我国电氢协同发展问题、不同模式经济性分析与政策建议

氢能是新型能源体系中电能大规模长周期存储和远距离输送的重要载体,将氢能融入电力系统为大规模可再生能源电力消纳利用提供了新的解决方案。当前电氢协同仍然存在电解水制氢成本高、资源与需求不匹配、基础设施不完善、体制机制不适应等问题。为此,本文重点从生产、储运两个环节分析了不同电氢协同典型模式的经济性,研究发现电氢协同系统在降低绿氢生产成本、可再生能源远距离输送,以及电力系统大规模储能等方面具有一定优势。基于上述研究结论,本文进一步探讨了近、中、远期电氢协同的发展前景,并从战略规划、关键技术、体制机制等层面,提出了推动电氢协同的政策建议。     

加快氢能发展 助力京津冀蓝天保卫战

氢作为一种来源广泛、清洁无碳、灵活高效、应用场景丰富的二次能源,是推动传统化石能源清洁高效利用和支撑可再生能源大规模发展的理想互联媒介,也是实现交通运输、工业和建筑等领域大规模深度脱碳的最佳选择。随着全球氢能发展步入新一轮机遇期,国家引领、企业合作、产业协同已成为世界氢能发展的大趋势。新时代我国氢能产业要担负起引领产业转型升级和生态文明建设的双重使命。通过在京津冀地区开展氢能综合利用示范,打造氢气制取、储输、燃料电池全产业链体系,逐步培育氢能消费市场,有助于区域生态文明建设和优化经济结构,实现能源供给和消费革命。     

绿氢制备经济性趋势分析

氢能被认为是未来能源系统的重要组成部分,只有通过可再生能源电力制备的绿氢才是清洁的能源产品。在绿氢替代传统化石燃料制氢的过程中,经济性是重要的制约因素。在分析预测可再生能源发电成本和绿电获取成本的基础上,分别计算使用电网绿电连续制备绿氢和使用可再生能源发电间歇制氢的成本,结合氢气储运场景,研究绿氢制备经济性的发展趋势。研究结果表明,采用电网绿电配合碱性电解槽连续制备绿氢,是当前最经济可靠的绿氢制备方式。如采用专用绿电制氢,2030年前陆上风电+碱性电解槽制氢成本最低,专用光伏发电+碱性电解槽制氢将在2030年后成为经济性最好的专用绿电制氢方式,而专用光伏发电+PEM电解槽制氢的成本始终最高。采用专用陆上风电和光伏+碱性电解槽制备氢气的经济性,在2025年后将超越天然气制氢+CCS,在2040年后会逐步超越煤制氢+CCS。电力成本是驱动未来绿氢制备成本下降的主要因素,电解槽成本下降对绿氢成本下降影响较小。建议要加强先进绿电制氢技术研发,拓宽可再生能源发电终端消纳的途径;同时要加强对国际绿氢制备前沿技术的跟踪。     

氢电耦合在高弹性电网中的应用场景及投资收益分析

氢能作为一种清洁的可再生能源,对世界经济的可持续发展具有重要的战略意义。制氢和燃料电池技术是实现氢能和电能相互转换的关键技术,我国已将氢能和燃料电池列为战略性能源技术,大型的能源电力企业也正在推动氢能和燃料电池技术的应用和发展。将氢能和电能联系在一起,介绍了氢电耦合在高弹性电网中的可应用场景,并从多模式、多场景进行投资收益分析,阐述了氢能推广的商业价值及未来的应用前景。     

