油气行业可再生能源制氢技术进展与前景展望

利用可再生能源制氢,是油气企业推动能源结构优化升级与深度脱碳的重要途径。油气企业近年通过全产业链技术研究与示范应用,积极推动氢能产业高效益、规模化发展。文章研究对比了碱性电解水制氢（ALK）、质子交换膜制氢（PEM）和固体氧化物电解制氢（SOEC）等技术的优势与挑战,分析了国内外代表性油气公司在制氢产业和项目方面的布局规划。中国石油围绕绿氢产业链与制氢技术链,持续攻关符合自身特色应用场景的可再生能源制氢技术及配套系统,涵盖基础研究到项目示范,在高效率电极催化剂材料、电解槽系统优化、氢电耦合系统、大规模大容量制氢装置、固体氧化物电解制氢技术、太阳能光解水制氢技术等领域取得系列创新成果。结合我国油气企业制氢技术特点、场景特色与项目现状,对未来可再生能源制氢领域发展提出建议和展望。     

分布式制氢技术进展及成本分析

当前,中国交通能源用氢气主要采用20 MPa长管拖车运输,运输效率低且成本较高,一定程度上限制了氢能的大规模应用。分布式制氢由于无氢气长距离运输困扰而受到人们越来越多重视。介绍了分布式甲醇制氢、天然气制氢、碱性电解水制氢、质子交换膜(PEM)电解水制氢以及氨分解制氢的技术进展并分析了制氢成本。分布式甲醇和天然气重整制氢技术较为成熟,原料价格对制氢成本影响较大;两种分布式电解水制氢方式均实现商业化应用,电价是影响制氢成本的重要因素,此外PEM电解水制氢设备初始投资较高,进一步增加了制氢成本;对于分布式氨分解制氢,商用技术有进一步提高,当前阶段经济竞争力低于甲醇制氢,但在碳中和背景下具有一定应用潜力。     

水电解技术发展及在绿氢生产中的应用

利用风电和光伏电等可再生电力生产的绿氢符合新时代能源发展的要求.可再生电力具有突出的间歇性、波动性、随机性特点,对水电解技术提出了更高的要求.电解水技术发展关键在于材料,本课题从析氧电催化剂、电解质、膜材料、扩散层材料等方面回顾了碱水电解和质子交换膜纯水电解制氢技术的发展;介绍了可再生电力制氢技术应用开发现状,分析了存...     

海上风电制氢经济评价模型及关键影响参数

全球绿色低碳转型正在加速，多国聚焦可再生能源制氢技术，大力培育绿氢产业。其中海上风电制氢技术具有项目规模大、产能优势明显、毗邻水源地、制氢原料充足等优势，越来越受到各国的关注，但过去对该技术方案经济性的研究多局限于欧洲区域，结论具有局限性。为此，以中国广东省海域某海上风电项目为例，按照输电方式、售电比例、制/输氢技术等设计了5种方案，并计算了不同方案的项目内部收益率（IRR）和平准化制氢成本（LCOH），进而剖析了风场规模、离岸距离、制氢技术、氢气售价等多个敏感性因素对关键指标的影响程度。研究结果表明：(1)离岸距离是决定项目开发方案的关键因素，当离岸距离小于100 km时，采用交流输电技术的并网发电方案IRR最高，当离岸距离超过150 km时，离网制氢方案IRR整体更优；(2)对比不同离网制氢方案，海上制氢配合专用管道输氢模式，无论在IRR还是LCOH方面始终优于岸上制氢模式，两者的经济性差距随离岸距离的缩小而收窄。结论认为，提升项目规模、提高氢气售价、减少或不使用储氢设施以及采用碱性电解槽可以大幅提升海上风电制氢项目的经济性，使LCOH低于22.5元/kg，基本具备市场竞争条件。     

海上风电制氢关键技术及突围路径

海洋可再生能源非常丰富,但能量难以储存。利用海上可再生能源发电制备绿氢,可为绿色能源的储存提供全新的思路。本文主要分析了海上风电制氢关键技术,详细论述了海上水电解制氢技术、海上氢能储运技术、海上制储氢装备设计以及海上制储氢方案4个方面,并对国内海上风电制氢关键技术进行了对比与总结。在此基础上提出了相关对策和建议,为我国海上风电制氢技术与装备的创新发展提供参考。     

