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揭密:為何能源轉型的五個挑戰都和氫相關

 更新時間:2024-04-12    點擊量:15
向低碳經濟轉型需要模式轉變(見頁尾附件一),需要大規模投資。未來的挑戰來自五個方面——僅有氫能可以在成功克服所有這些挑戰中發揮作用(見下圖所示 )。


圖片
圖例說(shuo)明(ming):氫作為能源(yuan)載體,需要克服能源(yuan)轉(zhuan)型的挑戰(zhan)


1、在電力部門增加可再生能源使用比例將加劇供需失衡。


利用間歇性可再生能源發電和不斷增加的電力需求將使電力系統達到極限。電網容量、間歇性以及低碳能源季節性(數周至數月)儲存和備用發電能力的應用將是需要應對的挑戰。
氫能有助于優化可再生能源的電力系統,促進可再生能源比例的進一步提高。電解水制氫利用(過剩的或主動增加的再生能源裝機)電力供應生產氫氣,并能在其他部門(交通、工業、住宅供熱)對其進行利用,或將其儲存起來供未來重新發電使用。氫有可能提高可再生能源投資的經濟效益,加強電力供應的安全性,并作為一種無碳的能源季節性儲存手段,在可再生能源產量低而能源需求高時供應能源。


2、為確保供應安全,全球和地方能源基礎設施需要(yao)進行重(zhong)大轉型(xing)。

目前,全球約有(you) 30% 的(de)(de)一(yi)(yi)次能(neng)源(yuan)(yuan)供(gong)(gong)應(ying)(ying)是跨(kua)境(jing)交易,包括各(ge)種(zhong)能(neng)源(yuan)(yuan)載體(ti)(石油、天然氣、煤(mei)炭和電力)。由于世(shi)界(jie)各(ge)地區可再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)(yuan)的(de)(de)生(sheng)產潛(qian)力差異巨(ju)大,加上電力的(de)(de) "可儲存性 "有(you)限,能(neng)源(yuan)(yuan)交易的(de)(de)需求將持(chi)續存在。一(yi)(yi)個正常(chang)運轉的(de)(de)跨(kua)境(jing)能(neng)源(yuan)(yuan)基礎(chu)設(she)施對于確保能(neng)源(yuan)(yuan)供(gong)(gong)應(ying)(ying)安全至(zhi)關重要(yao)。一(yi)(yi)個國家內(nei)的(de)(de)地區或(huo)城市層(ceng)面(mian)也將發生(sheng)變化:集(ji)中和分散能(neng)源(yuan)(yuan)供(gong)(gong)應(ying)(ying)的(de)(de)新組合將出現,從而(er)擴大了對調整能(neng)源(yuan)(yuan)基礎(chu)設(she)施的(de)(de)需求。

氫能可提供成本(ben)效益高的(de)清潔(jie)能源基礎(chu)設(she)施,有助(zhu)于地(di)方和(he)(he)國家層面的(de)供應安全。通過(guo)運(yun)輸(shu)、管道輸(shu)送或卡車運(yun)輸(shu),氫氣可以在城市和(he)(he)地(di)區之(zhi)間有效地(di)(重新)分配能源。

3、化石燃料對能源系統的緩沖作用將不再足以確保系統的平穩運行。

緩沖能力通過保持約占世界年度能源需求總量 15%的儲(chu)備來確保能源系統的平穩運行(xing)。這種(zhong)緩沖能力可以(yi)吸收(shou)供(gong)(gong)應(ying)鏈的沖擊(ji),在國家層(ceng)面提(ti)(ti)供(gong)(gong)戰略儲(chu)備,并(bing)預測供(gong)(gong)需失衡。目前,化石能源載(zai)體(ti)提(ti)(ti)供(gong)(gong)了大部分的儲(chu)存能力。隨著(zhu)電氣化程度的提(ti)(ti)高,這些儲(chu)備將不再足(zu)以(yi)確保為所有終端用(yong)戶(hu)提(ti)(ti)供(gong)(gong)穩定的能源供(gong)(gong)應(ying)。