中国规模化氢能供应链的经济性分析

    目的   文章研究规模化氢能供应链的经济性,未来十年,氢能作为战略能源将会重构社会的能源结构,并影响未来社会能源总成本。预测大规模氢能时代的制氢、储氢、输氢、分销、应用的成本,和市场化的趋势有着重要的意义。氢气由于高储运成本,用途、品质的多样性,氢气市场存在分层结构。分析氢能与常规能源的可比价格,提出原油当量价格(POE)的概念,预测未来氢能价格的合理区间。解决供应链问题是获得低成本氢能的关键,由此提出干线门站模式,解决绿氢的资源分布与长距离输送氢能的问题。    方法   利用平准化氢气成本(LCOH)分析模型,测算大型光伏制氢管道输氢LCOH,分析大规模可再生能源制氢输氢的经济性。利用氢能供应链的储、输、卸六个象限成本公式,分析气氢、液氢、固氢、有机氢、管道氢等不同储运技术,短距离氢储运成本,分析门站后输氢的场景和成本,预测短距离输氢的成本趋势。    结果   研究表明:我国有丰富的绿氢资源,随着投资下降,预计大规模绿氢管道输送的城市门站LCOH将低于2.0 RMB/Nm3,将成为未来主要的氢源。当前,氢储运技术气氢、液氢、甲醇、合成氨、有机氢、固氢、管道氢,随着规模的增加实现远距离输送。在现有的技术下,城市门站到终端的输送,氢短距输送（<100 km）测算成本都在1.2 RMB/Nm3以下,由此评估的氢能供应链的总成本,干线门站模式下氢能最终到达终端的价格约为3.2 RMB/Nm3,当量价格POE与汽油价格接近,考虑燃料电池的能效因素,氢能汽车在4.0 RMB/Nm3的氢价下,具有比汽油车更低的百公里燃料费用。    结论   因此,氢能作为战略能源,在无补贴的情况下实现中国氢能源的绿氢替代,在技术经济上是可行的。     

"双碳"目标下我国低碳清洁氢能进展与展望

2020年是氢能发展加速之年.中国国家主席习近平在第75届联合国大会期间提出,中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和.应对气候变化的脱碳愿景逐步成为氢能大规模部署的最重要驱动力.但我国目前在碳中和战略下氢能产业发展目标和路径尚不明确,本文应用情景分析方法和长期能源替代规划(LEAP)模型的计算,对我国交通、工业、建筑与发电等领域的氢能进行需求分析测算,研究结果表明,为实现2060年碳中和目标,我国氢气的年需求量将从目前的3342万吨增加至1.3亿吨左右,在终端能源体系中占比达20％.随着深度脱碳需求的增加和低碳清洁氢经济性的提升,氢能在工业、交通、建筑与发电等领域逐步渗透,氢能供给结构从化石能源为主的非低碳氢逐步过渡到以可再生能源为主的清洁氢,并将提供80％氢能需求.2060年,低碳清洁氢供氢体系二氧化碳减排量约17亿吨/年,约占当前我国能源活动二氧化碳总排放量的17％.     

浅谈可再生能源转化为氨氢能源体系的耦合性

在国家“双碳”目标下,正引发新一轮的能源革命,大力发展清洁能源、优化能源结构是实现“碳中和”的普遍做法。可再生能源因固有的随机性等特性,导致“弃风、弃光、弃水”较多。氢储能需要结合可行性的媒介,可大规模存储可再生能源,建立可再生能源转化为氨氢能源体系,不但有利于解决传统合成氨工业高能耗、高排放的问题,还为可再生能源的存储和消纳提供新途径,同时解决氢能产业“氢荒”的困境。目前国际上认为,氨为氢载体的氨氢能源体系用于解决储能问题,是一种具有发展前景的未来能源系统,可以与可再生能源体系耦合。     

太阳能制氢技术

氢能是一种高效、无污染的新能源，利用可再生能源制氢是开发氢能源的有效途径。文章总结了国内外目前利用太阳能制氢技术的发展现状，介绍了利用光伏系统转化的电能电解水制氢和利用太阳能的热化学反应循环制氢2种清洁无污染的制氢工艺。     

氢储能调峰站发展路径探索研究

氢储能是解决可再生能源消纳和缓解峰谷电差的有效方式之一,通过电转氢技术可以实现规模化、长期、广域的储能。借助我国电网基建优势,谷电时段将可再生能源丰富地区电能输送到高纯氢需求中心,在用户端电解制氢,提高输电通道利用率,解决氢气远距离运输成本、安全等关键问题。本文介绍了氢储能现状,给出了氢储能调峰站典型设计方案,分析了在高纯氢需求中心建设氢储能调峰站的技术和经济可行性。同时提出氢储能调峰站潜在的风险与挑战,并给出发展建议。     

关于电力企业发展氢能产业的建议

发展氢能业务已成为国内外能源公司清洁低碳发展的共识.通过分析发现,以可再生能源电力电解制氢为核心的电转气模式和以燃料电池发电为核心的气转电模式,是国内外电力企业在氢能产业上布局的重点.电解水制氢技术是电转气系统的关键,目前电解水制氢的平均投资成本和氢气成本明显高于传统的甲烷重整制氢和煤制氢,随着技术的进步、可再生能源发...     

