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随着我国政策的引导以及大批氢能项目落地实施,氢能技术不断突破,产业体系逐步完善,我国氢能领域的发展已加速进入产业化阶段。经过多年的工业积累,中国已经是世界最大的制氢国,氢能市场潜力巨大。中国每年仅风力、光伏、水电等可再生能源弃电约1000亿 kW·h,可用于电解制氢约200万t,如果能将这些富余的被弃掉的能源用于电解制氢,将会大大减少能源浪费。近年来,我国氢能产业发展速度快、覆盖广,截至2020年1月,我国已建成加氢站61座(图1),规划和在建的加氢站有84座,内蒙古、辽宁、山东、河南、湖北、广东、四川、安徽等地均有分布。
但是,我国氢能产业还存在诸多问题,如关键技术亟待突破,缺乏自主知识产权,基础设施仍有待加强等。对此,本文从氢能产业链制氢环节关键技术切入,分析总结国内外制氢技术现状,并结合我国制氢领域亟待解决的问题,对 3 种主流制氢工艺进行分析,总结现有技术的优缺点,最后对氢能未来技术发展方向进行展望,对我国氢能产业发展提出建议,以期对我国氢能产业的发展提供指导。
2 制氢关键技术
氢气制备主要技术工艺有热化学制氢和水电解制氢,其中热化学制氢技术主要有化石能源制氢及化工原料制氢。化石能源制氢包括水煤气制氢、天然气重整制氢等,目前已经进行工业生产,技术相对成熟,但能量的产出大于投入,若用此法制氢发电,能量转换效率低,经济性差,因此传统能源制氢并非理想的制氢技术。化工原料制氢主要有醇类裂解制氢、醇类重整制氢,如甲醇水蒸气重整制氢。水电解制氢法即利用光伏、风电等新能源电力电解水制氢,这种制氢方式近零碳排放,可充分利用“三弃”(弃风、弃光、弃水)能源水解制氢,还可以大大降低制氢成本,是实现“绿氢”生产的重要技术环节, 也是氢能领域投资的重点领域。
表2列出了当前阶段不同制氢技术的对比,可以看出:化石能源制氢技术虽然成熟度较高且经济性较好,但碳排放量较大,违背了氢能作为清洁能源的本质,不适合长期发展;可再生能源电力电解水制氢技术成熟,且环保性好、碳排放少,但是其制氢成本较高,可以考虑采取“三弃”能源制氢, 以大幅降低制氢成本。不同制氢技术所使用的制氢原料及制氢工艺大有不同。
2.1 制氢原料
图2给出了目前全球制氢原料占比和主流制氢方法的经济性对比。由图2a)可以看出,在所有制氢原料中,天然气使用最为广泛,占比达到48%, 其次是醇类(占比为30%),电解水使用较少,占比仅为4%。
目前,全球制氢技术的主流选择是化石能源制氢和化工原料制氢,这主要是由于化石能源制氢和化工原料制氢的成本较低(图2b))。此外,由于清洁性好、效率高、成本低,采用天然气重整制氢具有较大利润空间。采用电解水制氢是当前制氢环节的研究热点,技术也较为成熟,其他新型制氢法尚未应用于大规模制氢。
从制氢原料占比来看,近期我国仍将主要采用化石能源制氢和工业副产氢+碳捕集、利用与封存(carbon capture, utilization and storage,CCUS)技术(即“蓝氢”),助力化石能源制氢降低碳排放。而随着我国可再生能源装机容量不断增大,在西北地区出现大量弃风弃光现象,如果能够将弃风弃光所发电力用于电解水制氢(“绿氢”,即采用风电、光伏等可再生能源电解水制氢),“绿氢”制取经济性也非常可观。因此,长远来看,随着碳达峰、碳中和工作的推进,“绿氢”将成为氢能应用的主流选择。
2.2 制氢工艺
现有主要制氢方式如图3所示,其中:较为成熟的技术路线有3种,即使用煤炭、天然气等化石能源重整制氢,以醇类裂解制氢技术为代表的化工原料高温分解重整制氢,以及电解水制氢;光解水和生物质气化制氢等技术路线仍处于实验和开发阶段,相关技术难以突破,尚未达到规模化制氢的需求。
表3给出了典型制氢工艺中各类能源的能量转换效率与碳排放量。
