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目前中国主要城市的天然气管道建设已经较为完备,具有发展电转气(P2G)的初步基础。中国发展电转气(P2G)具有多重重大意义。
一是通过发展电转气(P2G)可实现可再生能源补充发电。目前风能和太阳能等可再生能源发电的难点在于发电的波动性。波动的可再生能源使发电高峰和用电高峰产生错配,造成并网困难。
但如果波动的可再生能源先转化成氢能储存起来,在用电高峰时,再转化为电能,就可实现可再生能源补充发电。
二是降低氢能的储运成本。目前氢气主要通过高压压缩和液化等方式储存和运输,储运费用占氢气售价的40%至70%。储运费用过高成为阻碍氢能推广的一个重要原因。
如果通过现有天然气管道输送氢气,则输送压力较低,且能够连续供气,所以氢气的储运成本可以大幅降低。
三是电转气(P2G)的应用能够提高可再生能源在中国能源消费中的占比,减少化石燃料的使用,有助于减少污染和碳排放。
应用三:以氢燃料电池为核心的分布式能源网络可提高能源利用率
氢能不但能够实现前文所述的并网发电,还因其储运的机动性,可以依托氢燃料电池技术,建立分布式能源网络,做到区域或城市电力、热能和冷能的联合供应。
燃料电池自身的能源转化效率高,且分布式能源系统的能源输送距离短,以氢燃料电池为核心的能源网络的能源利用率明显高于传统能源网络。
分布式发电网络示意图
日本东京天然气公司和松下公司联合研发的家庭分布式能源系统Ene-Farm已经在日本成功推广。
该系统的燃料电池以天然气管道输送的氢气为燃料,发电和用电地点相同,且发电产生的热量也被用来供热。整个系统的能源利用效率高达95%,而传统天然气发电加锅炉供热的能源效率仅有68.7%(图10)。
根据东京天然气公司和松下公司公布的数据,Ene-Farm可以减少37%的一次能源使用量和49%的二氧化碳排放量。
氢氧质子交换膜燃料电池的发电效率约为60% 仅低于水利发电效率
分布式的燃料电池热电联产,将使得整体能源转化效率大幅提高
应用四:燃料电池客车或成为中国氢燃料电池汽车发展的突破口
国外汽车生产厂商经过多年技术积累,已经为燃料电池车的商业化打下了良好基础。配合灵活的销售方案,包括美国、德国、丹麦、英国在内的国家的燃料电池汽车,正在从概念车逐步向商业化生产过渡。
目前丰田Mirai、现代iX35以及本田Clarity燃料电池汽车已实现商业化生产。
传统车企的燃料电池发展路径
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