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“双碳”创新场景如潮涌流
2022-01-10 来源: 经济参考报

  编者按:

  作为一场广泛而深刻的经济社会系统性变革,“双碳”目标正在赋能众多生产要素,催生大量新技术、新产业、新市场、新应用。从能源领域不断衍生的新产业,到推动低碳理念的新市场,再到数字人民币在新场景的应用,“双碳”已经潜移默化进入越来越多的行业领域、人们生活的方方面面,也将催生更多的创新场景如潮水般地涌流。

在唐山海港经济开发区运行的氢能重卡。新华社记者 杨世尧 摄

  氢储能:前景广阔蓄势待发

  □记者 安娜 李亭 张健 北京报道

  在“双碳”目标带动下,横跨氢能和储能两大能源业新赛道的氢储能优势凸显。业内人士认为,随着各项技术基本成熟,氢储能已具备大规模推广的基础条件,不过目前仍处于商业化初期阶段的氢储能,还期待产业化培育力度进一步加大。

  应用前景广阔

  “广义的氢储能是指把任意形式的能量转换成氢气的化学能,以氢气的形式进行存储。狭义的氢储能是指将太阳能、风能等清洁能源发出的电能或夜间电网的过剩电能,通过电解水制取氢气,通过储氢罐存储,之后由燃料电池发电技术等实现氢气的利用。”天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室副教授秦彦周说,常规的电池储能是电能与电能的转换,而氢储能是电能与氢气的转换。

  同时,氢储能相对于电池储能和其他传统储能方式,具有一定比较优势。记者调查了解到,电池储能主要适用于小功率、短周期、分布式储能,氢储能更适用于长周期、大规模、集中式储能。在大规模储能方面,氢储能相对于电池储能成本优势明显。

  “氢储能可以有效助力新能源并网,缓解区域能源分配不均问题。”北京一家氢能应用技术研发企业有关负责人告诉记者。

  “氢储能可解决清洁能源发电循环波动大、上网难的问题,可实现电网的‘削峰填谷’和负荷的灵活调配,并且制取和存储的氢气也可大规模用于燃料电池汽车和化工合成原料。”秦彦周进一步解释说,氢气的热值约为汽油热值的3倍,焦炭的4.5倍,因而单位质量的氢气蕴含着非常高的能量。氢气无论是燃烧还是通过燃料电池发电,最终产物只有水,清洁无污染。

  “就电网侧大规模储能而言,除了抽水蓄能,我们认为氢储能也是一种比较好的方式。”隆基氢能科技有限公司副总经理王英歌说。

  此外,中国科学院科技成果转化母基金研究总监邵元骏介绍,氢储能在完成电能转化成氢能的步骤后,还可以通过简单的加工,进一步制成氨气、甲醇等加以应用,特别是制成液态的甲醇以后更便于存储。

  《中国氢能产业发展报告2020》预计,2050年,氢能在我国终端能源消费占比将达10%,国内氢燃料电池汽车保有量将达3000万辆,氢气需求量达6000万吨,我国将进入氢能社会。

  “氢储能未来应用前景广阔。”秦彦周说。

  产业蓄势待发

  记者调查了解到,在“双碳”目标引领下,目前在国内氢储能领域,利用光伏、风电等清洁能源电解水制氢(即“绿电制绿氢”),受到越来越多投资者的青睐,特别是一些大型石化及煤化工企业,在这一领域走在前列。

  在中国石化胜利油田生产区,记者看到,一排排深蓝色的太阳能光伏板与高大的抽油机相伴共生。

  中国石化胜利油田新能源开发中心副经理邢建军介绍,油井在正常作业过程中,一般占地面积比较大。油田有大量闲置土地,正好可以用来发展分布式光伏,满足生产用电需求的同时,还可以用这些绿电来电解水制绿氢。下一步,油区内的运输车辆也将采用氢能重卡取代原来的柴油重卡,并用自产的绿氢给氢能重卡加氢,不仅可以减污降碳,还可以降低能耗,节省用能成本。

  胜利油田提供的数据显示,到“十四五”末,油田要建成500兆瓦分布式光伏、1500兆瓦集中式光伏,在当地的光照条件下,2000兆瓦光伏发电装机一年约发25亿度电,这相当于油田当前用电量的一半左右。