由表3可以看出:虽然化石能源制氢工艺成熟且原料价格低廉,但是会排放大量的温室气体,对环境造成污染,因此环境成本极高;而电解水制氢工艺几乎无碳排放,符合绿色发展及可持续发展的环保理念。
2.2.1 化石能源重整制氢
天然气制氢技术中,蒸汽重整制氢较为成熟, 是国外主流制氢方式。其原理是:先对天然气进行预处理,甲烷和水蒸汽在转化炉中反应生成一氧化碳和氢气等;经余热回收后,在变换塔中,一氧化碳和水蒸气反应生成二氧化碳和氢气。该技术是在天然气蒸汽转化技术的基础上实现的。在变换塔中,在催化剂存在的条件下,控制反应温度, 转化气中的一氧化碳和水反应,生成氢气和二氧化碳。主要反应式为
目前,国内天然气重整制氢、高温裂解制氢主要应用于大型制氢工业。天然气制氢过程的原料气也是燃料气,无需运输,但天然气制氢投资比较高,适合大规模工业化生产。一般制氢规模在5000m3/h以上时选择天然气制氢工艺更经济。此外,天然气原料占制氢成本的70%以上,天然气价格是决定氢价格的重要因素,而我国富煤、缺油、少气的能源特点,制约着天然气制氢在我国的实施。
煤气化制氢是工业大规模制氢的首选,也是我国主流的化石能源制氢方法。该制氢工艺通过气化技术将煤炭转化为合成气(CO、CH4、H2、CO2、N2 等),再经水煤气变换分离处理以提取高纯度的氢气,是制备合成氨、甲醇、液体燃料、天然气等多种产品的原料,广泛应用于石化、钢铁等领域。煤制氢技术路线成熟高效,可大规模稳定制备,是当前成本最低的制氢方式。
2.2.1 甲醇水蒸气重整制氢
甲醇水蒸气重整制氢,即甲醇和水在一定温度、压力和催化剂作用下转化生成氢气、二氧化碳以及少量一氧化碳和甲烷的混合气体,该方法产物中氢气体积分数是甲醇制氢法中最高的。甲醇水蒸气重整制氢具有反应温度低、产物氢气体积分数高、一氧化碳体积分数(<2%)较甲醇分解制氢法低等优点。因此,目前开发的甲醇制氢技术主要采用甲醇水蒸气重整制氢工艺,其反应机理见式(3),工艺流程如图4所示。甲醇水蒸汽重整制氢装置已经广泛用于航空航天、精细化工、制药、小型石化、特种玻璃、特种钢铁等行业。
2.2.3 电解水制氢
化石能源重整制氢、甲醇水蒸气重整制氢过程均有含碳化合物的排出,不符合可持续发展和绿色发展的环保理念,而电解水制氢过程为水电解生成氢气和氧气,无含碳化合物的排出,绿色环保。目前,我国正处于能源转型的关键阶段,将可再生能源(太阳能、风能等)转化为氢气或者含氢燃料的能源载体,有助于推进我国能源转型进程,促进我国能源多元化发展。
可再生能源电解水制氢技术路线如图5所示。
图5中,根据电解质种类,电解槽可分为碱性电解槽、质子交换膜(proton exchange membrane,PEM)电解槽、固体氧化电解槽(solid oxide electrolyzecells,SOEC)3种。不同电解水制氢技术参数及特点对比见表4。
由表4可以看出:碱性电解水制氢技术是目前市场化最成熟、制氢成本最低的技术;质子交换膜电解水制氢技术较为成熟,具有宽范围的运行电流密度,可以更好地适应可再生能源的波动性,是国外发展的重要方向,我国应加大质子交换膜电解水制氢技术的研发力度,加强与国外领先单位的合作研发;固体氧化物电解水制氢技术是能耗最低、能量转换效率最高的电解水制氢技术,国外学者在Science上发表的文章指出,固体氧化物电解槽可在动态电力输出下工作,并不会有明显衰减。因此,固体氧化物电解水制氢技术有望实现大规模、低成本的氢气供应,应重点关注并提前进行技术和专利布局。
以PEM电解槽为例,其工作原理如图6所示。
PEM电解槽由膜电极组件(MEA)、气体扩散层(GDL)及带有流道的隔板(双极板)组成。电解槽中,水经过电解在阳极产生氧气,在阴极产生氢气,因此在产生的气体出口设置了流量计。典型的碱性电解槽考虑温度影响的U-I特性曲线模型及电解槽制氢量相关模型可以用式(4)表示。