氢气的制取与固体储集研究进展

氢气是一种优质燃料,也是一种清洁和可持续的能源。目前全球氢能发展已迈入新的阶段,欧美日韩和我国都在加紧战略布局。为了加快构建清洁低碳、安全高效的能源体系,通过文献调研的方式研究了氢气在地下的生成机制及分布、氢气的人工制取及储集尤其是固体储氢等若干问题。研究结果表明:(1)氢气在地下的生成机制目前尚未明确,被认为主要与超镁铁质岩的蛇纹石化有关,此外也与水的辐射分解、断层机械摩擦等有关,氢气浓度高的气田主要分布在大陆裂谷系、火山岩广泛分布的沉积盆地等;(2)目前工业制氢主要采用甲烷气制氢和电解水制氢,而最理想的方法则应为太阳能制氢和生物制氢,但在目前的技术条件下还难以达成,实验室在一定的温度、压力条件下可以通过橄榄岩的蛇纹石化得到氢气;(3)固体储氢是通过吸附氢气或使氢气与材料反应来达到储氢目的的方式,然后通过加热或减压方式来释放氢气;(4)固态储氢密度可达相同温度、压力条件下气态储氢的1 000倍左右,能很好地解决传统储氢密度低的问题且吸放氢速度适宜,具有安全性高的优点,目前的固态储氢材料主要有碳质储氢材料、合金储氢材料和络合物储氢材料等。结论认为,氢能产业目前在我国尚处于起步阶段,技术和成本是决定制氢和储氢的关键因素;基于现状,应将氢能与可再生能源技术有机结合,以实现"灰氢"到"绿氢"的转化。     

集中式制氢技术进展及成本分析

氢能具有质量能量密度大、来源多样化、应用场景丰富、终端零排放等特点,在保障国家能源安全、应对气候变化、推动产业升级、实现高质量发展等方面具有重要意义。本文重点介绍集中式制氢的主要类型,包括天然气制氢、煤制氢、工业副产氢和电解水制氢,并分析其制氢成本。对于煤制氢和天然气制氢,技术比较成熟,全球范围内应用广泛,原料价格对成本影响较大;对于工业副产氢,现阶段最具市场竞争力;对于电解水制氢,发展潜力最大,若与可再生能源结合,生产的氢气属于“绿氢”,更符合未来绿色能源需求。     

氢能长距离输送的经济性研究

为了研究长距离输送氢能的经济性,选取两种不同输送方式进行经济性评估。一种方式是将可再生能源转化为电能,通过高压直流电力电缆传输,最终在用户端电解水制氢;另一种方式是先将可再生能源转化为氢气,再通过天然气管道将氢气输送给用户。分组对比了海上电缆、陆上电缆、海上管道、陆上管道四组传输方式,汇总数据分析传输距离、容量因数、传输容量等因素在四种传输方式中对氢的平准化度电成本（LCOE）的影响。结果表明：在4 000 km的传输距离下,通过管道输送氢能的最低平准化度电成本为7美元/kg;通过电缆输送电能再转化为氢能输送方式的最低平准化度电成本为9美元/kg。通过提高输送容量系数和传输规模可以进一步降低氢能的输送成本。     

核-壳型PEM电解水制氢阳极铱基催化剂的研究进展

基于可再生能源电力的质子交换膜(PEM)电解水制氢技术是现阶段大规模制取绿氢的有效方法之一，其具有工作效率高、制氢纯度高、电解槽及系统结构紧凑、本质安全性高、负荷波动可调节范围大、适合快速启停等优点。阳极反应是速率控制步骤，阳极催化剂的活性和稳定性以及成本是目前制约PEM电解水制氢大规模发展的重要因素之一，目前主要的阳极商业催化剂为IrO₂或Ir黑催化剂，Ir储量少且价格昂贵，因此当务之急是寻求能够同时降低催化剂成本和提高催化剂性能的有效方法。具有核 壳结构的Ir-M催化剂利用核与壳之间的电子效应和应变效应的协同调节，不仅可以降低贵金属Ir的用量，而且能显著提高催化活性，笔者综述了核-壳结构型Ir基PEM电解水制氢阳极催化剂的主要制备方法，包括胶体法(晶种生长法)、一步合成法、选择性脱合金法等，分析了反应机理，阐述了核壳结构电催化剂特用的表征方法，最后对Ir基核 壳结构催化剂的研究发展趋势做出了展望。     

