綠氫

楊春蓉

摘要：氫能作為一種熱值高、能量密度大、來(lái)源多樣的清潔高效二次能源，被譽(yù)為21世紀(jì)的“終極能源”。為實(shí)現(xiàn)2030年碳達(dá)峰、2060年碳中和的目標(biāo)，大力發(fā)展我國(guó)綠氫產(chǎn)業(yè)化，是時(shí)代熱點(diǎn)。本文對(duì)綠氫的發(fā)展、項(xiàng)目進(jìn)行分析，并為未來(lái)的發(fā)展做出一個(gè)展望。

關(guān)鍵詞：綠氫，能源，制氫

一：氫能源時(shí)代

1：氫能源的世界性發(fā)展：

氫能被譽(yù)為21世紀(jì)的“終極能源”。在未來(lái)氫能應(yīng)用中，工業(yè)領(lǐng)域是第一位的，其次就是交通。氫燃料汽車的前景十分廣闊。

2：氫能制取技術(shù)：

氫能無(wú)法直接從自然界中獲取，必須通過(guò)制備得到。目前制氫主要是通過(guò)煤炭、天然氣等傳統(tǒng)能源制氫，這種制氫模式卻存在高碳排的問(wèn)題，這種氫能源不能成為綠氫。而光伏、風(fēng)電等可再生能源制備綠氫，能夠解決傳統(tǒng)能源制氫的高碳排問(wèn)題。

2.1：氫能分類

從氫能制取工藝的碳排放量劃分，氫能分為灰氫，藍(lán)氫，綠氫3類。灰氫的溫室氣體排放量極高，不能減碳。而利用化石燃料制造，結(jié)合碳捕捉技術(shù)的“藍(lán)氫”，相比于“灰氫”，是降低碳排理念上的進(jìn)步，其作為一種能源策略，只有在無(wú)限期地儲(chǔ)存二氧化碳，并且確保其不泄漏回大氣的情況下才起作用。氫能源必須從灰氫到藍(lán)氫，再到綠氫的不斷發(fā)展，從生產(chǎn)源頭上解決碳排的“綠氫”，才是通向凈零排放的核心路徑。可再生能源制備綠氫，才能解決傳統(tǒng)能源制氫的高碳排放問(wèn)題。

2.2：制氫技術(shù)分類：

氫的制取主要有三種較為成熟的技術(shù)路線：一是以煤炭、天然氣為代表的化石能源重整制氫;二是以焦?fàn)t煤氣、氯堿尾氣、丙烷脫氫為代表的工業(yè)副產(chǎn)氣制氫;三是電解水制氫。前兩種技術(shù)是灰氫，藍(lán)氫制取工藝。而電解水制氫技術(shù)是未來(lái)最有潛力的制氫技術(shù)。

2.3 水電解制氫：

電解水制氫技術(shù)主要分為：堿性水電解槽（ALK）、質(zhì)子交換膜水電解槽（PEM）。由于堿性電解技術(shù)成熟且制氫量大，適合吉瓦級(jí)綠氫項(xiàng)目。PEM技術(shù)靈活迅速，在兆瓦級(jí)項(xiàng)目中多有應(yīng)用，未來(lái)隨著技術(shù)突破和降本將有望提升規(guī)模。

2.4綠氫技術(shù)：

綠氫技術(shù)是依托堿性電解槽和光伏發(fā)電制備，因其真正意義的清潔性而備受行業(yè)重視。隨著光伏發(fā)電及電解槽成本的下降，綠氫未來(lái)有望成為一個(gè)帶動(dòng)當(dāng)?shù)匕l(fā)展、創(chuàng)造新型就業(yè)的規(guī)模產(chǎn)業(yè)，并在長(zhǎng)遠(yuǎn)的未來(lái)逐步取代石油等化石燃料，重塑全球進(jìn)出口供需關(guān)系格局。