通过利用可再生能源发电的弃水、弃光、弃风电力,电解水制氢可平抑风力、光伏等发电输出的波动性,并减少能源浪费,解决弃电问题。另一方面,可以通过远距离输运氢燃料,将可再生能源从资源丰富的地区高效转移到用能负荷中心,利用氢气发电增强电网的协调性和可靠性,有效解决可再生能源供需存在的区域错配问题。上述整个过程清洁环保,几乎不产生二氧化碳。但是,可再生能源电解制氢成本较高,因此,“绿氢”的制取亟需可再生能源电解水制氢技术的进一步攻关,降低制氢成本,助力碳达峰、碳中和任务的推进。
综合对比以上3种制氢技术:煤、天然气制氢技术最为成熟,尤其煤制氢在我国具有较大成本优势,但此法制得的“灰氢”不符合能源向低碳转型的绿色发展需求;电解水制氢技术可以制得“绿氢”,能源效率高,但是成本较高,经济性较差。3种制氢工艺的技术水平及经济性对比见表5。
煤或天然气制得的“灰氢”通过CCUS技术可转化为“蓝氢”,该技术也是我国实现碳中和目标技术组合的重要一环。随着碳达峰、碳中和工作的深入进行,制氢领域面临的挑战将是实现无碳或碳中性(“绿氢”或“蓝氢”)的技术(目前通过电解水制取“绿氢”来替代),并将这些技术以更大规模推广应用,进而降低生产成本,产生经济效益。
3 结语
氢能是一种理想的新型能源,通过风光等新能源电力制氢,并将氢与燃料电池结合发电,以此形成氢能产业生态圈有助于保障我国能源安全,加快构建清洁化、低碳化的氢能供应体系,对我国可持续发展战略具有重大意义。氢储能可以作为储能系统新思路,解决可再生能源消纳能力不足及新能源并网问题。氢结合燃料电池发电是氢能全生命周期应用的关键技术环节,氢气发电可以产出多种有直接经济效益的产品(如纯氧),达到大量减少二氧化碳排放的目的,具有很好的经济效益和环保效益。
氢能应用前景广阔,但有部分难题亟待解决。氢气扩散能力强,易燃易爆,与金属接触容易导致氢脆,不好储存,因此妥善解决氢能的储运问题是氢能安全高效使用的关键。此外,电解水制氢成本较高。基于上述问题,提出以下建议:
1)今后应紧紧围绕氢能的制、储、运、用4个环节,着力建设完善氢能体系,加大氢能源与电网的互动性,促进我国能源转型;
2)明确氢能发展定位,给予氢能产业完善的政策支持;
3)大力发展电解水制氢技术,利用弃风、弃光、弃水资源制取“绿氢”,解决电解水制氢经济性难题及能源浪费问题;
4)大力发展可再生能源(如风电与太阳能)与氢气储能结合,促进氢能在储能领域的发展,加速推进我国碳达峰、碳中和工作。
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北极星氢能网获悉,2025年6月18日,广东氢能产业迎来关键整合。广东云韬氢能科技有限公司(云韬氢能)、广州白云新能源科技有限公司(白云新能源)、广州白云金科控股集团有限公司(白云金控)联合体与宝武清洁能源有限公司(宝武清能)、宝武集团中南钢铁有限公司(中南钢铁)正式签署广东宝氢科技有
北极星氢能网获悉,6月20日,国蒙氢能科技(巴彦淖尔)有限公司甘其毛都口岸加工园区绿电制氢项目(一期)-公开招标公告:项目名称:国蒙氢能科技(巴彦淖尔)有限公司甘其毛都口岸加工园区绿电制氢项目(一期)。建设地点:巴彦淖尔市-乌拉特中旗-甘其毛都口岸加工园区经四路西,中轴路北,经三路东,远鑫公司
北极星风力发电网获悉,6月21日,吉林电力股份有限公司(简称“吉电股份”)发布《关于拟投资建设梨树绿色甲醇创新示范项目的公告》。公告指出,吉电股份控股子公司上海吉远绿色能源有限公司的全资子公司吉远(四平)绿色能源有限公司,拟投资建设梨树绿色甲醇创新示范项目,该项目总投资49.20亿元。梨
北极星氢能网获悉,6月20日,江西省投资项目在线审批监管平台发布信息显示江西华电宜春袁州区新能源制氢示范项目通过备案。项目总投资64000万元,建设规模及内容为规划风电+2x200Nm3/h制氢站,总投资约6.4亿元,项目经营年限20年。通过5回路直埋加架空集电线路接入新建的220kV升压站,送至距离约13公里
