碳中和目标时代绿色氢能发展技术路线研究

大力发展氢能特别是绿色氢能是推动绿色低碳转型和新能源发展、实现碳中和目标的重要举措。论述了氢能的开发利用途径、氢能在“源网荷储”新型电力系统建设中的重要价值以及“风光氢储”的主要形式及重要载体;重点梳理了碱性电解水制氢技术、质子交换膜电解水制氢技术、固体氧化物电解水制氢技术和阴离子交换膜电解水制氢技术的能耗、成本、碳排放、能源效率、产业化程度、单机规模、技术瓶颈与发展方向;总结了氢能产业面临的技术难题与挑战,并提出了氢能产业的技术路线与发展趋势。

基于分布鲁棒机会约束的移动氢能系统制-储-运氢协同优化

氢能是中国能源低碳化转型的重要载体之一。移动氢能系统利用富余新能源制氢后充入储氢罐存储,然后通过氢气长管拖车将氢产品运输至各加氢站。文中提出一种基于分布鲁棒机会约束的移动氢能系统制-储-运氢协同优化方法。首先,构建移动氢能系统新能源制氢储氢与长管拖车运氢协同优化模型,并采用一种“虚拟节点插入”方法对氢气长管拖车路径规划模型进行等价化简。其次,采用数据驱动的分布鲁棒机会约束处理加氢站氢气需求的不确定性,构建基于Wasserstein距离的移动氢能系统分布鲁棒模型,并基于条件风险价值近似将所提分布鲁棒模型转化为混合整数线性规划问题。最后,以中国西安市交通网为基础构造移动氢能系统算例,验证了所提模型和方法的有效性。

氢能高效运输路径选择分析

在介绍了氢能不同运输方式的基础上,对当前国内外不同氢能储运技术特点进行了分析,对未来涉氢企业选择储运氢路径提出了建议。

我国制氢技术专利发展与工艺路线研究

氢能作为一种极具潜力的清洁能源,被认为是连接化石能源向可再生能源过渡的桥梁,是实现能源可持续供给和循环的重要能源载体,世界各国都投入大量资金进行研发。制氢技术是氢能利用最重要的技术环节。本文首先通过专利分析,梳理并归纳我国制氢技术研究特征和研发重点,厘清我国在制氢领域的发展状况,并结合文献调研总结我国当前主流制氢技术工艺及路线,以及存在的问题,最后,就我国制氢技术及产业的发展提出建议。

一种基于电解水制氢及甲醇合成的碳中和能源技术路线

在“双碳”日益成为全球热点的背景下,该文提出一种适合于中国国情的新型碳中和能源技术路线。采用非化石能源发电系统产生电能中的弃电和谷电来电解水制氢;采用氢气和从生物质富氧燃烧系统中捕集的CO_(2)合成甲醇;随后,甲醇被储运至全国各地,用于化工生产和燃料供能;最后,根据能源需求,将甲醇重整生产氢气,用于燃烧和发电。此外,对所提出的新技术路线进行情景分析。研究表明,新技术路线不仅可以提高新能源的消纳,保证电网安全稳定运行,还可以降低氢能储运带来的安全风险和高成本。此外,该技术路线可以替代石油,增强我国能源安全;同时整个过程可以实现CO_(2)的零排放。该研究有望为我国能源领域实现碳中和提供一种有价值的技术路线。

“双碳”目标下氢能发展体系构建和产业创新布局展望

针对绿色氢能发展体系构建和产业创新布局进行了综述性研究分析。首先围绕氢能的由来、优势和主要用途来介绍氢能在达成双碳目标国家战略中的关键作用。以重庆为研究对象,从重庆自然资源禀赋出发,研究重庆构建双碳目标时氢能的作用。在宏观政策层面,围绕商业驱动力、配套政策法规、技术研发详述当前的氢能应用障碍。在技术细节层面,归纳几种主要的制氢路线,发现质子膜交换法更具灵活、高效率特性,发展前景较好。随后对氢能存储、运输及应用的几种方式进行讨论和对比分析,发现管道存储和运输更具远距离大容量、安全高效优势,具备良好的发展前景。最后结合重庆“山城”特色,针对不同地理条件进行氢能供应链建设分析,并提出了“港区富集新能源建设-船舶水运氢能”和“山区因地制宜建设氢站-风光氢打捆上网”的两种重庆特色氢能发展路径,最后对重庆制氢成本进行算例分析。本文对于重庆开拓制氢储能产业链和氢电耦合运营模式具有良好的指导作用和参考价值。