  “到‘十四五’末,我们争取氢气年产能达到1万吨左右。等我们制氢规模上来以后,除了自用,也力争给山东省的氢能基地提供一些绿氢。”邢建军说。

  值得一提的是,氢气对于油气企业的价值,不只是可作为能源使用,还可参与化工生产过程。“对于石油化工来说,氢气是非常宝贵的资源。一家炼油企业能炼多少油,油品品质能否满足市场需求,目前都需要通过加氢来调节和实现。”中国石化济南炼化公司代表、党委书记夏季祥告诉记者。

  胜利油田和济南炼化的氢储能应用和发展,只是中国石化氢能版图的一部分。数据显示,中国石化目前年生产氢气约390万吨,在全国已累计建成加氢站38座;到2025年,公司计划建成油氢合建站、加氢站1000座。在绿氢科技方面,中国石化首套自主开发的质子交换膜(PEM)电解水制氢示范站已投入运营。此外,公司正在布局一批绿氢炼化示范项目。

  在煤化工领域,氢储能也在发挥着作用。“在煤化工生产过程中加入绿氢,可以减少我们的二氧化碳排放。”宁夏宝丰能源集团股份有限公司总裁刘元管告诉记者。

  目前宝丰能源已建成全国领先的集“甲醇、烯烃、聚乙烯、精细化工、新能源”于一体的循环经济产业集群。2021年公司首个光伏电解水制氢项目正式投产,项目可年产3亿标方绿氢、每年新增减少煤炭资源消耗约40万吨、减少二氧化碳排放约70万吨。

  此外,氢储能的发展,还推动了传统能源与新能源企业的融合。记者调查了解到,为了发展绿氢业务,中国石化积极寻求与新能源企业的跨界合作,隆基就是其合作伙伴之一。

  “按照协议,我们将为中国石化提供分布式光伏和光伏地面电站的解决方案,并提供绿氢生产装备以及制氢相关解决方案。”王英歌说,“2022年我们规划上马1.5吉瓦电解水制氢设备,5年内,我们会形成5到10吉瓦电解水制氢设备产能。”

  “目前,国内氢储能各项技术基本成熟,依靠现有加油站等基础设施改造,能够实现加氢站的快速布局,推动氢气产业化应用。氢储能产业在国内已具备大规模推广的基础条件。”上述北京氢能应用技术研发企业有关负责人认为。

  培育仍待加力

  尽管氢储能产业前景广阔,也具备推广基础条件,但记者调查了解到,目前氢储能在我国仍处于商业化的初期阶段,未来还需要进一步加大氢储能的产业化培育力度。

  秦彦周等多位受访专家认为,现阶段氢储能的发展还面临多方面的风险,这在一定程度上影响了投资者的投资意愿,拖累了氢储能发展的步伐。

  比如,目前国内还缺乏氢储能运行、维护数据和成本核算方法,缺乏氢储能全生命周期的经济效益分析方法,导致运维成本难以评估;同时,氢能产业市场行情仍不够明晰,氢燃料电池汽车和加氢站的建设数量低于政策规划预期,完全市场化运行之后发展行情和竞争力也缺乏有效评估;在技术方面,电解水和燃料电池的核心材料,如催化剂、离子交换膜和碳纸的国产化程度仍较低,成本较高,寿命不足,并且内部传热传质过程复杂,需要在基础材料和水热管理策略方面加大研发投入。

  同时,据秦彦周介绍,氢储能系统存在多个能量转换环节,每个环节都有能量的损耗,因而系统整体效率偏低,加上目前较高的发电成本,还存在储氢成本较高的问题,解决途径是需要通过清洁能源发电技术的规模化应用降低发电的成本。

  此外,氢气的危化品属性也成为产业发展的桎梏。“氢气是一种非常活跃的气体,从某种程度上来看,比石油、天然气更危险。目前氢在我国尚未作为能源进行管理,而是作为危化品管理,按照危化品管理的相关规定,氢能发展依然障碍重重。”宁夏发改委能源发展处三级调研员姚波说。

