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在未来的集成能源系统中,氢气有很多机会
2020年10月12日    阅读量:     新闻来源:中国化工网 okmart.com  |  投稿

美国能源部(DOE)国家可再生能源实验室(NREL)的最新研究发现了氢能为美国能源系统提供协同增效的关键机会,并量化了其对氢能市场的潜在影响。


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氢是宇宙中最丰富的元素,在化学和精炼行业,制造和运输中具有许多当前和潜在的用途。生产它还可以帮助解决与在电网上集成大量可变可再生能源有关的挑战中国化工网okmart.com。美国能源部能源效率和可再生能源办公室的氢和燃料电池技术办公室正在领导“ H2 @规模计划”,以促进多个能源部门可负担的氢气生产,运输,存储和利用。


通过该计划,NREL分析师与阿贡国家实验室,爱达荷州国家实验室,劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的研究人员以及行业专家合作,评估了21世纪中叶实现48个连续氢能源系统的技术经济潜力美国各州。调查结果发表在新报告《美国H2规模概念的技术和经济潜力》中。


“ H2 @ Scale概念的基础是使用氢气作为能源中间体,将能源系统中的各个部门整合在一起。氢气可以替代当前用于工业和交通运输的能源,并且通过提供更大的市场和灵活的电力负荷,可以报告的主要作者,NREL分析师Mark Ruth说。“这项研究表明,我们有足够的资源来做到这一点-而且有很多好处。”


H2 @ Scale概念


在H2 @ Scale愿景中,氢将作为补充电网的能源基础设施,并在工业和交通运输领域发挥更大的作用。如今,美国每年对氢气的需求量为1000万吨。它主要用于炼油,化肥制造和化学生产的工业领域。该报告评估了氢的新用途,包括炼钢,合成燃料,能量存储,注入天然气系统和燃料电池汽车。


这项研究描述了随着研发的发展以及天然气和电力价格的变化,当前和新兴部门的氢消耗的经济潜力。该研究估计,到2050年,美国对氢气的需求可能会增加到每年22–41百万吨。

 

这项研究中评估的一种制氢方法是电解,它可以利用电将水分子分解为氢和氧原子。当使用可再生能源或核能发电时,电解的排放量较低,但目前比从天然气生产氢的成本更高。该研究评估了基于研发的电解潜力,该研发降低了电解器的成本,并降低了电解器与大电网和核电站的集成。


由于低温电解槽仅需几秒钟即可开启并以最大容量运行,因此氢气还可以通过缓解间歇性问题来补充可变的可再生能源。它可以作为电网的响应负载,增强电网的稳定性,减少损耗,并为发电机创造额外的收入流。因此,该功能可以支持增加可再生能源的渗透。例如,H2 @ Scale分析表明,鉴于氢气需求的增长以及使用电解器将低成本,间歇性可用的电力货币化,将风力发电增加2倍是可行的。


NREL能源系统集成设施中的这种电解器将太阳能产生的能量转换为氢气。信用:国家可再生能源实验室

满足未来需求


这份报告是美国未来多部门氢气需求的经济潜力的第一份综合论文。分析人员确定了在五个未来方案中潜在的氢需求增加2到4倍的潜力。如果达到研发目标并克服障碍,在这些情况下生产氢将需要美国一次能源使用的4%至17%。


这五个方案是基于诸如资源价格,市场状况,氢能技术研发和推动基础设施可用性等关键假设的。参考方案使用当今条件,假设技术或市场开发很少。成本最低的电解方案假设了最积极的技术和市场开发,其余三个方案均在此范围内。


根据用户购买氢气的假设和价格,每年的市场潜力总计为22-41百万吨。这种增长的主要驱动力包括天然气价格和降低低温电解成本,尽管其他低成本氢气选项的需求可能会增加。


增长的大部分可能会发生在城市地区,但农村地区的金属精炼,生物燃料生产和甲醇生产可能会增加。


剩余的问题


为了实现H2 @ Scale概念的潜力,将需要持续的研究,开发和部署,尤其是对于电解技术。此外,电力市场的不断发展将使电解槽能够通过其提供的能源和电网服务货币化,这将带来大量机会。未来的分析应考虑区域性问题,运输和仓储成本,以及经济转型以扩大已确定市场的关键因素。


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