此外,项目还展示了航运业如何凝聚集体智慧,应对这些关键问题。
据了解,Vineyard海上风电项目最早规划于2018年,在2019年至2020年期间,该项目因无法通过美国联邦政府的环评而一拖再拖。今年5月,Vineyard海上风电项目最终获得了美国联邦政府授予的开发许可,成为美国首个商业化开发的大型海上风电项目
但这些举措也并未挽救Cape,开发商还是在2017年放弃了这一项目。据了解,Vineyard海上风电项目最早规划于2018年,在2019年至2020年期间,该项目因无法通过美国联邦政府的环评而一拖再拖。事实上,这并不是美国海上风电项目第一次遭遇法律挑战。仅以马萨诸塞州为例,该州若要实现2050年碳中和的目标,未来30年里至少需要30至40吉瓦光伏以及风电装机。标普全球普氏也报道称,对于目前美国各州规划的海上风电项目,并网已成为了一大难题。
EE新闻网援引多位美国法律工作者的话称,虽然现在美国已经建立了针对海上风电的联邦政府审批流程,但这一流程尚未经过法庭的严格审查,最终针对Vineyard海上风电项目的诉讼结果尚不能确定。根据美国能源媒体EE新闻网报道,这一案件原告在诉讼文件中列出了Vineyard海上风电项目的18项缺陷,其中包括会对海上濒临灭绝的多种珍稀物种造成影响,以及缺乏台风等极端天气情况下风机可靠性的试验数据、海上风机存在漏油等多种风险。构建氢能供给系统在消费地就近使用,已被认为是一种有效、经济、安全的途径。
2.3 氢气输送技术2.3.1 容器运输氢气可以通过容器以压缩气体、液体或者存储在氢化物的形式进行运输。产出的氢气纯度约为99%,需要进行脱碱雾处理。日本对标欧盟和美国,为PtG系统设定了世界最高标准的技术指标与成本目标,包括2020年之前实现投资成本5万日元/kW。2020年4月,国家能源局对外发布《中华人民共和国能源法(征求意见稿)》,其中在能源的定义中将氢能列入,国家统计局2020年起也将氢能纳入能源统计,这表明从国家监管的角度已逐渐承认氢能是一种正式的能源并进行管理。
然而,新兴能源发展的核心就是实现低廉、高效的原料来源和储运,氢能发展也面临同样的问题。可再生能源制氢的关键核心技术是高效的电解水制氢技术。
液氢的密度比天然气要低很多,因此运输成本更高。工业副产氢成本低廉,但运距超过200km时其成本优势不复存在。我国力争于2030年前实现二氧化碳排放达到峰值、2060年前实现碳中和。氢能可被广泛利用已成为发达国家的一种普遍共识。
因此,如何降低氢气供应成本是当下产业发展无法回避的问题。可靠、低廉的氢源供应、储运及加氢站运维已被认为是氢能产业大规模发展的限制性环节。也可利用氢的电化学性质,作为燃料电池的原料用于燃料电池汽车、分布式热电联产等。3)提高气体输出压力,便于气体储存和输送使用,减少后续的增压设备需求,降低整体的能耗。
特别是利用可再生能源电解水制氢后,将氢气作为一种能源进行储运与使用,能够在满足当前使用者偏好与习惯下,最大限度地实现可再生能源的跨地区、跨季节利用,以减少全球碳排放。因为Ir、Ru的价格昂贵且资源稀缺,而目前的PEM电解槽的Ir用量往往超过2mg/cm?,迫切需要减少IrO?在PEM水电解池中的用量。
2.1.4固体氧化物电解水制氢高温固体氧化物电解电池(solidoxideelectrolysiscell,SOEC)即固体氧化物燃料电池(solidoxidefuelcell,SOFC)的逆反应。氢燃料电池汽车仍是我国氢能发展的重点,但实际上基于我国能源资源的禀赋特点、二氧化碳减排的压力和可再生能源大规模接入的现实状况等,氢能作为一种主要的二次能源载体有必要、也有潜力在实现碳中和目标过程中发挥更大的作用。
碱性电解槽主要结构特征为液态电解质和多孔隔板,如图2所示。此外,德国计划于2022年建成一座100MW规模的PtG项目。文 / 李建林 李光辉 马速良 王含来源:《热力发电》。图4 PtG技术与应用示意图欧洲可再生能源资源通常远离需求中心,如北非或南欧的产能远远超过地区的能源需求,虽可通过远距离输电网将电力输送到需求地区,但由于涉及各国的政策和规划问题,成本高昂,难以实现。66个示范项目开启欧洲发展氢能序幕《巴黎协定》制定了将21世纪全球平均气温上升幅度控制在2℃以内,并将全球气温上升控制在前工业化时期水平之上1.5℃以内的目标。尽管PEM电解水制氢技术与可再生能源耦合方面优势明显,但若要更好地满足可再生能源应用的需求,也需要在以下方面进一步发展:1)提高PEM电解水制氢的功率,与大规模可再生能源消纳的需求相匹配。