可再生能源发电制绿氢和氢能储运技术现状与发展分析

氢能已纳入我国能源发展战略。绿氢作为一种绿色二次能源,能够助推实现“双碳”目标。氢气制备和储运是氢能产业链的关键环节。重点阐述了电解水制绿氢和氢能储运的技术类型与发展现状,并对其应用前景和发展趋势进行了分析;提出氢气生产成本和储运方式是限制氢大规模部署的主要技术瓶颈;最后为传统电力企业进入绿氢制备和储运产业提供了一些思考和建议。     

双碳背景下氢能产业发展及混氢输送工艺研究

氢能由于具有清洁、绿色、安全性高等特点,正成为我国能源结构转型升级的新方向。天然气管道掺氢输送对于加快我国构建清洁绿色,安全高效的能源体系,实现“碳达峰、碳中和”能源战略目标具有十分重要的意义。首先阐述了氢能在实现双碳目标中的作用,既可以减少化石能源的消耗,又可以促进终端能源消耗的绿色化发展。其次,总结了天然气掺氢产业发展现状,天然气掺氢输送作为氢能发展的重要环节,需要从上游制氢到下游终端利用全产业链技术的支持。最后,从燃气的互换性、设备与管道的适应性以及泄漏的安全性等方面对混氢输送工艺关键问题进行了分析。研究建议从管材氢脆腐蚀机理、储气设备泄漏危险分析、掺氢输送标准体系建设等方面继续深入研究,以期为双碳目标的实现提供有力的技术支持。     

张家口市氢能发展实践及思考

张家口市是我国氢能产业发展的领先城市之一,在绿氢的制储运加和燃料电池汽车示范应用上积累了丰富的实践经验。张家口市制定并出台了14项氢能政策,初步形成了氢能全产业链条发展格局;通过“四方协作机制”和“自发自用、余量上网、免收容量费”政策,使绿氢企业获得低价电力,实现低成本制氢;初步建成22t/d绿氢生产基地,在冬奥会上供应绿氢195t;率先在高寒地区开展燃料电池客车示范,并在冬奥会上完成了大规模车辆示范。在取得成功经验的同时,也面临诸多问题：由于绿氢电价优惠政策取消或到期,电价上涨导致网电制氢和风电制氢生产总成本分别高达62.8元/kg和39.5元/kg;氢气运输效率低、成本高;燃料电池车辆总拥有成本高;下游需求小,难以消纳绿氢产能。建议尽快从国家层面完善绿氢电价机制、制定绿氢财税支持政策,降低绿氢成本;多种举措并举,多渠道破解燃料电池车辆成本难题;尽快推动50MPa长管拖车研制及商业化,提升氢气储运效率;探索工业、建筑、储能及发电等领域规模用氢模式和绿氢消纳途径,形成一批可复制可推广的标杆应用场景。     

F级重型燃气轮机燃烧器天然气掺氢全压试验研究

"碳中和"已成为当今世界绿色发展的关键词,而氢能具有零碳排放的优势,其承担着减少碳排放的重要任务,也成为全球最具发展潜力的清洁能源.因此,氢气和燃气轮机的组合成为支撑绿色能源发展的大势所趋,也是全球使用可再生能源实现无碳-氢能社会的关键动力之一.本文通过全温、全压、全流量试验研究分析了天然气掺氢比例对F级重型燃气轮机燃...     

碳中和目标下可再生能源匮乏型国家电力发展研究——以新加坡为例

随着全球120多个国家陆续宣布碳中和目标,可再生能源资源不足地区、国家如何实现碳中和成为研究的焦点。新加坡可再生能源匮乏,如何在应对气候变化的同时满足国内能源需求,促进可持续发展一直是新加坡的重要课题之一。新加坡电力需求分布在居民、商业、交通和工业四大部门,通过历史数据分析各部门能源需求的变化规律,以碳中和为目标,2050年能源需求为约束,提出新加坡各部门的能源转型方向,并据此预测碳中和目标下新加坡电力需求。再通过模型分析新加坡2050年电力供应方式,规划结果显示,新加坡电力供应方式将从气电为主转变为太阳能、生物质和氢能等可再生能源为主。但由于新加坡可再生资源潜力不足,电力和氢能均需进口,以中国—新加坡和澳大利亚—新加坡为例,对陆上远距离输电、跨海远距离输电和海运输氢经济性进行对比分析,计算结果表明全球能源互联网框架下的陆上远距离输电经济性最优,度电成本为8.8美分/kWh;进口液氢就地发电其次,成本为15美分/kWh;海上远距离电力进口成本最高,达17美分/kWh。     