“碳中和”目标下分布式制氢技术优选

氢气因其使用过程“零碳排放”,是未来“碳中和”目标下的重要能量载体,并将在交通运输行业中发挥重要作用。然而氢气的体积密度小,运输成本高,在生产和储运过程中存在二氧化碳排放。为了选择合适的制氢用氢方式,对不同氢气运输方式的经济性和能耗进行了系统分析,对不同制氢技术的二氧化碳排放量进行了计算和对比,并分析探讨了制氢过程的二氧化碳减排路径。研究结果表明：(1)分布式站内制氢可以作为降低氢气储运成本,减少二氧化碳排放的重要制氢方式.其制氢技术包括天然气转化制氢、甲醇裂解制氢、水电解制氢和氨分解制氢4种;(2)以水电解制氢和氨分解制氢为基础可开发无二氧化碳排放的制氢技术,如采用分布式风电和分布式太阳能发电配合水电解制氢,可实现制氢和加氢过程的二氧化碳零排放,以可再生能源的弃电生产“绿氨”结合氨分解制氢也可实现二氧化碳零排放;(3)分布式“绿电”需要面临风电或光伏发电选址、储能系统建设以及投资大幅增加的问题,而弃电生产“绿氨”同样面临大量稳定的电源、降低氨合成的能耗以及较大的投资问题。结论认为,以“绿电”为基础的分布式制取“绿氢”技术,是氢能应用于交通领域的发展趋势,同时,经济稳定的“绿电”生产是...     

质子交换膜燃料电池用氢气的质量控制

简要介绍了化石燃料制氢、工业副产氢、电解水制氢以及光解水和生物质等新型制氢的方法,叙述了冷凝-低温吸附、低温吸收-吸附、变压吸附、钯膜扩散、金属氢化物分离五种氢气提纯方法,对质子交换膜燃料电池用氢气所依据的相关标准进行了比较分析,指出了氢气中总硫、一氧化碳、甲醛与甲酸、总卤化物、氨气、二氧化碳、水、总烃、氧气、颗粒物、...     

政策要闻

<正>加快制订氢能源发展战略面对石化燃料能源日益枯竭的严重挑战,以及不断苛刻的环境要求,近年来世界各国纷纷把科技力量和资金转向新能源的开发上,氢能以清洁、高效、质轻等优点,受到了人们的青睐。氢作为一种二次能源,传统的制氢法主要有矿物燃料制氢和电解水制氢,目前一些新的制氢法如生物制氢、太阳能制氢、核能制氢等应运而生,,但距离商业化生产尚有距离。氢能接近商业化利用方式主要是直接燃烧、燃料电池,核聚变利用正处探讨阶段。专家认为,只要能解决氢能源的分配系统,氢能的应用就上路了,特别指出的是氢燃料电池技术将引发一场汽车技术革命。发展氢燃料电池汽车将是我国经济持续发展新的增长点。预计到2010年,我国燃料电池汽车将达到1000辆,氢气需求量将达2．5～3吨。     

甲醇水蒸气、氧气重整制氢研究进展——质子交换膜燃料电池氢源的开发

根据质子交换膜燃料电池氢源的技术要求,本文对甲醇水蒸气、氧气重整制氢现状进行了综述,对产品气的分离与净化提出了可行的路线,为氢氧质子交换膜燃料电池最终实现装车提供了保障,为能源的有效利用和环境的有效保护提供了新思路。     

甲醇水蒸气,氧气重整制氢研究进展

根据质子交换膜燃料电池氢源的技术要求,本文对甲醇水蒸气、氧气重整制氢现状进行了综述,对产品气的分离与化提出了可行的路线,为氢氧质子交换膜燃料电池最终实现装车提供了保障,为能源的有利利用和环境的有效保护提供了新思路。     

新能源制氢技术发展现状及前景分析

介绍了化学链制氢、生物质制氢、利用弃风/弃光电解水制氢、太阳能光催化分解水制氢等新型清洁能源制氢技术的研究与应用现状,对各种制氢技术的产业发展前景进行了分析。在氢燃料电池汽车产业发展过程中,化石原料制氢(包括工业副产氢气及化合物热分解制氢)仍将是制氢技术中的主流工艺路线,而生物质制氢、"绿电"电解水制氢、太阳能光催化分解水制氢等新能源制氢是化石原料制氢的重要补充,未来的氢气生产将呈现化石原料路线和可再生原料路线优势互补、多元化并存发展的格局。为推动新型清洁制氢技术的快速发展,建议我国政府应从国家层面持续做好顶层设计,对新能源制氢产业化项目给予产业政策扶持;国内科研院所应加强与企业的技术研发合作,加大开发绿色、低碳、低成本制氢技术,推动制氢技术进步和氢燃料电池汽车产业快速成长。     