2)提高电流密度和宽负荷变化工作能力,降低系统成本,实现可再生能源的高效消纳,同时也便于辅助电网调峰,减轻电网负担,提高能源使用效率。这些问题是由氢气本身性质和各地资源禀赋决定的,无法做出本质上的改变,因此,难以存在单一最优模式,而是需要因地制宜,实现多元化发展。
2)应重视氢源供应及储运的发展。近距离的氢气运输主要采用长管拖车进行输送。
氢能的价值在于可为各种关键性的能源挑战提供应对策略,即为多种能源之间的物质与能量转换提供解决方案,氢能在未来能源结构中的作用如图1所示。2)在如何获得廉价氢源方面,各地根据自身禀赋,因地制宜地获取氢气或将成为解决氢能成本问题的主要方式,氢气的来源将迎来多元化发展。
日本企业大林组和川崎重工于2018年4月在全球率先实现以100%氢气作为1MW级燃气轮机组的燃料,在测试期内即向神户市中央区人工岛PortLand内4个相邻设施(神户市医疗中心综合医院、神户港岛体育中心、神户国际展览馆和港岛污水处理厂)提供了功率为1.1MW的电能和2.8MW的热能。尤其当氢气应用于交通领域时,还要求有较高的质量能量密度。除了氢能燃料电池汽车外,欧盟正在发展将氢气混入欧洲天然气管网中形成混合气的技术。《欧洲氢能路线图》中对氢能价值的描述如下:首先,氢是当前交通、工业和建筑等碳排放大户实现大规模脱碳的最现实选择。
但三者的电极材料和电解反应条件不同,其技术比较如表1所示。表3 2种氢燃料电池物流车的参数通过长期的跟踪与研究,认为目前氢能产业的成本因素变化具有如下特征与趋势:1)全球范围内氢能产业均仍处于示范推广阶段,对于氢能的成本及盈利性虽已有广泛的讨论,如多个国家提出了氢能发展成本指标,以及根据具体的示范项目进行了数据模型测算,但现实中缺少商业化运营的验证。
三者的基本原理是一致的,即在氧化还原反应过程中,阻止电子的自由交换,而将电荷转移过程分解为外电路的电子传递和内电路的离子传递,从而实现氢气的产生和利用。目前,氢气的储存方式主要有高压气态储氢、低温液态储氢、有机液体储氢、多孔材料及金属合金等物理类固态储氢。
低温储氢罐的设计制造及材料的选择一直存在成本高昂的难题,导致液化过程和储氢容器技术复杂,成本增加。随着降低NOx值、提高发电效率等技术难题的突破,将使氢气大规模发电成为可能。
根据测算,使用成本交叉点应在30元/kg以下,即氢气售价在此价格以下才能在市场上占据优势,而目前国内加氢站售价为60~80元/kg。2.3.2 管道运输氢气运输的另一个主要方式就是管道运输。为了向全世界展示氢能发展成果,日本政府还斥资3.5亿美元为东京奥运会修建地下输送管道,将福岛氢能直接输入奥运村,使至少100辆氢燃料电池公交车以及训练设施、运动员宿舍等6000余座奥运村建筑全部通过氢燃料供能。氢混合气管道系统与纯氢管道系统对比如表2所示。
阴阳极气体扩散层起集流和促进气液的传递等作用。我国当前氢能发展方向主要集中在氢燃料电池汽车领域,从国家政策的支持方向来看,氢燃料电池汽车与纯电动汽车或将共同形成我国新能源汽车未来发展的双轮并行态势。
商业化的Pt基催化剂可直接用于PEM电解水阴极的析氢反应,现阶段PEM电解水阴极的Pt载量为0.4~0.6mg/cm?。可再生能源制氢在未来更具可持续性,但是一段时期内我国最现实的路径选择或许是,沿海地区主要是工业副产氢,内陆则是煤制氢与可再生能源制氢模式并存。
然而,目前在技术方面,阳极与阴极材料在高温高湿条件下的稳定性和电堆系统在长时间运行下衰减过快等问题仍亟待解决。满足上述条件的催化剂主要是Ir、Ru等贵金属/氧化物以及以它们为基的二元、三元合金/混合氧化物。
文章发布:2025-04-05 10:32:57
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图1 氢能在未来能源结构中的作用根据各国氢能发展路线所描绘的图景,在制氢方面,利用趋于成熟的PowertoGas(PtG)技术,将弃风、弃光等无法并网的可再生能源电解水制氢,以解决可再生能源的消纳问题。
索嘎