6月18日,能源电力企业产业科技创新联盟成立大会暨能源电力新质生产力成果交流会在呼和浩特市召开。由内蒙古电力集团牵头组建,其他70家企业、高校及科研院所共同参与的能源电力企业产业科技创新联盟正式成立。联盟的成立标志着自治区能源电力领域“产学研用”深度融合进入到一个崭新的阶段,对于深入
在内蒙古自治区党委、政府高位推动下,内蒙古以“起跑就领先”的魄力,按下科技“突围”快进键,锚定稀土、储能、氢能、乳业、空天计量等战略领域,以“非常之举”在重点点位上精准落子,让科技创新成为高质量发展的“关键变量”与“最大增量”。这里既有“工业维生素”稀土的“精密蜕变”,也有绿电储
北极星氢能网获悉,6月18日,福建省发展和改革委员会发布《福建省氢能产业创新发展中长期规划(2025—2035年)》的通知。通知指出,氢能产业分为两个阶段发展任务:一是2025至2030年为起步发展期,建成10个以上高能级创新平台,培育1-3个百兆瓦级绿电制氢示范项目,建成1-3个氢基绿色船舶燃料加注港口
国际能源研报(2025年6月)(来源:中能传媒研究院作者:杨永明中能传媒能源安全新战略研究院)本期核心观点❖进入6月,俄乌冲突进入关键阶段,双方博弈持续升级,美伊核谈判陷入僵局,中东局势骤然紧绷,地缘政治风暴瞬间席卷全球原油市场,国际原油价格大幅上涨。截至目前,中东局势仍陷于紧张漩涡中
北极星氢能网获悉,湖南省政府在官网发布了《湖南省氢能产业发展三年行动方案》(以下简称《方案》)。方案提出,到2027年在交通运输、氢储能、氢冶炼、氢化工等部分领域实现规模应用,市场机制和管理机制更加健全,集聚具有全国影响力的骨干企业10家左右,氢能关键材料部分领域产业规模全国领先,氢能
在张家口市崇礼区,兴蓝风电自主研发的3.4MW永磁直驱直流风力发电机组基于高效柔性绿化氢基的整体解决方案已连续稳定运行超三年。作为国内首例直流微网风光储互补制氢系统的核心装备,该机组不仅为崇礼大规模风光储多能互补制氢关键技术与应用示范项目持续输送稳定绿色能源,更凭借其独特优势,成功助
编者按绿氢之新,新在定位。绿氢之难,难在创业。在全球加速奔向碳中和的时代洪流中,绿氢正从实验室和示范项目快步驶入产业化赛道,成为我国战略性新兴产业中备受关注的前沿阵地。4月28日,国家能源局发布了我国首份氢能发展报告——《中国氢能发展报告2025》。《报告》显示,2024年我国氢能生产消费
北极星氢能网获悉,6月10日,河南省工业和信息化厅办公室发布《加快工业领域清洁低碳氢应用实施方案》的通知,其中指出,在符合产业结构调整的前提下,推动风电、光伏发电等清洁能源富集地区的工业企业、工业园区有序建设“制氢+用氢”一体化项目。推动可再生能源弱并网、离网制氢新模式发展,探索工业
6月10日,厦门市发展和改革委员会发布《厦门市氢能产业高质量发展行动计划(2025—2027年)(征求意见稿)》。其中提出,建立多渠道氢源供应体系,逐步构建低成本、低碳化的多元制氢体系。在产业发展初期,加强同周边地区氢能资源的联动协调,与漳州古雷港经济开发区、泉州泉港石化工业园区、泉惠石化
6月11日,全球光伏与氢能盛会SNEC2025如约而至。阳光氢能携数智化柔性制氢全矩阵产品与一站式解决方案重磅亮相,为全球能源转型提供强劲“氢”动力。数智引擎,构建柔性制氢闭环生态展台中央,2000Nm/h数智化电解槽与PWM制氢电源组成黄金搭档,配合Hybrain智慧氢能管理系统,构建起在深度数智化基础上的
6月10日,厦门市发展和改革委员会征求《厦门市氢能产业高质量发展行动计划(2025—2027年)(征求意见稿)》意见。其中提出,打造氢能产业技术创新策源地,加强关键核心技术攻关。布局建设氢能产业创新支撑平台。完善氢能标准体系建设。详情如下:厦门市氢能产业高质量发展行动计划(2025—2027年)(