2.5目前綠氫技術(shù)發(fā)展具有的條件

一是電的低成本。目前光伏發(fā)電成本持續(xù)降低，已經(jīng)成為全球最經(jīng)濟(jì)的清潔能源，這為光伏發(fā)電電解水制氫解決了成本難題;二是零碳排。電解水制氫是一個(gè)高耗能的過(guò)程，在我國(guó)電力結(jié)構(gòu)中，煤電是主要的發(fā)電形式，如果用電網(wǎng)的電來(lái)電解水制氫，每制1KG氫氣就會(huì)排放40KG左右的二氧化碳，遠(yuǎn)大于煤制氫的排放強(qiáng)度。如果用光伏發(fā)電來(lái)電解水制氫，就沒(méi)有碳排放的壓力。

3：氫能成本控制

3.1 氫氣成本：

目前，灰氫，藍(lán)氫最主要的來(lái)源是煤制氫和天然氣制氫。煤制氫的成本區(qū)間大概在0.4元到0.8元每標(biāo)方;天然氣制氫的成本區(qū)間是1元到1.5元每標(biāo)方。綠氫氣成本2.6～3.6元每標(biāo)方（電價(jià)按0.4～0.55元/kwh）。目前綠氫還無(wú)法與傳統(tǒng)制氫競(jìng)爭(zhēng)，還需要進(jìn)一步降低制氫成本。

二：我國(guó)綠氫的發(fā)展和機(jī)遇

實(shí)現(xiàn)中國(guó)碳中和目標(biāo)，大體上需要136萬(wàn)億人民幣投入，這將是一個(gè)巨大的市場(chǎng)。但我國(guó)綠氫產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用仍處于發(fā)展初期，如何破局，如何降低成本是擺在眼下的問(wèn)題。需出臺(tái)圍繞綠氫成本降本的政策，第一要從土地、租金、貸款等因素著手，充分降低光伏制氫的非技術(shù)成本;第二在綠電制氫的過(guò)程當(dāng)中，不再收取過(guò)網(wǎng)費(fèi)、稅費(fèi)等費(fèi)用。這兩點(diǎn)對(duì)綠氫的發(fā)展以及成本的降低，都會(huì)有十分大的幫助。

三：綠氫的實(shí)施

綠氫廠房的建設(shè)，是綠氫落地實(shí)施的硬件條件，筆者作為設(shè)計(jì)院，跟大家分享一個(gè)綠氫廠區(qū)方案。

3.1 概述

該項(xiàng)目共7個(gè)制氫廠房，1個(gè)增壓廠房，2個(gè)動(dòng)力廠房，室外儲(chǔ)氫區(qū)域，1個(gè)220KV站，以及辦公樓。制氫設(shè)備實(shí)際每小時(shí)總產(chǎn)量為130000Nm3/h，每天總產(chǎn)量為57噸/天。

3.2電解水制氫技術(shù)方案

3.2.1電解水整體系統(tǒng)工藝流程及反應(yīng)

電解水制氫設(shè)備流程方案示意圖：

氫氣純化系統(tǒng)流程方案示意圖：

3.3堿性電解水制氫系統(tǒng)構(gòu)成

堿性電解水制氫系統(tǒng)構(gòu)成如下圖所示，主要構(gòu)成為氫氧系統(tǒng)、堿性循環(huán)系統(tǒng)、補(bǔ)水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)等。

四 總結(jié)

我國(guó)順應(yīng)全球環(huán)保形勢(shì)，提出的碳達(dá)標(biāo)，碳中和的目標(biāo)，必將大大刺激綠氫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，大量的綠氫廠房建設(shè)，是設(shè)計(jì)院未來(lái)的業(yè)務(wù)主體，豐富自己的知識(shí)，為未來(lái)?yè)屨际袌?chǎng)做好準(zhǔn)備吧。

參考文獻(xiàn)：

[1]毛宗強(qiáng)，毛志明，余皓，等。制氫工藝與技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2018

[2]曹湘洪.氫能開(kāi)發(fā)與利用中的關(guān)鍵問(wèn)題[J].石油煉制與化工，2017，48（9）：1-6.