“电-氢-储”联动期待变革性技术

2024-9-23 09:39 来源: 中国石化报 |作者: 徐春明

中国科学院院士、重质油全国重点实验室主任徐春明介绍,能源结构转型是必然的,未来以可再生电力为主的绿电、绿氢的应用将成为必然发展趋势,同时也将带来新的技术路线和需求,特别是以绿电烯和绿电氨为主要内容的绿电驱动的化工过程。

随着新技术和需求的产生,变革性的工艺和路线也会相继出现。徐春明提到,如今话题大热的电烯过程备受国内外关注,其采用电加热替代传统烧油烧气的加热方式,可显著降低乙烯生产能耗。现在每生产1吨乙烯需要消耗0.5~0.6吨燃料油,并排放二氧化碳。如果能以简便快速的绿电加热替代常规加热炉供热,就可以非常灵活地将很多低价值的副产品,如丙烷、低碳烃、芳烃等转化成丙烯、乙烯、丁二烯等,不但有减碳的贡献,而且在成本上有竞争优势。但实现这一转变面临诸多挑战,包括传热机制、装备材料的革命性变化,以及电磁强化功能的研发与新装备的设计制造等。

绿电氨也是当前重要的研发方向。传统合成氨能耗高、排放大,新路线探索采用电热水结合烟气变压吸附技术,这个过程可以不消耗任何化石能源,完全利用绿电,将原来高能耗、高排放的过程转变为低能耗甚至没有排放的绿色过程。合成氨可以作为储氢的介质,也可以作为液体绿色燃料。如果打通这个化工过程,将为绿电的大规模消纳和绿电氨生产提供新的变革性技术。目前,1万吨/年绿电绿氢生产合成氨示范项目正在建设中。

徐春明说,氢能将在未来能源生产和消费中扮演重要角色,氢能产业化应用也非常重要。上游制氢环节有化石能源制氢、工业副产氢和电解水制氢等方式,其中,绿电制氢过程不会排放温室气体,且得到的氢气纯度高,是未来制氢的主要方向。中游储运加氢环节,无论是高压气态、液态、固态储氢,还是管道输氢,都比较依赖制氢和用氢的场景。下游用氢环节,燃料电池是重要的应用场景。目前,我国已初步掌握了燃料电池电堆、动力系统、核心部件、整车集成技术。其中,电堆产业发展迅速,但多以集成生产为主,动力系统及整车产业发展较好,配套厂家较多且生产规模较大,但核心部件对外依赖度较高,这也是当前制约产业发展的关键。

中国石油大学重质油国家重点实验室在氢能方面也做了一些基础研究,如固态储氢方面,针对金属氢化物做了一些前期工作,其中核心的储氢罐可在低压和常温下实现一定规模的储氢;氢冶金方面,以氢气为还原剂的短流程路线则可以大幅减少碳排放

电能和氢能的前景虽然广阔,但其波动性也会导致新的问题。为实现大规模消纳和利用,电网级储能及新储能方式至关重要。传统储能方式受地域限制,需采取灵活智能手段与化工耦合。大规模储能成本高昂,液流电池成为首选。全钒液流电池已商业化,但成本和可靠性仍需优化。徐春明认为,未来铁-铬液流电池可为大规模储能提供低成本新选择,实现“电-氢-储”联动,从根本上推动实现低碳或无碳能源。

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