第三章nbsp;石油行业发展(来源:中能传媒研究院本章作者nbsp;杨永明)(中能传媒能源安全新战略研究院)一、原油供需01原油表观消费量出现同比下降根据中国石油和化学工业联合会的统计数据,2024年,我国原油表观消费量7.64亿吨,同比下降1.0%。2024年,受国内宏观经济结构性调整、替代能源加速发展等
日前,生态环境部发布《产品碳足迹管理体系建设进展报告(2025)》。本报告重点从建立健全管理体系、构建工作格局、推动规则国际互信、加强能力建设四个方面介绍相关工作进展,并对未来我国产品碳足迹管理体系建设作出展望。
本文是《关于深化提升“获得电力”服务水平全面打造现代化用电营商环境的意见》(发改能源规〔2025〕624号)系列解读之六。从政策制度设计出发,系统解析绿色用电的核心机遇与商业模式创新,助力相关主体在“获得电力2.0”时代实现精准发力与价值重塑。(来源:微信公众号“春观能源”)在“双碳”战略
在全球气候变化日益严峻的背景下,国家主席习近平于2020年在联合国大会上宣布了我国的“3060”目标,明确了碳达峰、碳中和(“双碳”)目标的内涵、基本路径和重点任务,“双碳”工作正式上升到国家战略层面。作为实现这一目标的基础性工作,碳排放核算体系的构建和完善尤为重要。碳排放核算是碳管理、
IEEEPES能源发展与发电技术研讨会是IEEEPES能源发展与发电技术委员会(中国)(IEEEPESCSTC-EDPG)主办的在业界具有较大影响力的行业品牌盛会,2021年创办以来,得到了行业内科研究机构、高校、企业的大力支持,受到政府机构、业界的广泛关注与好评。为推动实现我国碳达峰碳中和目标和构建安全可靠的新
北极星售电网获悉,6月24日,南宁市发展和改革委员会发布关于南宁东部新城源网荷储一体化试点项目横州盆椅岭风电场核准的批复,同意建设南宁东部新城源网荷储一体化试点项目横州盆椅岭风电场。项目建设地点位于横州市平马镇江梦村、那留村、那罗村,新福镇大榄村附近的一带山脊区域。项目装机容量为100
6月24日,世界经济论坛第十六届新领军者年会(夏季达沃斯论坛)在天津举行。隆基绿能创始人、中央研究院院长、CTO李振国出席论坛,他指出,中国光伏产业正以技术创新与低碳实践引领全球绿色发展。在“能源转型现状如何”圆桌对话中,李振国与ACWA电力公司创始人兼董事长穆罕默德阿布纳扬,埃及规划和经
北极星售电网获悉,近日,山西运城市人民政府发布关于印发《运城市加快经济社会发展全面绿色转型重点任务清单》的通知。文件明确,大力推进智能微电网、虚拟电厂、源网荷储一体化项目发展,加快绛县开发区源网荷储一体化试点项目建设;加快各类新型储能技术规模化商业化应用,引导可中断负荷、电动汽车
6月23日,第三十二届国际核工程大会(ICONE32)在山东威海开幕。中国华能集团有限公司总经理、党组副书记张文峰出席开幕式并致辞,副总经理、党组成员张涛作题为《华能核电助力绿色低碳转型》的主旨报告。张文峰在致辞中指出,核电作为一种安全、低碳、可大规模利用的清洁电源,是推动全球能源转型与应
AI赋能电力产业:变革、挑战与对策中国海油集团能源经济研究院韩广忠王建明近年来,人工智能(AI)技术正以前所未有的速度改变着各行各业,全球电力产业无疑成为获得益处与遭受冲击最为明显的领域之一。从能源生产、输配到消费管理,AI正在全方位推动产业升级,促进数字化转型,并为实现低碳发展和可持
近日,文山市人民政府发布文山市薄竹抽水蓄能项目优选投资开发主体招商公告,电站装机容量1200MW,项目工程静态总投资68.12亿元。详情如下:文山市薄竹抽水蓄能项目优选投资开发主体招商公告为落实国家“碳达峰、碳中和”目标,科学合理开发利用文山市抽水蓄能资源,营造公开、公平、公正的投资环境,
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