基于质子交换膜燃料电池车用氢气产品质量标准GB/T 37244的探讨

目的质子交换膜燃料电池车用氢燃料是连通氢能产业上游制氢环节和下游应用场景的核心介质,针对现行产品标准GB/T 37244-2018《质子交换膜燃料电池汽车用燃料 氢气》中涉及的杂质含量限值和分析方法,对其进行研究探讨。 方法梳理国内氢燃料产品质量标准的演进历程,对比国外相关的氢气产品指标及分析方法标准,调研国内氢源现状衍生的杂质组分情况和实际分析需求现状。 结果氢燃料中关键杂质以及其他杂质的组成要求应根据实际研究结果完善限值指标。建议针对氢燃料来源多样导致引入杂质组分的不同,采用关键组分核查与型式检验、出厂检验相结合的检测方式。 结论在满足国内氢燃料质量要求和国际标准ISO 14687:2019《Hydrogen fuel quality-Product specification》的前提下修订现行的产品质量标准,完善健全氢燃料质量分析方法标准体系和溯源链条,以保证分析的准确性和提高分析效率。      

电解水制氢之提效降本

氢能作为一种绿色清洁能源，被誉为未来最有前景的替代能源之一。近年来，电解水制氢作为一种绿色制氢技术受到了广泛关注与研究，但因电解水反应阳极析氧过程受热力学限制以及动力学反应速率缓慢，导致阴极的产氢效率很低，且产物氧气的附加值不高。基于电解水制氢之提效降本目标，从高效电解水催化剂设计、海水电解制氢以及电解水制氢耦合氧化等角度综述了电解水制氢的最新研究进展，特别是分析了催化剂设计与系统设计对制氢效率的影响。最后，对电解水制氢领域现阶段存在的挑战以及未来发展方向进行了展望，期望为电解水制氢技术的发展提供借鉴。     

燃料电池汽车供氢新技术——硼氢化钠水解制氢

常温下硼氢化钠可以稳定储存在碱溶液中,当与合适的催化剂接触时每摩尔硼氢化钠水解释放出4摩尔氢气。利用这一性质,硼氢化钠可以作为质子交换膜燃料电池的氢源。本文介绍了这种制氢技术的原理和特点,及其在燃料电池汽车上的应用和研究进展。     

发展谷电制氢提高可再生能源部署能力的探讨

介绍了谷电制氢的必要性,并进行了谷电制氢的经济性分析。制氢装置可根据电网需求调节负荷,提高可再生能源部署能力,同时保障国家能源安全,并有效减排二氧化碳。所制氢气可用于氢气储能,注入天然气作为燃料气,用于炼油厂油品精制或炼钢,以及用于燃料电池汽车等。谷电制氢具有一定的经济性。应加大低成本、高能效电解槽的研发投入,开展管道掺氢输送的相关研究,以及可再生能源制氢在炼化企业应用的方案研究。     

电解水钌基酸性析氧催化剂的研究进展

质子交换膜电解水(PEMWE)可以与可再生能源产生的绿电耦合,高效制备高纯度绿氢。其中,阳极的酸性析氧反应(OER)由于其缓慢的动力学过程、高氧化性和腐蚀性,仍是影响整体电解水效率的瓶颈。目前,阳极催化剂极度依赖资源有限且价格高昂的铱基催化剂,极大限制了质子交换膜(PEM)电解槽的大规模商业化应用。钌作为最廉价的铂族金属,具有优良的酸性析氧活性,但稳定性仍然需要进一步研究,因而迫切需要开发新型的钌基酸性析氧催化剂。首先,综述了酸性OER的微观反应机理及其稳定性分析;然后,从组成/结构-活性-稳定性等方面重点介绍了该领域的研究进展;最后,总结了该领域在未来的研究中需要重点关注的一些重要问题,以促进对钌基酸性析氧催化剂的进一步研究。