  一些受访业内人士还担心,国内的“氢能热”会导致氢储能过剩。

  据中国工业气体工业协会统计,截至2020年底,共有11省、直辖市对氢能产业做出明确的定位与计划,60多个城市和地区做出了明确的氢能产业发展规划和指导意见,已形成京津冀、长三角、珠三角、川渝等多个产业发展示范聚集区。

  “并不是什么地方都适合发展氢储能。”王英歌说,氢能的产业链条长,要从制氢、储运、用氢各个环节考虑,算好综合经济账。“风光”资源丰富的地区制氢成本低,用氢的矿山、化工园区、重卡集聚区,适合现场制气。在现有运输方式下,氢气运输半径不宜超过150公里。“绿电+绿氢”的解决方案,特别适合在此类地区应用,利用“风光”可再生能源制氢的同时结合应用场景,实现了绿氢的就地消纳。

  秦彦周也建议,在“风光”资源丰富的地区优先发展氢储能技术,避免盲目开发,造成资源浪费。在他来看,未来氢储能的规模化发展,仍待建立全生命周期氢储能经济效益评估方法;科学的氢安全评估体系,在充分保证安全的前提下,适当放宽在建设方面的安全标准;因地制宜开展氢储能示范运行;并持续加大对氢储能关键技术的研发力度。

  (参与调研:苏醒、陈云富、侯凛、雷肖霄)

 

  碳市场:让碳管理热起来

  □记者 王默玲 田中全 上海报道

  自2021年7月16日鸣锣开市,全国碳市场稳健发展,正逐步让碳管理、碳技术等低碳理念热起来。展望未来,随着锚定“双碳”目标的实践持续、稳步推进,将打开更为广阔的绿色发展新图景。

  首个履约周期运行平稳

  在2021年12月23日生态环境部举行的例行新闻发布会上,生态环境部新闻发言人刘友宾表示,全国碳市场启动上线交易以来,整体运行平稳,企业减排意识不断提升,市场活跃度稳步提高。

  2021年12月31日,全国碳市场第一个履约周期顺利结束。据介绍,第一个履约周期共纳入发电行业重点排放单位2162家,年覆盖温室气体排放量约45亿吨二氧化碳。全国碳市场碳排放配额累计成交量1.79亿吨,累计成交额76.61亿元。按履约量计,履约完成率为99.5%。2021年12月31日收盘价54.22元/吨,较7月16日首日开盘价上涨13%,市场运行健康有序,促进企业减排温室气体和加快绿色低碳转型的作用初步显现。

  分析人士认为,总体来说,全国碳市场目前的交易表现并不足以反映其潜力,未来碳市场还拥有广阔发展空间。

  从“一本账”到“两本账”

  一位上海石油炼化企业负责人说,以前企业只算“钱”账,如今又多了一本“碳”账,想要把新账算好,就必须在低碳这条路上走到底。从“一本账”到“两本账”,转变之路上,全国碳市场作为推动实现碳达峰、碳中和重要政策工具的作用初步显现,这个大市场正为产业低碳转型持续注入活力。

  发电行业是首个纳入全国碳市场的行业。此前,不少发电企业“吃不准”自己到底实时排放了多少碳,而全国碳市场正式启动上线交易也让它们开始有了“碳管理”的意识。为解决发电企业碳排放核算与监测体系滞后问题,不少企业展开了技术攻关。国网湖北省电力有限公司电力科学研究院自主研发出一套碳排放在线监测系统,可提高发电机组碳排放测算精度,实时监测碳排放,以指导发电企业制定针对性的减碳措施。

  这本“碳”账也正在倒逼企业不断进行技术改进。作为首批参与碳市场交易的煤电企业之一,上海外高桥第三发电厂连续进行技术革新,不断刷新最低煤耗纪录,用新技术“省下来”的碳配额,为企业带来“碳收益”。

  上海外高桥第三发电厂总经理施敏说,立足以煤为主的基本国情,意味着我国的能源绿色发展一定是多维度的。一方面要拓展清洁能源的利用比重,另一方面也要推动煤炭清洁高效利用。“我们作为率先冲破280克/千瓦时最低煤耗整数关口的电厂,如今这套清洁高效燃煤技术也在多地电厂得到推广应用。”

