綠氫

楊春蓉

摘要：氫能作為一種熱值高、能量密度大、來源多樣的清潔高效二次能源，被譽為21世紀(jì)的“終極能源”。為實現(xiàn)2030年碳達(dá)峰、2060年碳中和的目標(biāo)，大力發(fā)展我國綠氫產(chǎn)業(yè)化，是時代熱點。本文對綠氫的發(fā)展、項目進行分析，并為未來的發(fā)展做出一個展望。

關(guān)鍵詞：綠氫，能源，制氫

一：氫能源時代

1：氫能源的世界性發(fā)展：

氫能被譽為21世紀(jì)的“終極能源”。在未來氫能應(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)：

氫能無法直接從自然界中獲取，必須通過制備得到。目前制氫主要是通過煤炭、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步，其作為一種能源策略，只有在無限期地儲存二氧化碳，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，適合吉瓦級綠氫項目。PEM技術(shù)靈活迅速，在兆瓦級項目中多有應(yīng)用，未來隨著技術(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，綠氫未來有望成為一個帶動當(dāng)?shù)匕l(fā)展、創(chuàng)造新型就業(yè)的規(guī)模產(chǎn)業(yè)，并在長遠(yuǎn)的未來逐步取代石油等化石燃料，重塑全球進出口供需關(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。電解水制氫是一個高耗能的過程，在我國電力結(jié)構(gòu)中，煤電是主要的發(fā)電形式，如果用電網(wǎng)的電來電解水制氫，每制1KG氫氣就會排放40KG左右的二氧化碳，遠(yuǎn)大于煤制氫的排放強度。如果用光伏發(fā)電來電解水制氫，就沒有碳排放的壓力。

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（電價按0.4～0.55元/kwh）。目前綠氫還無法與傳統(tǒng)制氫競爭，還需要進一步降低制氫成本。

二：我國綠氫的發(fā)展和機遇

實現(xiàn)中國碳中和目標(biāo)，大體上需要136萬億人民幣投入，這將是一個巨大的市場。但我國綠氫產(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題。需出臺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程當(dāng)中，不再收取過網(wǎng)費、稅費等費用。這兩點對綠氫的發(fā)展以及成本的降低，都會有十分大的幫助。

三：綠氫的實施

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

3.1概述

該項目共7個制氫廠房，1個增壓廠房，2個動力廠房，室外儲氫區(qū)域，1個220KV站，以及辦公樓。制氫設(shè)備實際每小時總產(chǎn)量為130000Nm/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)、補水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)等。

四總結(jié)

我國順應(yīng)全球環(huán)保形勢，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)計院未來的業(yè)務(wù)主體，豐富自己的知識，為未來搶占市場做好準(zhǔn)備吧。

參考文獻：

[1]毛宗強，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.氫能開發(fā)與利用中的關(guān)鍵問題[J].石油煉制與化工，2017，48（9）：1-6.