近年來化石能源的大量使用帶來了碳排放急劇上升、環(huán)境污染、極端天氣頻發(fā)、全球變暖等一系列問題,加之化石能源儲量日益減少,各國不得不考慮重構能源體系,尋找化石能源的替代方案,努力降低碳排放。
在此背景下,氫能成為全球主要國家和經濟體的共同選擇。氫能被譽為21世紀終極能源,不僅像石油一樣可以同時滿足熱能、電能、交通燃料三大能源層次的需求,而且氫能燃燒產物只有水,清潔無污染,可以實現零碳排放。
與此同時,氫能還有諸多優(yōu)勢:燃燒值是石油的3倍、煤炭的4.5倍,能量密度遠勝化石能源;可跨季長時間儲能;制備原料來源非常廣泛;可承接風能、光伏棄電等。
我國自十三五以來,逐漸加大了對氫能的重視。2020年,我國提出碳中和、碳達峰雙碳目標,其中就提到統(tǒng)籌推進氫能“制儲輸用”全鏈條發(fā)展,同年發(fā)布的《中華人民共和國能源法(征求意見稿)》,首次從法律上將氫能列入能源范疇。2022年頒布《氫能產業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021-2035年)》,氫能上升至國家戰(zhàn)略。
我國是全球最大的氫氣生產國,2022年氫氣產量達3781萬噸。據中國氫能聯(lián)盟預測,2026~2035年,我國氫能產業(yè)產值可達5萬億元,2050年氫能將占我國能源比重的10%以上,氫能產業(yè)鏈前景非常廣闊。目前氫能產業(yè)鏈主要分為制氫、儲運、加氫、用氫等環(huán)節(jié),每個環(huán)節(jié)都是一條大賽道。
制氫:制氫方式主要有化石燃料制氫、電解水制氫,其中通過化石燃料(包括石油、煤、天然氣等)制取的氫氣,因制備過程碳排放量大,被稱為灰氫;化石燃料制氫過程中如果采用了碳捕捉技術(CCUS、BECCS、DACCS),則被稱為藍氫;通過光伏、風能等清潔電力電解水(ALK、PEM、SOEC、AEM)制取的氫氣,過程中基本不產生碳排放,被稱為綠氫。不同制氫方式將長期并存,但綠氫最符合綠色低碳發(fā)展需要,是制氫“終極路線”。
儲運:氫氣的儲運可以分為儲氫和輸氫。高壓氣態(tài)儲氫短途一般采用長管拖車,長途則采用管道,可以是純氫氣形式,也可以天然氣摻氫輸送;低溫液態(tài)儲氫一般用液氫罐車、液氫駁船;固體材料儲氫一般采用金屬氫化物材料(LaNi5H6、MgH2等)儲存氫氣,駁船、大型槽車運輸;有機液體儲氫(LOHC)借助某些烯烴、炔烴或芳香烴等不飽和液體有機物和氫氣的可逆反應、加氫反應儲氫,可實現常溫、常壓運輸。
加氫:加氫站是給氫燃料電池車提供氫氣的場所。目前主要有站外制氫型、站內制氫型。其中站內制氫型就是直接在站內實現電解水制氫、儲氫、加氫一體化運作的加氫站。截止2022年底,我國已建成358座加氫站,居世界第一,據《中國氫能源及燃料電池產業(yè)白皮書》預測,到2050年,全國加氫站將達10000座。
用氫:氫氣用途非常廣泛,不僅可用于鋼鐵、化工、發(fā)電、建筑等領域,還可用于交通運輸領域。近年來以氫燃料電池為動力來源的交通工具越來越多,不僅是乘用車,還有自行車、公交、卡車、叉車、物流車、飛機、火箭、輪船等等。截止今年4月,我國氫燃料電池車保有量超1.4萬輛?!稓淠墚a業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021-2035年)》計劃到2025年增至5萬輛,發(fā)展?jié)摿薮蟆?br /> 目前氫能發(fā)展尚屬初級階段,氫能產業(yè)鏈整體成本偏高,但據國際能源署與國際氫能委員會研究顯示,隨著氫能規(guī)模的不斷擴大,氫能制取成本將以每年20%~30%左右的速度下降,到2030年氫能產業(yè)鏈整體成本至少會下降50%??梢姵杀静皇菃栴},實際上,氫能的真正命門是安全問題。
