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笔者在宏观与行业观察者中已经分析很多种行业的预期包括技术路线笔记。 这次，笔者再次将氢能源路线分享给读者们。 高比例可再生电力系统 双碳目标下，高比例可再生电力系统提上日程。 未来，可再生能源，化石能源，新型储能系统，必将三脚鼎立，形成一个稳定可靠的高比例可再生电力系统。 高比例可再生电力系统中电化学储能（如锂电池）是保障电力供应的重要一环。 但受限于无法长时连续运行的特性，仅依靠锂电池（或其他具有类似特性的储能技术）来增加可再生发电容量并不是一种成本效益高的脱碳电力系统策略。 然而，氢能源的优点非常显著： 一是可以逐步替代燃煤电站，为系统提供高效能的全时域储能，填补风、光电能间歇性造成的系统功率缺额，支撑电力系统稳定运行； 二是利用其700摄氏度以上工作温度的特点，可以与汽轮机组成联合循环机组，为电力系统提供转动惯量； 三是其输入不仅可以是氢能，还可以是天然气、煤气和沼气等燃料气，通过固体氧化物燃料电池前置的重整装置可以将氢能和二氧化碳分离，实现二氧化碳回收和零碳发电。 那么绿色氢能从哪里来？ 无碳氢循环 笔者阅读了一些文献，将笔记整理如下： 一、海风绿氢 根据沿海地区能源特点，建立风电制氢和核能 制氢基地可满足未来绿色氢能的发展趋势，大规模供应无碳氢。 风电制氢从弃风制氢的辅助并网模式 转变为专一制氢的非并网模式，可提升制氢的转换 效率和经济性。 非并网模式下，综合考虑不同水电解制氢的设备成本及技术特点，碱性水电解设备为 主并以 PEM 水电解设备辅助的方案或许具有较好应用前景，可深入研究分析。 二、核能+LNG+海风利用第四代核能系统 的高温核热，高温热化学循环分解水制氢和高温蒸 汽电解制氢可实现核能到氢能的高效转化，可在未来应用于大规模无碳产氢。 依托 LNG 接收站经验建立液氢港口，成为国际液氢集散中心，有利于发展国际氢能贸易。 联合风电制氢、核能制氢、液氢港口，耦合形成沿海特色氢源基地，可发挥氢作为实体能源的优势， 助于氢实现对石油的替代，有利于向无碳社会过渡。 在 LNG 接收站，LNG 气化过程中存在大量具有 回收价值的冷量。 若是将氢出口港和 LNG 接收站联合建设，可考虑利用 LNG 气化过程的大量冷能对氢 液化循环进行预冷，可在解决 LNG 冷能利用问题的同时，有效降低氢液化的能源需求和资本成本。 三、液态太阳燃料李灿院士课题组致力于太阳燃料的研究，即利用太阳能等可再生能源通过光催化、光电催化和电解水获得氢气，再通过 CO2 加氢制甲醇等燃料以及烯烃、芳烃等化学品，从而实现可再生能源和 CO2 的资源化利用。 ZnZrOx 固溶体催化剂具有优异的二氧化碳加氢制甲醇性能，其中 Zn 和 Zr 分别对 H2 和 CO2 的活化起到关键性作用。 李灿院士课题组系统研究了 ZnO 基催化剂和 ZrO2 基催化剂，并发现 MaZrOx(Ma=Cd,Ga) 固溶体催化剂也具有优良的 CO2 加氢制甲醇性能。 以太阳能为代表的液态太阳燃料技术路线图 1，能量源头是太阳能等可再生能源， 2，可利用水将太阳能存储在 H2 中， 3，也可进一步利用 CO2 将太阳能存储在CH3OH 中， 4，CH3OH 可直接作为能源，也可运输到需要的场合与水重整放出 H2， 5，最终 H2 以燃料或燃料电池的形式将能量供给人类。 6，释放过程中，CO2密闭环境中可以直接吸附，压缩回收！ 整个过程只消耗太阳能，水、二氧化碳仅充当能量的媒介且可实现完美循环，而 H2 和甲醇则充当了能量的载体，这是一条能源清洁利用的完美路线。 阳光甲醇，被称为液态太阳燃料！ 四、碳捕捉液态阳光路线，也提供了一条额外二氧化碳捕捉的途径。 五、甲醇+水重整制氢甲醇+水，释放出氢气和二氧化碳，从而给燃料电池提供氢。 完美的液体太阳能 1，安全 在危险性上，甲醇的危险性总和为28级，远远小于汽油，柴油和天然气的危险性，甲醇是相对最安全的燃料。 2、摆脱技术进口依赖 甲醇燃料电池采用的高温质子膜对氢气的纯度以及相应的配套设施的要求，也是它与传统的氢燃料电池相比具有优势。 而且在传统的氢燃料电池路线上，中国也缺乏核心技术，特别像加氢，储氢，燃料电池等核心技术大部分依靠进口，缺乏核心竞争力。 3、负碳生产过程 氢气+二氧化碳=甲醇的过程中，氢气：二氧化碳比例是1：1.375，因此制造甲醇的过程是一个负碳排放过程。 而甲醇冷却存储过程还可以吸附更多二氧化碳，形成一个额外的碳捕捉过程。 最终，各种绿色氢能源获取途径最终可以合一，都可以以甲醇CH3OH为中间存贮、运输载体，以实现氢能源的长距离安全运输，以及加氢站的安全储存，从而完美解决氢能利用的瓶颈！ 甲醇+水重整制氢也为中国氢能发展打开了空间！ |
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