的温室气体排放量极高,不能减碳。而利用化石燃料制造,结合碳捕捉技术的“蓝氢”,相比于“灰氢”,是降低碳排理念上的进步,其作为一种能源策略,只有在无限期地储存二氧化碳,并且确保其不泄漏回大气的情况下才起作用。氢能源必须从灰氢到蓝氢,再到绿氢的不断发展,从生产源头上解决碳排的“绿氢”,才是通向净零排放的核心路径。可再生能源制备绿氢,才能解决传统能源制氢的高碳排放问题。

2.2:制氢技术分类:

氢的制取主要有三种较为成熟的技术路线:一是以煤炭、天然气为代表的化石能源重整制氢;二是以焦炉煤气、氯碱尾气、丙烷脱氢为代表的工业副产气制氢;三是电解水制氢。前两种技术是灰氢,蓝氢制取工艺。而电解水制氢技术是未来最有潜力的制氢技术。

2.3 水电解制氢:

电解水制氢技术主要分为:碱性水电解槽(ALK)、质子交换膜水电解槽(PEM)。由于碱性电解技术成熟且制氢量大,适合吉瓦级绿氢项目。PEM技术灵活迅速,在兆瓦级项目中多有应用,未来随着技术突破和降本将有望提升规模。

2.4绿氢技术:

绿氢技术是依托碱性电解槽和光伏发电制备,因其真正意义的清洁性而备受行业重视。随着光伏发电及电解槽成本的下降,绿氢未来有望成为一个带动当地发展、创造新型就业的规模产业,并在长远的未来逐步取代石油等化石燃料,重塑全球进出口供需关系格局。

2.5目前绿氢技术发展具有的条件

一是电的低成本。目前光伏发电成本持续降低,已经成为全球最经济的清洁能源,这为光伏发电电解水制氢解决了成本难题;二是零碳排。电解水制氢是一个高耗能的过程,在我国电力结构中,煤电是主要的发电形式,如果用电网的电来电解水制氢,每制1KG氢气就会排放40KG左右的二氧化碳,远大于煤制氢的排放强度。如果用光伏发电来电解水制氢,就没有碳排放的压力。

3:氢能成本控制

3.1 氢气成本:

目前,灰氢,蓝氢最主要的来源是煤制氢和天然气制氢。煤制氢的成本区间大概在0.4元到0.8元每标方;天然气制氢的成本区间是1元到1.5元每标方。绿氢气成本2.6~3.6元每标方(电价按0.4~0.55元/kwh)。目前绿氢还无法与传统制氢竞争,还需要进一步降低制氢成本。

二:我国绿氢的发展和机遇

实现中国碳中和目标,大体上需要136万亿人民币投入,这将是一个巨大的市场。但我国绿氢产业化应用仍处于发展初期,如何破局,如何降低成本是擺在眼下的问题。需出台围绕绿氢成本降本的政策,第一要从土地、租金、贷款等因素着手,充分降低光伏制氢的非技术成本;第二在绿电制氢的过程当中,不再收取过网费、税费等费用。这两点对绿氢的发展以及成本的降低,都会有十分大的帮助。

三:绿氢的实施

绿氢厂房的建设,是绿氢落地实施的硬件条件,笔者作为设计院,跟大家分享一个绿氢厂区方案。

3.1 概述

该项目共7个制氢厂房,1个增压厂房,2个动力厂房,室外储氢区域,1个220KV站,以及办公楼。制氢设备实际每小时总产量为130000Nm³/h,每天总产量为57吨/天。

3.2电解水制氢技术方案

3.2.1电解水整体系统工艺流程及反应

电解水制氢设备流程方案示意图:

氢气纯化系统流程方案示意图:

3.3碱性电解水制氢系统构成

碱性电解水制氢系统构成如下图所示,主要构成为氢氧系统、碱性循环系统、补水系统、冷却水系统等。

四 总结

我国顺应全球环保形势,提出的碳达标,碳中和的目标,必将大大刺激绿氢产业的发展,大量的绿氢厂房建设,是设计院未来的业务主体,丰富自己的知识,为未来抢占市场做好准备吧。

参考文献:

[1]毛宗强,毛志明,余皓,等。制氢工艺与技术[M].北京:化学工业出版社,2018

[2]曹湘洪.氢能开发与利用中的关键问题[J].石油炼制与化工,2017,48(9):1-6.

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