氢能产业布局研究

氢能产业布局研究 一、 氢能产业布局 （一）氢能产业空间布局 结合省内能源、交通、经济等资源和基础设施布局，统筹各地氢能产业发展的综合条件和已有基础，着力建设以九江-南昌-吉安-赣州为轴线的赣鄱氢经济走廊，贯通链接内部、融入周边的氢经济主动脉，北面融入长江经济带，南面对接粤港澳大湾区，带动东西两翼各地结合自身优势积极发展氢能相关产业，形成全省氢能产业大局协调、分区集聚、多元共生的发展格局和产业生态体系，打造氢清江西绿色发展新动能。 1、北部片区的氢能产业 积极支持九江发展以氢动力船舶为特色的沿江沿湖氢能产业，在产业引领政策方面先行先试，建设长江经济带氢能产业发展峰会交流平台，探索氢能在石化、有色冶金等方面应用，发展氢能产业储运用环节高端装备制造，打造江西省氢经济开放先行区。 充分发挥南昌作为省会城市的经济、技术和人才资源优势，打造全省氢能产业科技研发中心，集中力量推进产业技术跟进和突破能力。 在南昌开展城市氢燃料电池公共交通示范，以及南昌-九江开展城际氢动力物流重卡示范。依托南昌已有汽车产业优势，积极推进氢燃料电池整车研发和生产。加快氢能在交通领域示范，引领建设氢燃料电池汽车环鄱阳湖示范城市群。加强航空领域氢燃料动力应用研究和应用示范。 2、南部片区的氢能产业 积极支持赣州对接周边氢能发展先进省份和地区，进一步壮大氢能贸易和氢气储运服务市场，探索氢能产业市场机制，建设全省氢能市场化运行的桥头堡。 积极支持吉安加大氢能产业招商引资力度，加快落地制氢、储氢装备和燃料电池及关键部件、材料等氢能装备制造产业，打造氢能装备制造高地，为全省氢能基础设施建设筑牢基础。 依托赣州、吉安丰富的可再生能源资源，加强可再生能源制氢和氢能在电力领域的示范应用，探索以氢能支撑可再生能源发电大规模、高比例发展，提升氢能在能源体系中的作用。结合国家和省级天然气管网规划布局，稳妥探索管道输氢和天然气掺氢试点示范。 3、东西两翼片区的氢能产业 支持鹰潭、萍乡、景德镇、宜春等结合有色产业、铜产业集群发展规划和钢铁产业、陶瓷生产绿色转型、锂电产业融合等，探索氢能规模化应用，推进氢冶炼技术。 支持其他地区结合本地优势资源，加强氢能与本地特色产业融合发展，因地制宜推进氢能在电力、交通、工业等领域的应用，共同融入全省氢能发展总体格局。 （二）氢能产业发展突破方向 结合省情实际，我省氢能产业一方面在制、储、输、用环节实施整体跟进，以逐步扩大氢能供给、提升储运便利性、降低用氢成本、保障用氢安全。另一方面，结合省内能源资源禀赋、产业结构和区位条件，从具有比较优势的领域入手实施局部突破。 （三）氢能产业发展依托稀土等矿产资源优势 大力发展储氢新材料产业，实现重点细分领域突破。稀土储氢材料是氢能利用的重要功能材料和储氢载体，具有广阔的发展和应用前景。稀土矿产是我省的优势资源，也是发展稀土储氢新材料的重要基础。充分利用省内丰富的稀土矿产资源，以及省内有关企业、高校、研究机构在稀土新材料方面领先的技术创新和产业化实力，在固态储氢领域加速布局，提高稀土新材料原始创新能力和高端应用水平，进而发展基于新型稀土储氢材料的高能量密度、快动态响应固态储氢装备产业。力争用10-15年时间，将我省稀土储氢新材料技术及产业打造成为具有国内领先地位的细分领域。 （四）氢能产业发展把握好重要区域发展战略机遇 积极壮大氢能一般装备制造业，实现氢能产业规模突破。目前，国内已经形成了以燃料电池车辆为主要和驱动的四大产业集群，包括京津冀、华东（山东、上海、浙江、安徽、福建）、华南（佛山-云浮）、华中（武汉）。我省东面、北面、南面与氢能高地毗邻，在全面参与长江经济带建设和对接粤港澳大湾区等国家重大区域发展战略中，发挥区位优势和基础工业能力优势，积极承接沿海省份氢能产业一般装备制造产能扩张，扩展氢能产业发展的纵深空间，融入区域氢能产业链和国内氢能产业统一大市场。力争以氢能装备制造为重点突破口，快速做大我省氢能产业总体规模，为氢能在其他方面的突破创造有利条件。 （五）氢能产业发展要结合关联产业特点 积极拓展氢能产业化应用场景，实现氢能应用模式突破。我省新能源项目以分布式开发和就近利用为主，渗透率较高，部分区域电力送出和消纳形势日趋紧张，积极发展风电、光伏电解水制氢和氢电耦合项目，以及结合智能微网的氢能综合利用项目，在新能源和氢能相互支撑发展中发挥重要的作用。我省钢铁、石化和化工产业规模较大，以焦炉煤气、丙烷脱氢、氯碱尾气等工业副产气制氢具备较好的前景，相关产业作为谋划氢能近期产业布局的重要参照，为以可接受成本启动氢能产业发展打好基础。结合我省航空工业和学科优势，集中力量推进氢燃料涡轮发动机、氢燃料电池和混合氢动力装置在航空器、无人机方面的应用研发，打造未来空中交通领域实现碳中和的核心技术。尝试从多方面推进氢能应用，力争在电力等2-3个产业化应用场景取得重要突破，实现氢能与相关产业深度融合发展。 二、 氢能的主要应用领域 （一）在电力方面 氢能作为多功能载体，可以实现可再生能源体系的整合，不仅用于清洁发电，还能平衡电力需求和可再生能源之间的波动。在可再生能源能力不足或需求高峰时期，氢气成为清洁能源的来源，在发电中起到脱碳的作用。 （二）在供暖方面 氢气可以与天然气混合使用，所以氢能是未来少数能与天然气竞争的低碳能源之一。通过与天然气混合（低百分比的氢气可以安全地混合到现有的天然气网络中），无需对原有的基础设备进行多少调整，就能提供灵活连续的热能电能，氢能源进而有望取代传统化石燃料。 （三）在航空领域 航空业每年排放9亿吨以上的二氧化碳，氢能是发展低碳航空的主要途径。氢能在飞机上的应用有以下四种途径:直接在燃气轮机中燃烧，通过燃料电池用于推进或非推进能源系统，燃料电池和燃气轮机的混合动力组合，氢基合成燃料。 （四）建筑供热 在现有天然气管道中掺杂氢气，满足建筑领域供热需求，同时减少碳排放量。近中期实施中低比例掺氢，在氢气浓度（体积最高为10-20%）相对较低的情况下，无需对基础设施和终端应用进行重大改变，投资成本较低，若混合比例为5%，每年将减少约20万吨二氧化碳排放。 （五）氢能治金 目前，国内多个大型钢企在推进氢炼钢生产线改造和建设，就已有高炉富氢工艺对现有高炉进行改造，或者建设气基还原工厂，进行氢能炼钢，在为下游提供钢铁产品的同时实现碳减排。预计2060年，氢冶金粗钢产量将达4．36亿吨，其中采用富氢高炉工艺粗钢产量为2．26亿吨，气基竖炉工艺粗钢产量为2．1亿吨，生铁产量将达3．44亿吨，其中富氢高炉生铁产量为1．97亿吨，气基竖炉工艺生铁产量为1．47亿吨。 三、 制氢技术分析 尽管氢是自然界最丰富的元素之，但是天然的氢在地面上却很少有，所以只能依靠人工制取。通常制氢的途径有:从丰富的水中分解氢:从大量的碳氢化合物中提取:从广泛的生物资源中制取氢:或利用微生物去生产氢等等。各种制氢技术均可掌握。但是作为能源使用，特别是普通的民用燃料，首先要求产氢量大，同时要求造价较低，即经济上具有可行性，这是今后制氢技术的选择标准。就长远和宏观而言，氢的主要来源是水，以水裂解制氢应是当代高技术的主攻方向。以下简述几种制氢方法。 （一）化石燃料制氢 这是目前大量化工用氢的生产方法，如化肥生产的造气，即以煤在气化炉中燃烧，通过水蒸气还原反应，获得氢气。同样，石油、天然气或生物质燃料，均可用类似的方法制取氢。但是，这样的造气效率不高，需要消耗大量能源，并对环境污染较大。以能源换燃料，是得不偿失的。鉴于化石能源的有限性，应尽可能满足有机原料的需要，而不能作为产生氢能的依靠。 （二）电解水制氢 人们最早的制氢方法就从电解水开始，至今它仍然是工业化制氢的重要方法。尽管改进型的电解槽已把电耗压到了相当低，但还是工业生产中的电老虎。而且电本属二次能源，除了水电，电是用大量燃料换来的，其中经过热能、机械能、电能的转换，本来能耗就不小，再经电解水制成氢，总的能源效率实在太低，以此将氢作能源，无疑也是不可取的。