常州市绿氢新能源产业发展研究

在“双碳”目标推动下,绿氢已成为实现能源低碳发展的重要方式。常州市目前已初步建立新能源产业的闭环,要切合新能源发展趋势,需要超前布局新能源绿氢产业。为此常州市已出台系列政策措施,建设氢能基础设施,推进常州氢能产业平台建设,建设“常州氢湾”,形成优势绿氢产业链,拓展绿氢应用场景。但也存在核心技术短板、绿氢产业投入不足、产业链协同不高等问题,文章针对当前存在的问题,提出系列推进常州绿氢新能源产业可持续发展的建议。     

绿氢-绿氨工艺流程的多稳态模拟和动态响应

绿氢-绿氨工艺是指利用可再生能源发电、电解水制氢得到的氢气为原料合成氨的工艺流程,其具有受天气条件影响、负荷波动大、工段间耦合性强的特点。为研究绿氢-绿氨工艺流程中发输变电、电解水制氢、储氢、电化学储能、合成氨等工段之间的系统集成和协同调度方案,利用新一代流程模拟软件AVEVA Process Simulation建立了稳态-动态双模式通用型绿氢-绿氨全流程工艺模型,并通过多稳态模拟的手段分析了系统对天气变化的动态响应。结果表明,合理设计和调度储氢和储能单元不仅可以显著稳定化工生产、合理消纳可再生电力,还能稳定网电补充,提高整体经济效益。     

可再生能源制氢综合能源管理平台研究

  目的  氢能是一种绿色高效的清洁能源,可以通过多种方式转化为电能、热能等加以利用。可再生能源制氢是实现碳达峰、碳中和目标的重要支撑。可再生能源制氢属于新型项目,是电力行业与化工行业的结合,系统间耦合性不强,提高能源综合利用率是可再生能源制氢的研究重点。  方法  文章介绍了当前主要的制氢工艺,对比了灰氢、蓝氢和绿氢的主要特点,阐述了风电及光伏制氢的主要系统,并提出了通过构建综合能源管理平台对可再生能源制氢各系统进行统筹管控的思路。  结果  在综合能源管理平台制定控制策略可以平衡功率,实现最优调度从而减少弃风弃光,而且还可以降低单位制氢成本。  结论  综合能源管理平台可以提高可再生能源制氢的能源综合利用率,对可再生能源制氢项目的推广起到支撑的作用,为可再生能源制氢领域的研究人员提供了重要的参考借鉴     

双碳目标下中国绿氢合成氨发展基础与路线北大核心CSCD

推动全社会绿色发展,实现碳达峰、碳中和,是产业结构调整的强大动力,也为产业结构优化升级提供了重大战略机遇。本文梳理氢能与氨的全球产销量及应用领域相关数据,总结我国发展可再生能源绿氢合成氨产业的重要意义,从能源基础、关键技术、地域分布等方面,提炼我国已具备发展绿氢合成氨产业的基础条件,分析技术路线、存在问题、技术发展趋势、不同应用场景的竞争力及绿氢合成氨的经济性。研究了中国绿氢合成氨产业上位规划与发展趋势,针对体制保障与政策提出相关建议,为制定可再生能源绿氢合成氨产业的规划与政策提供支撑。研究表明:我国已具备发展绿氢合成氨产业的基础条件,应尽快制定详细的绿氢合成氨产业发展实施路线图。论文提出我国绿氢合成氨产业分三步走,第一阶段(当前—2025年)主要任务为完善政策规划,提升技术水平,先行示范为主,第二阶段(2025—2030年)主要任务为规模化推广,多领域支撑,多元化应用;第三阶段(2035—2050年)主要任务为推动产业格局重塑,助力实现双碳目标。     

基于“碳中和”的氢能应用场景与发展趋势展望

氢能是可再生二次能源,具有无碳无毒、单位质量能量密度高及来源丰富等特点。中国是全球最大的能源生产国和消费国,为了应对气候变暖,减少温室气体排放,实现2060年"碳中和"目标,氢能是很好的无碳能源载体。基于"碳中和"情景,提出"零碳排放"模式下的氢能物质能量转换流程。本文通过制氢、储运、终端应用三个环节,结合储能、燃料电池、氢气内燃机、长距离输送、加氢站、发电和建筑用能七个应用场景,对氢能未来的发展趋势进行了展望。研究发现,氢能的应用存在技术或成本方面的不足。展望2060年,电能是中国能源体系构架的核心能源,氢能是有益的补充能源,建议从技术创新和成本平价两方面入手,实现基于"碳中和"的氢能应用场景。