氫氣泄漏爆炸。氫能產業(yè)鏈任何環(huán)節(jié)的氫氣泄漏都非常危險,氫氣密度低、易燃,燃燒時呈現淡藍色火焰,在日光下難以察覺,且比汽油、液化天然氣更容易發(fā)生爆炸。
氫脆問題。天然氣摻氫運輸時,由于氫脆問題,可能導致金屬管道、螺栓、鉚釘等性能惡化甚至斷裂,進而引發(fā)泄漏、爆炸,因此需要控制好氫氣與天然氣的濃度比例。
總之,在氫能產業(yè)鏈大規(guī)模崛起之前,必須先解決產業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的安全問題。
今年8月初,我國多部門聯(lián)合印發(fā)《氫能產業(yè)標準體系建設指南(2023版)》,系統(tǒng)構建了氫能制、儲、輸、用全產業(yè)鏈標準體系,涵蓋基礎與安全、氫制備、氫儲存和輸運、氫加注、氫能應用5個子體系。安全被放在首要位置,且貫穿各子體系的標準之中。
據悉,國內氣體傳感器龍頭、智能儀器儀表制造商、物聯(lián)網解決方案提供商,漢威科技集團,深耕氣體傳感器領域,推出了一系列覆蓋制氫、儲運、加氫、用氫各環(huán)節(jié)的氫氣傳感器、儀器儀表產品及相關解決方案。
在氫氣傳感器方面,漢威半導體氫氣傳感器MQ-8對氫氣靈敏度高,對其他干擾氣體有很好的抑制性,是一款適合多應用場景的低成本傳感器;催化氫氣傳感器CMV-2021D可廣泛用于氫燃料電池車、氫能源制備、氫能源存儲、氫能源輸運及使用等場景中的氫氣檢測;電化學氫氣傳感器ME2-H2廣泛適用于商業(yè)領域,特別是民用領域的氫氣濃度檢測;車規(guī)級氫氣泄漏傳感器采用先進的MEMS敏感元件,加上車規(guī)級芯片電路,內置高精度算法單元,可自調整適應當前環(huán)境,濾除環(huán)境干擾,有效檢測氫氣濃度信號,可應用于氫燃料電池發(fā)動機和氫氣供氣管路系統(tǒng)之中。
在氫氣探測器方面,漢威BS系列氫氣探測器(BS01/BS02/BS03)抗干擾能力強,反應靈敏,微小氫氣泄漏也能迅速檢測出來,并進行數字聲光報警,設置、校準采用屏顯紅外遙控器,可遠距離一鍵操作。
在氫氣智慧化監(jiān)測方面,漢威氫氣在線監(jiān)測預警系統(tǒng)可對制氫、儲運、加氫、用氫等場景進行環(huán)境實時監(jiān)測、預警報警處理、設備智能管理;漢威危化品企業(yè)安全風險智能化管控平臺以氫氣等各類探測器為底層感知設備,引入區(qū)域風險研判模型算法和精準報警智能過濾誤報等算法,可對制氫、儲氫、輸氫管道、運氫車輛等進行全域智能監(jiān)控監(jiān)管,應急指揮調度,以及風險智能評估、風險精準預警,掃除氫氣安全監(jiān)管盲區(qū)。
氫能產業(yè)鏈正處于蓬勃發(fā)展期,氫能安全事關整個產業(yè)的發(fā)展與未來,漢威科技集團已經推出了覆蓋傳感器、儀器儀表、物聯(lián)網解決方案的氫能安全產品矩陣,將為氫能產業(yè)鏈的崛起守好安全根基。