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风电制氢发展氢燃料电池车 解决电能过剩  

2016-06-24 11:20:26|  分类: 变频技术 |  标签: |举报 |字号 订阅

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 氢气是一种燃烧热值高、CO2零排放的二次能源,每千克氢气燃烧产生的热量,大约是汽油的3倍,酒精的3.9倍,焦炭的4.5倍,而燃烧产物是水,是一种非常生态环保的清洁能源。面对着弃风难题,一个潜在的解决方案是,探索利用弃风电量电解生产氢气,支持我国发展氢燃料电池汽车等下游产业。

  河北张家口已在风电制氢领域开始大胆尝试

  近年来,我国风电产业蓬勃发展,已经成为全球风电累计装机量最大的国家,但与此同时,我国也发生了比较严重的弃风现象。国家能源局数据显示,2015年,我国弃风电量达到339亿千瓦时,同比增加213亿千瓦时,平均弃风率15%,同比增加7个百分点;到了2016年第一季度,我国弃风现象进一步恶化,风电弃风电量达到192亿千瓦时,同比增加85亿千瓦时;平均弃风率26%,同比上升7个百分点,尤其是吉林、新疆、甘肃的弃风率更是达到了53%、49%和 48%。

  氢气是一种燃烧热值高、CO2零排放的二次能源,每千克氢气燃烧产生的热量,大约是汽油的3倍,酒精的3.9倍,焦炭的4.5倍,而燃烧产物是水,是一种非常生态环保的清洁能源。面对着弃风难题,一个潜在的解决方案是,探索利用弃风电量电解生产氢气,支持我国发展氢燃料电池汽车等下游产业。目前,我国河北省张家口市已经在风电制氢领域开始了大胆尝试。据了解,张家口市的风电装机容量超过650万千瓦,但并网外送能力仅有170万千瓦左右,从而倒逼形成了风电供暖、风电制氢等就近消纳方式。2015年4月,张家口市沽源风电制氢综合利用示范项目正式开工,这是我国首个风电制氢工业应用项目,同时也是全球最大的风电制氢工程。该项目由河北建投新能源有限公司投资,占地116亩,总投资20.3亿元,项目建成后将形成每年制氢1752万标准立方米的生产能力,其中一部分氢气用于工业生产,减少化石能源消耗量,另一部分将在时机成熟时,用于建设配套加氢站网络,支持发展河北省氢能源动力汽车产业。

  短期来看,我国风电制氢至少还面临着两大难题,一是经济可行性,另一个是水源保障。目前制氢的技术路线主要有煤制氢、天然气裂解制氢、甲醇制氢、电解水制氢等,其中煤制氢的成本最低,生产1立方米氢气的成本不到1元;采取电解方式,生产1立方米氢气需要需要消耗电能5千瓦时左右,即使按弃风发电价格每千瓦时 0.25元计算,风电制氢仅用电成本就达到了1.25元,基本没有价格优势。同时,我国风力资源丰富的地区大多分布在内蒙古、新疆、甘肃等区域,水资源相对比较缺乏。但从长期来看,氢能利用,尤其是氢燃料电池汽车有着比较大的潜力,这为风电制氢提供了发展空间。同纯电动汽车相比,氢燃料电池汽车拥有加氢时间更短、续航里程更长、零排放等优点,一直以来被很多国家看作新能源汽车的主要技术路线之一。

  日本开发燃料电池车的动向值得中国借鉴

  日本是世界上最重视氢能和氢燃料电池汽车的国家。在国家层面,早在1980年,日本就开始了各类燃料电池技术的研发,2014年4月,日本国会批准了《战略能源规划》,其中明确提出加快实现氢能社会的步伐,让氢能在二次能源中发挥中心作用,主要举措包括:加快家用燃料电池的引入推广;营造环境加快引入燃料电池车;掌握氢能发电等新技术;加快发展氢气生产、存储、运输等新技术保障稳定供应;制订实现“氢能社会”路线图等等。在地方层面,早在2004年8月,日本福冈就率先制订了“福冈氢战略”,提出要建设世界最尖端的氢信息基地,培养氢能源新产业;日本东京更是积极以2020年奥运会为契机,全方位推进氢能社会建设。在企业层面,2014年12月15日,丰田首款氢燃料电池车Mirai就正式上市,赢得了市场的高度认可,本田、日产等企业也在积极推出自己的燃料电池车型,加氢站的建设也逐渐提速。2016年4月,日本发布新的氢能和燃料电池战略路线图,估计到2020年日本燃料电池车的销售可达到约4万辆,2025年达到约20万辆,2030年达到80万辆,加氢站也将从现在的80座增加到2020年的160座以及2025年的320座。美国、德国等国家也在积极推动本国的氢能与燃料电池计划。德勤咨询估计,到2025年,美国和欧洲的氢燃料电池车将分别达到85万辆、71万辆。