“双碳”目标下我国氢能产业发展路线研判

“双碳”目标出台后,我国氢能产业步入快速发展阶段。预计当前至2030年是我国氢能产业发展的奠基期,这一时期氢气将经历由化工原料向交通燃料的角色转换,蓝氢、绿氢技术成熟且实现商业化。绿氢时代我国将形成绿电制氢、依托天然气管网跨区域输氢、氢储能、分布式天然气制氢及系列氢走廊建设等氢能重点工程,构成氢能发展路线。目前地方发展氢能积极性高,建议及时制定出台国家层面氢能发展规划,攻关氢能领域核心技术,进一步完善氢能产业系列标准,加大氢能发展政策支持以及组建氢发展联盟,促进氢能产业实现可持续发展。

电动货车及其相关技术研究进展

主要对电动货车的类型、能源供给系统、路径规划和控制策略等进行了综述与分析,指出当前电动货车研究中存在的问题,对电动货车的发展进行了展望。研究表明,目前混合动力货车主要应用在港口和城际物流领域,纯电动货车以短途市内物流配送为主,兼顾部分短途特殊工况的专用车,氢燃料电池车主要集中于总质量7.5~9.0 t的物流车,以市内物流配送为主,未能充分发挥其优势;对于能源供给系统,研究主要集中于无线充电、快速充电、换电、储氢技术以及加氢站建设;在充电桩、换电站与加氢站尚未普及的情况下,对充电与货物配送的路径规划以及综合提高电动车辆制动稳定性和经济性的控制策略依然是研究热点。

上海市氢能发展总体技术路线选择

近年来,国内外氢能产业持续快速发展,其中的氢燃料电池产业更是成为各地布局新能源发展的重要抓手之一。立足于上海市发展氢能的基础和需求,结合上海市加氢站商业化建设运营机制政策研究,从近期、中期、远期三个维度,分上游、中游、下游三个层面,着眼于把上海市打造成我国氢能源开发利用示范基地这一目标,提出了上海市氢能技术应用发展路线图,以期为上海市燃料电池汽车基础设施建设及氢产业的长期发展提供支撑。

国际氢能发展战略比较分析

[目的/意义]氢能在世界减排战略布局中的地位日益凸显,日本、美国、欧洲等发达国家纷纷制定氢能发展政策,积极探索氢能制造、储存、运输以及应用全产业链的技术路线。我国也已将氢能作为“双碳”战略的重要选项之一。[方法/过程]该文将世界氢能强国日本、美国、欧洲以及中国的氢能政策进行对比分析,并以incopat数据库为专利数据来源、WOS核心数据库为论文数据来源,利用关键词和IPC专利分类号组合构建检索式,从氢能的产、储、运全链路探究不同国家地区近10年技术研究变化趋势。[结果/结论]中国氢能发明专利数量全球领先,但基于专利被引频次的专利总体质量、专利研发合作与转化方面还存在不足。基于政策、技术层面的对比分析结果,结合我国实际,为我国氢能战略布局提出重视氢能源全产业链知识产权保护与创新、构建氢能源多元化商业应用模式、完善专项规划与政策体系等三点建议。

氢能供热技术发展现状与分析

介绍氢能供热的技术原理与分类,总结国内外氢能供热技术的发展现状,对不同热源形式下氢能供热的应用场景、技术优势、技术成熟度等进行比较,提出我国发展氢能供热产业的建议。