分享丨聚焦氢能源经济

jiudao

2018-04-27    浏览量:6


氢能作为一种重要的二次能源越来越受到世界各国及各大石油公司的关注。当前美国、日本、德国等发达国家均制订了相关政策扶持氢经济发展,壳牌、BP等大型石油公司积极介入氢经济产业链,中国也明确了未来氢能发展的目标并出台了相关政策和补贴措施。我国石化企业可利用自身在原料获取、生产技术、储运技术、终端消费等方面具备的优势提前在氢经济产业链布局,占领战略制高点。

 

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你了解氢能吗?

 

美国宾夕法尼亚大学的J. O’M. Bockris教授于1972年在通用汽车技术中心首次提出了氢经济的概念,但是由于相关技术还不成熟,氢经济仍处于设想阶段。

 

进入21世纪以来,随着排放要求的提升、储氢技术的发展、燃料电池技术的进步,氢经济逐渐进入人们的视野。

 

氢气作为能源具备热值高、反应速度快、可通过多种反应途径制得、能以气态或液态储存、释放能量后的产物是水等优点。另外氢是可再生能源的高效载体,未来可作为重要的二次能源,在交通运输领域其潜力更加巨大

 

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中国是世界最大的氢气生产国和消费国2016年中国氢气产量约为1850万吨,预计20162019年年均增长率为3.9%

 

与世界其他国家的情况不同,煤炭是中国氢气生产的主要原料,中国氢气生产中煤制氢占61.7%,天然气制氢占18.7%,其他原料制氢(包括炼厂干气、焦炉煤气、甲醇、电解水等副产品)约占19.6%

 

2016年中国氢气消费量与产量相当,居世界首位,其中90%以上用于合成氨、合成甲醇和石油炼制加氢,未来氢气的消费将持续增长。

 

截至2017年,全球已建成277座加氢站,中国建成投运的加氢站仅有5座。根据现有规划,预计到2020中国将建成20座加氢站,数量仍然较少,且分布分散无法形成网络。

 

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世界各国氢能产业

1美国

进入21世纪后大力推进在氢能领域的投入,2002年美国能源部(DOE)发布国家氢能发展路线图,标志着美国氢经济概念开始由设想阶段转入行动阶段。2004年美国能源部发布氢立场计划,确认了美国氢经济发展要经过研发示范、市场转化、基础建设和市场扩张以及完成向氢能经济转化四个阶段。

 

为实现上述目标,2004年至今美国能源部持续开展了氢能与燃料电池项目计划,截至2017年初,该计划资助项目累计已经完成30项技术的商业化应用,申请580项专利,预计未来35年还将有60余项技术投入应用。

 

2016财年氢能与燃料电池项目计划共获得国会拨款1.49亿美元。201778日,美国能源部宣布将继续在30个氢能和燃料电池项目投入1580万美元支持相关技术的研究。

 

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2欧洲

国家在氢能领域也给予了大量政策支持,20世纪末制订了2005年欧洲氢能研发与示范战略,其核心目标是到2005年降低燃料电池的成本。2003年欧盟25国开展了欧洲研究区项目,其中包括了欧洲氢能和燃料电池技术平台,目标是确认燃料电池和氢能技术发展的关键性领域并进行重点攻关。

 

欧洲Hydrogen Mobility EuropeH2ME)项目组于2015年和2016年分别启动了H2ME 1计划和H2ME 2计划,目标是在欧洲地区对氢燃料汽车的可行性及竞争性进行评价分析,两个计划共计投资1.7亿欧元,未来5年将建设49座加氢站,为用户提供1400辆氢燃料汽车。欧洲加氢站建设主要集中于德国,截至2017年德国已建成37座加氢站,仅次于日本和美国。

 

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3日本

目前正在极力推进氢能源社会的建设,计划在2020年举行的东京奥运会上全面利用氢能源以满足奥运村需求。20135月,安倍晋三政府推出的《日本再复兴战略》中把发展氢能上升为国策,明确政府将大力普及家庭和工业用燃料电池。

 

2016年日本氢和燃料电池战略协议会发布了调整后的日本氢和燃料电池战略路线图,确定了发展的三个阶段:第一阶段是由现在至2025年,实现大规模使用燃料电池;第二阶段是由20202030年,实现建立大规模氢气供应系统;第三阶段是在2040年实现零排放氢气制取。

 

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国外大型石油公司氢气业务

 

壳牌已经开始在氢能各个领域进行布局。2016年,壳牌与川崎重工签署协议,合作开发液氢运输船。20172月,壳牌与丰田正式达成合作协议,在加州建造7座加氢站,并将在2024年增加至100座加氢站。两家公司将为该项目出资1140万美元,另外加州能源委员会将出资1640万美元。

 