  新科技新平台不断涌现

  上海外高桥第三发电厂正在与华东理工大学开展碳捕捉技术的开发研究,尝试将二氧化碳捕捉之后与氢气反应生产甲醇,目前该项目已进入年产1万吨的中试阶段;中国石化在拥有3万多座加油站的基础上,正在积极布局氢能产业,计划在“十四五”期间建成1000座加氢站;2021年9月,全国绿色电力交易试点启动,10余个省市、上百家用电企业纷纷向各地新能源发电企业购入绿电……

  新科技、新平台不断涌现,推动全国碳交易新市场逐步走向成熟。

  “实现‘双碳’目标,我们还有很长一段路要走。作为能源科技企业,我们正在投资、培育、孵化各种减碳、控碳、固碳的先进技术。”远景智能副总裁孙捷坦言,“但这些技术都还在早期研发阶段,我们还需要持续投资、攻关,接下来提供应用落地场景加以扶持,久久为功才能收获成熟的果实。”

  上海环境能源交易所董事长赖晓明表示,目前国内碳交易市场仍在起步阶段,未来将从多个方面开展建设工作:扩大市场覆盖面,从单一行业扩大到其他重点排放行业;尽快推动纳入投资机构进入碳市场;加快推动企业提升碳管理的能力,建立碳管理的体系;加快国内碳市场产品的多元化创新;推动一级市场、分配市场更加市场化运行;积极探索碳交易市场和其他市场的一些联动。

 

  数字人民币:落地光伏结算场景

  □记者 韩婕 沈寅飞 北京报道

  近日,由国网雄安金融科技集团有限公司、国网河北省电力有限公司、国网国际融资租赁有限公司河北分公司、中国工商银行北京分行和河北分行联合攻关的数字人民币智能合约赋能光伏结算场景,实现落地。

  据了解,电力公司为用户结算光伏发电收入后,依托数字人民币智能合约将定向向设备出租公司支付租金,剩余收益由农户全额享有,充分保障农户无忧享受光伏收益的同时,有效防范了金融机构的资金回收风险,提高了结算效率。

  “十四五”是碳达峰的关键期、窗口期,2021年国家首次提出构建以新能源为主体的新型电力系统,国家能源局下发《关于整县屋顶分布式光伏开发试点方案的通知》,光伏发电作为新能源的供给主体之一,被赋予重要使命。在农村地区推进光伏发电,既是增加新能源发电供给的有力手段,也是推进落实乡村振兴战略的重要举措,而控制贷款资金回收风险、降低结算费用是调动参与方积极性的重要因素。

  作为国家电网公司数字人民币工作主要承担者,国网雄安金融科技集团积极落实乡村振兴战略,本次数字人民币在雄安新区落地的光伏结算场景,是提前布局新型技术业态、推动能源行业数字化转型升级的一项重要实践,是推动创新成果在光伏发电领域的应用示范,为加快拓展数字人民币创新深度应用,全面构建数字人民币生态体系提供了有益探索,同时也是建设数字中国的重要基础,建设美丽中国的关键举措。

  据悉,数字人民币是中国人民银行发行的数字化法定货币,具有交易成本低、可加载智能合约等优势。国网金融科技集团数字人民币工作团队在实现数字人民币在电力交费场景基础上,不断推动数字人民币在电网场景应用,特别是将与“双碳”融合创新作为重要攻坚任务。此次数字人民币智能合约赋能光伏结算场景全国首单落地,发挥了数字人民币重要价值,在保障货币功能基础上满足了个性化需求,切实解决了交易成本高,资金挪用风险等痛点,创新了数字人民币服务“双碳”模式,扩宽了数字人民币的使用范围,树立了数字人民币服务实业新样本。

  下一步,国网雄安金融科技集团将以中央农村工作会议精神为指导,进一步整合优势,拓宽数字人民币应用场景,稳妥推进数字人民币创新应用,在服务乡村振兴战略、服务美丽乡村建设、服务新型电力系统建设、服务“双碳”目标实现发挥自身更大的价值。

 

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