全球每年约能生产6000多万吨氢气,价值约在1000亿美元左右。如今,生产出的约有 80%的氢气,以下三种行业应用最多:精炼厂,氨气生产,以及金属加工。 在交通应用方面,氢能应用潜力巨大。氢能利用无排放,且可从低碳电力或是碳减排 的化石燃料中获得。到2050年,对氢能的需求量会增加10倍。

氢能和汽车行业

现代汽车和Yield Capital计划筹资一个上亿美元的氢能基金,预计在未来几年将会出 现大量的氢能初创公司。今年夏天,法国宣布,投资1.17亿美元,在工业,交通以及 能源领域部署氢能的利用,并且认识到“氢能可成为碳中和能源模式的支柱之一”。 日本在燃料电池汽车方面的研发和利用也是比较激进的,因为日本的计划是要打造氢 能高速公司,以及建造数百个加氢站。并计划到2020年,使加氢站的建设成本减半。

绿色制氢

为实现净零排放的目标,到本世纪中叶,全球氢气产量需要从6000万吨增加到5-7亿 吨,先不考虑氢能燃料电池汽车的大量使用。氢气的生产和可再生能源相结合,是实 现这一目标的可行办法。实际上,今天全球95%的氢都来自于碳基材料的排放生产获 得的:天然气,蒸汽甲烷重整制氢,和煤气制氢。

氢气生产的经济案例

低成本制氢,仍是大规模氢气系统部署的主要障碍之一。除了利用碳基发电,水电解制 氢技术是当下的技术领跑者,尽管水电解制氢只占全球氢产量的4%左右。随着可再生 能源在电网利用的不断增长,低碳电力在某些市场上可能有经济方面的意义,可将氢转 化为电力。目前有2种领先的水电解技术:碱性和PEM质子交换膜电解技术。碱性技术 成熟,成本低,自20世纪20年代以来一直大量用于氢气的生产。而PEM的技术更新, 特点是效率更高,占地面积更小,更为灵活,在分散的操作下有着良好的运行能力。

质子交换膜电解技术绿色制氢

当下,质子交换膜电解水制氢技术成熟度和规模经济,已可在兆瓦的基础上进行运作。 在几个地区,商业部署已经开始。(日本,加州和欧洲地区)。现进行的最大的PEM 电解水制氢项目之一,是在奥地利林茨的H2FUTURE,此项目将于2019年初完工。由 西门子开发的6兆瓦的PEM电解系统生产氢气,目标是实现80%的电能转换率。在奥 钢联集团的制氢点,将会用于需求侧管理,协助补偿电力供应中的电力波动,进而提 高风能太阳能在电网中的份额。

可再生能源制氢-更大的机遇

当针对点对点的应用进行技术研发时,H2FUTURE项目涉及到更为广泛的应用潜力。下 游行业的存储容量可作为缓冲器,根据电力系统的要求对氢气产量进行 高速-从而消耗 实时的电力,可长期吸引变量的可再生能源,并可用于季节性存储。最终结果是,为 无法通过电池技术进行存储的现场制氢技术提供了机会。

固体氧化物电解池(SOEC)

SOEC是一种较新的电解技术,可在500°到850°的高温下工作,具有比ALK以及PEM 更高的效率潜力。Sun re是德国一家正在走大规模商业化道路的SOEC的创业公司。 该公司正在研发生产可再生合成燃料的解决方案,并为不同的行业应用部署能源系统 解决方案。GrinHy项目,正利用Sun re的模块化电解槽集成到钢厂的生产过程中, 可增加至兆瓦级。该公司技术的可逆双模系统可用电解槽生产80%绿色氢气,也可作 为燃料电池,系统产生的热量可反馈到钢厂,用于稳定电网的电力。

新兴技术

一些据有挑战性的可替代技术正加入市场。比如说,阴离子AEM电解技术,结合了碱 性和PEM技术的优点,同时克服了缺点。AEM电解技术是低成本,高能效的,它可 用雨水或是自来水,也就意味着说它可以很容易的应用于任何规模。Enapter公司与 2017年成立,正致力于商业化AEM电解槽技术,此技术已研发七年。同时Enapter 公司也是率先研发能源管理系统的公司之一,可将模块化的氢气系统集成到电网中。 经济高效,可拓展的分式布资源管理系统,在如今的能源市场非常重要,它有助于分 布式资源与当年电网和市场集成并获得最高价值。如今没有多少公司愿意尝试建立能 连接的能源管理系统。如果公司可以尽快降低成本,让高效的氢能系统成为DER转型 的一部分,那么氢气集成的智能电网系统最早可在2020年发挥作用。Enapter公司希 望可实现商业规模的大规模生产,在2019年里他们的EMS和AEM系统相结合。

绿色氢能应用案例

氢能的逐步部署需要增加氢的供应链,包括额外的运输能力。现如今,氢的运输成本 和案例性仍然是关键性的障碍。现场制氢解决了使用点的用氢问题,但最终还是需要 将氢气用一种便利的方法运输到其它的应用场景。英国的H21项目非常有前景,该项 目是英国北部推广氢能的一个战略挫是,最终是通过三个步骤实现整个英国的深度脱 碳。首先是热量,然后热量和功率,最终是去除83.%的CO2的排放,达到英国2050 年碳排放的目标。H21 NOE 系统转换的总支出成本预计为286亿美元,每年的运营成 本为12亿美元。

Figure 4 shows the initial phase of the H21 Project, courtesy of H21

该报告预测说,氢能可用来平衡全球可再生能源的需求:“全球可再生能源过剩的国 家,澳大利亚,一个拥有2400万人口的国家,可利用氨气进行绿色能源氢的运输。而 可再生能源短缺的国家,英国,则有6600万人。 为满足燃料电池汽车用氢的需求,包括液化空气公司在内的一个主要的企业,已经开 始部署大型氢能基础设施。像H2GO Power这样的新的参与者正在研发固态储氢, 通过压缩和液化来解决案例和效率问题,该公司明年寻求明年夏天在澳大利亚完成一 个试点项目。澳大利亚H2GO项目于10月份宣布,该项目可在悉尼的天然气管网中使 用可再生能源制氢,可长期用于储氢能。

氢能利用面临的挑战:

氢能的广泛利用,对氢能基础设施建设的投资者们来说,资本支出巨大。如果绿色氢 能可取代碳基氢,用于工业原料的应用,则需要继续降低兆瓦级的电解技术的成本。 所有的参与的国家和政府都要有针对性,有可预测的能源政策,为氢能的大量投资保 证其稳定性。并在当地社区围绕基础设施建设和克服氢能安全问题,克服障碍。

 

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