4、一些能源終端用途很難通過電網或蓄電池實現電氣化,特別是在交通領域,但在其他領域也是如此。

在(zai)許多領域,即(ji)使二(er)氧化(hua)碳(tan)排(pai)放對應的(de)價格非常高,但(dan)直接(jie)電氣化(hua)在(zai)技術上仍然具有挑戰性(xing)(xing)或不經濟性(xing)(xing)。這不僅適用于重(zhong)型(xing)運(yun)輸(shu)(shu)、非電氣化(hua)火車(che)、海外運(yun)輸(shu)(shu)和航空運(yun)輸(shu)(shu),也適用于一(yi)些能源密集型(xing)產(chan)業。在(zai)其他領域,例如(ru)輕型(xing)汽車(che),直接(jie)電氣化(hua)雖然在(zai)技術上是(shi)可行(xing)的(de),但(dan)并不總能滿足續航里程和充電便利性(xing)(xing)方面(mian)的(de)性(xing)(xing)能要求。這些許多(即使不是所有)部門中,技術和/或經濟上的障礙阻礙了直接電氣化,氫氣提供了一個可行的解決方案。


5、可再生能源(yuan)無法取(qu)代(石(shi)油)化(hua)工行(xing)業的(de)所有化(hua)石(shi)原料(liao),但能提供(gong)一部分(fen)氫的(de)來(lai)源(yuan)。


用(yong)(yong)于(yu)生(sheng)產(chan)塑料(liao)等(deng)的(de)化(hua)石燃料(liao)在(zai)焚化(hua)爐中燃燒時,會在(zai)其(qi)生(sheng)命周期結束時產(chan)生(sheng)(碳(tan)(tan))排(pai)放(fang)(fang)。這些(xie)延遲排(pai)放(fang)(fang)也需(xu)要(yao)去碳(tan)(tan)化(hua)。將氫(qing)(qing)氣(qi)(qi)與捕獲的(de)碳(tan)(tan)結合(he)可產(chan)生(sheng)碳(tan)(tan)氫(qing)(qing)化(hua)合(he)物(wu),作為(wei)化(hua)工(gong)原料(liao)對(dui)石油和天然氣(qi)(qi)進行補充。因此,氫(qing)(qing)還有(you)(you)助(zhu)于(yu)將碳(tan)(tan)捕集(ji)與利用(yong)(yong)付諸實踐,并使水泥行業等(deng)其(qi)他碳(tan)(tan)密集(ji)型行業實現脫碳(tan)(tan)。另外化(hua)學(xue)工(gong)業工(gong)程中有(you)(you)許多工(gong)藝直接使用(yong)(yong)氫(qing)(qing)氣(qi)(qi),目前主要(yao)來自于(yu)天然氣(qi)(qi)或者煤,基于(yu)再生(sheng)能源制取的(de)氫(qing)(qing)也可以(yi)對(dui)這部(bu)分灰藍氫(qing)(qing)進行置換,進一(yi)步(bu)降低碳(tan)(tan)排(pai)放(fang)(fang)。

綜上所述,氫氣的特別性質使其成為克服能源系統所面臨挑戰的一種有前景的解決方案。如果在電解過程中使用可再生電力,在蒸汽甲烷重整(SMR)過程中使用生物甲烷,或者在蒸汽甲烷重整過程中配備 CCS/CCU 設備,就可以在不產生任何碳足跡的情況下生產氫氣。氫氣的特性使其能夠發電和/或供熱(通過燃料電池、熱電聯產裝置 (CHP)、燃燒器或改進型燃氣輪機)。氫氣的化學特性還使其可用作化學工藝的原料,包括生產氨和甲醇。氫燃燒不排放 SOx 或其他顆粒物,只排放有限的 NOx。在燃料電池中,例如在汽車中,氫的使用不會產生任何排放物,噪音也比傳統發動機小。儲存在儲氫罐中的氫氣比同等體積的電池更輕,含有更多的能量(也就是能量密度高),在能源儲存和分配方面具有明顯的優勢。(有關氫的更多信息,請參閱附件二 ——氫的基本要素)。

附件一:

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附件二:


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來源:氫眼所見

注:已獲得轉載權

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