BP已经在世界范围内参与了众多的氢能示范项目,包括同戴姆勒·克莱斯勒和福特公司合作研究先进燃料电池技术,投资350万美元在北京中关村建成了中国第一座加氢站。BP与通用电气(GE)达成了电厂建设协议,双方将联合开发和建设氢电厂,减少温室气体二氧化碳的排放。

 

道达尔截至20176月,道达尔已经在德国建成了10座加氢站;道达尔与林德公司和宝马公司在氢气加注技术方面展开了合作。

 

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中国氢能发展

 

中国对氢能的研究与发展可以追溯到20世纪60年代初,当时主要为火箭生产液氢燃料。进入21世纪后,中国出台了大量政策支持民用氢能的发展。

 

2016年前中国已经将氢能确认为未来科技发展和储备的方向,2016年后中国则明确了氢能领域的具体发展目标:

 

a) 《国家创新驱动发展战略纲要》将氢能和燃料电池技术列为引领产业变革的颠覆性技术。

 

b) 十三五国家科技创新规划》在专栏8 清洁高效能源技术中将氢能作为与可再生能源并列的重要组成部分。

 

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c) 《国家重点研发计划重点专项实施方案》在可再生能源与氢能重点专项的方向7中提出三个重点任务:一是氢的绿色制备、高密度运输及高效利用研究;二是氢气的绿色制取与高效利用技术及示范:三是燃料电池发电技术。

 

d) 《能源技术革命创新行动计划(20162030年)》在重点任务(九)氢能与燃料电池技术创新中明确提出氢能领域发展的具体目标:在制氢方面,研究煤催化气化制氢、核能制氢等新型制氢技术;在储运方面,实现大规模、低成本氢气的制取、存储、运输、应用一体化;在燃料电池方面,开发聚合物电解质膜燃料电池并实现在汽车领域的应用。

 

近年来中国还出台了氢能发展相关补贴政策:

 

a) 2014年颁布的《关于新能源汽车充电设施建设奖励的通知》,对符合国家技术标准且日加氢能力不少于200千克的新建燃料电池汽车加氢站每个站奖励400万元。

 

b) 2015年出台的《关于20162020年新能源汽车推广应用财政支持政策的通知》表示,20172020年非燃料电池电动车补贴将逐渐退坡,而燃料电池乘用车补贴仍将保持不变,为20万元/辆。

 

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石化企业发展氢能

 

在制氢原料方面,目前全球氢气的生产中化石原料占比达到92%,其余8%为电能转化,新型制氢技术主要还停留于实验室阶段,占比极小,未来氢气的大规模制取将仍主要依靠化石原料。在化石原料中天然气的氢碳比最高,在生产等量的氢气时产生的碳排放最小,是理想的制氢原料。拥有上游油田、气田的石化公司可利用油田伴生气及天然气资源的优势,为下游氢气生产提供优质原料。

 

在氢气的生产方面,大型炼化企业多建有重整装置,在生产芳烃的同时可副产高纯度氢气,乙烯裂解以及丙烷、丁烷、乙苯脱氢装置也副产氢气,可通过建设氢气回收装置获取低成本氢气。由于当前加氢站使用的电解水制氢成本较高,紧邻城市或者被城市包围的城市型炼厂可考虑在满足自身需求外,将氢气作为产品提给加氢站使用,进一步可考虑建设以自身为原点,辐射周边的供氢网络。

 

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在氢气的储存方面,由于自身性质限制,氢气不适宜长期储存。但是在车用储能领域,由于储氢瓶能量密度远高于电池,且充能速度快,使氢燃料电池电动车具备独特的优势。日本丰田公司开发的燃料电池车“MIRAI”已于2015年投入市场,其性能与燃油车相当,该车使用的70兆帕型储氢罐使用碳纤维增强热塑性树脂作为主要材料。未来石化企业可以利用下游在碳纤维及合成材料方面的生产技术优势,开发储氢瓶相关产品,占领氢燃料电池车核心部件市场。

 

在氢气的运输方面,氢气的长距离、大规模输送需要依靠输氢管线,石化企业可以利用自身建设和运营天然气管线的优势,根据需要铺设氢气输送管道。欧盟完成的天然气管道运输掺氢项目研究,证明在一定掺氢比例条件下可以使用现有天然气管道混合输送氢气,石化企业可借鉴相关研究成果。

 

在加氢站方面,目前加氢站建设核心技术已经获得突破,制约加氢站推广的最大瓶颈是其投资价格过高,目前中国加氢站单站平均建设成本在1500万元以上。部分石化企业建有自己的加油站体系,可以考虑与相关机构进行合作推广加油加氢站混合改造。

 

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原文信息

题目:世界各国氢能源经济发展举措分析

作者:张博,万宏,徐可忠,李雪静,魏寿祥

作者单位:

1.中国石油天然气股份有限公司石油化工研究院;

2.中国石油天然气集团公司政策研究室;

3.中国石油天然气集团公司科技管理部

原文字数:5190字

刊登期号:2017年第9期,65-70页

 


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