不过现在正继续改进电解水制氢的工艺，并使用丰水期的水电，或利用风能、太阳能等可再生能源来电解水制氢作为这些新能源的贮存手段，自当别论，不能不说是有可取之处。 （三）硫化氢制氢 在石油炼制、煤和天然气脱硫过程中都有硫化氢产出，自然界也有硫化氢矿藏，或伴随地热等的开采也会产生硫化氢。国外已有硫化氧分解方法，包括气相分解法（干法）和溶液分解法（湿法），能同时获得硫磺和氢气。尽管这种工艺需要一定的高温（约600C）和适当的催化剂，或经过光照等措施，但是能化害为利，综合利用，将不失为一种制氢的好方法。 （四）光解海水制氢 80年代末，国际上出现了光解海水制氢的方法，以激光诱导MOCVD制膜技术有所突破，制成新型的金属/半导体/金属氧化物光电化学膜，用此种膜作为海水电解的隔膜，能使海水分离制得氢和氧，其电耗低，转换效率已达10%左右，此方法已引起各国科学家的关注。 （五）光化制氢 利用入射光的能量使水的分子通过分解或水化合物的分子通过合成产生出氢气。在太阳的光谱中，紫外光具有分解水的能量，若选择适当的催化剂，可提高制氨效率。因此在太阳能利用的高技术研究中光化制氢将作为重点。，有的还可将光电、光化转换同时进行，以获得直流电和氢、氧。目前，尽管尚处于实验室研究阶段，但对开辟制氢途径具有很大的吸引力。 （六）生物制氢技术 利用植物的光合作用制氢和微生物分解有机物制氢。从常见的植物光合作用吸收二氧化碳制造氧的过程，不难理解光合作用的深化。目前，光合作用在多数植物中效率非常低，通常均低于千分之五，这与自然光谱的吸收率有关。在今后的生物工程研究中，提高植物的光合作用效率是突出任务之一，其中除制氧机制外，氢的转换也在其中。至于微生物制氢，自然界已发现有类似甲烷菌的制氢菌，只是其菌种繁育不如甲烷菌那样简单。若能建立合适的菌种群落，制造氢气就会像制造沼气一样。 （七）热分解水制氢 当水直接加热到很高温度时，例如3000C以上，部分水或水蒸气可以离解为氢和氧。但这种过程非常复杂，远非设想那样简单。其中突出的技术问题是高温和高压。较有希望的是利用太阳能聚焦或核反应的热能。关于核裂变的热能分解水制氢已有各种设想方案至今均未实现。人们更寄希望于今后通过核聚变产生的热能制氢。在美国能源部主持下有劳伦斯一利弗莫尔实验室、通用原子能公司和华盛顿大学等单位参加的核能热化学制氢研究项目已进行了多年，主要是以一种串联磁镜式核聚变堆为热源，用硫碘热化学循环的方法制取氢。此外，原苏联也制订过通过托卡马克核聚变堆进行高温蒸汽电解的制氢方案。所有这些制氢方法，都涉及一系列高技术，但人们仍有信心迎接氢能世界的出现。 四、 氢能的发展前景 氢气纯化技术方面，美国与日本立足本国能源结构和技术优势，分别聚焦小型天然气重整制氢场景与氨分解重整制氢、有机液体解析氢气场景，开展燃料电池车用氢气纯化技术研究，包括高效小型变压吸附技术、有机膜分离、无机膜分离和全属膜分离技术。我国的氢气来源广泛，尤其是副产气杂质种类多且含量分布宽，单一纯化技术路线难以满足实际需求。尤其在燃料电池车用氢气纯化领域，我国起步较晚，缺乏系统性研究。氢储存技术方面，目前我国对储氢材料的研究比较活跃，研究内容涉及到了高压储氢、碳纳米管储氢、新型合金储氢、有机化合物储氢、碳凝胶储氢、玻璃微球储氢、氢浆储氢、层状化合物储氢等当前国际氢储存技术研发的主要方面，并在金属氢化物储氢、碳纳米管储氢、复杂化合物储氢等方面具有优势。 加强氢燃料电池技术和复燃料电池汽车以及相关基础设施的研发。发展复经济的一个重要方面是发展氢能交通运输体系和氢能基础设施建设。在氢燃料电池方面，我国可重点发展:大功率质子交换膜燃料电池技术、中低温固体氧化物燃料电池技术、基于燃料电池的系统集成技术、质子交换膜技术、电催化剂技术、先进的膜电极组件技术、无铂催化剂技术等。 五、 氢燃料电池汽车的优势 氢燃料电池汽车和传统燃油车使用习惯相近，和纯电动车相比也是有一定优