2016年5月19日,中共中央、国务院联合印发了《国家创新驱动发展战略纲要》,其中明确提出:“开发氢能、燃料电池等新一代能源技术”。4月 19日,国家发改委、国家能源局近日下发了《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》,也将“氢能与燃料电池技术创新”作为15项重点任务之一。国家能源局原局长张国宝也多次呼吁,技术路线的判断和选择是否正确,关乎一个企业乃至一个行业的生死存亡。我国锂电池动力的纯电动车存在电池重量大、废电池回收难、续航里程短等致命弱点,日本开发燃料电池车的动向值得我们思考。

  风、光、核制氢,为氢燃料电池提供潜在机遇

  面对着国际上氢燃料电池汽车的蓬勃发展态势,同时也为了解决我国出现的弃风难题,建议我国积极开展氢能利用的研究探索。事实上,我国不仅仅面临着“弃风”难题,“弃光”、“弃核”的问题也开始凸显。在光电领域,国家能源局数据显示,2015年,我国西北部分地区出现了较为严重的弃光现象,新疆、甘肃的弃光率分别达到了26%和31%;2016年第一季度,我国弃光限电约19亿千瓦时,宁夏、甘肃、新疆的弃光率分别达到了20%、39%和52%。在核电领域,2015年我国核电平均利用小时数同比下降437小时,相当于少发125亿度电;2016年第一季度,我国福建省、辽宁省的核电机组平均利用率都比较低,由于电网无法消纳而出现减产限产现象。在电能过剩的背景下,利用放弃的风电、光电、核电制氢,为氢燃料电池汽车产业的发展提供了潜在的机遇。

  一、加强顶层设计。建议国家制订氢能发展专项规划,协调整合国家能源局、工信部、科技部等有关部门的资金、政策等鼓励措施,支持氢气生产、储存、运输、使用的全产业链发展,推动氢燃料汽车核心技术、关键零部件的研发生产和应用推广,加强国际交流合作。

  二、开展地方试点。目前,国内外氢能产业还处于发展的初步阶段,氢燃料电池汽车的大量普及还面临着氢气成本较高、加氢站数量较少、汽车造价偏高等瓶颈,是否会成为新能源汽车的主流技术路线尚存在一定的不确定性。目前,我国如广东佛山(云浮)氢能源产业基地、江苏丹徒氢能源产业园已经开展了大量实践,建议国家梳理现有经验不足,选择若干地方城市开展试点示范,给予优惠政策支持氢能产业发展。

  三、对接绿色金融。氢能产业的发展离不开大量资金的支持,绿色金融工具可以发挥重要的促进作用。建议一行三会研究制订支持氢燃料电池汽车行业的优惠政策,在绿色信贷贴息、绿色债券发行、产业基金设立、资本市场融资、交强险费率优惠等领域探索给予政策支持和资金扶持,研究探索氢气现货、期货交易,形成业界认可的价格信号,为开展氢能利用财政补贴提供基础。

  四、保障水源供应。环保部数据显示,2014年,我国废水排放总量716.2亿吨,其中工业废水排放量205.3亿吨、城镇生活污水排放量510.3亿吨;全国拥有城镇污水处理厂6031座,全年共处理污水494.3亿吨。我国尤其是北方相对缺水地区,可以考虑使用污水处理达标后的中水作为电解制氢的原料,既能保障水源供应,同时还能化解不少地方存在的“中水回用”价格偏低运营亏本、老百姓接受度低推而不广等难题。

  五、鼓励企业参与。氢能产业的发展除了政府机关、科研院所,还需要汽车、电力等行业的龙头企业积极参与,建议成立氢能和燃料电池行业协会,整合上下游产业链的资源信息,共同推动关键技术的创新突破。

  总之,不少发达国家都将氢能和燃料电池作为未来发展重点,我国在氢能开发利用领域也具备了一定的基础,在制氢、储存氢等部分环节位居世界前列,但由于种种原因,整体上同日本、美国相比还有较大差距。在可再生能源弃电现象较为严峻的情况下,建议我国化被动为主动,探索利用过剩电能生产氢气,为氢燃料电池汽车产业的发展创造有利条件。

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