巴勒莫大学工程系 - 意大利巴勒莫摘要 — 氢气是一种零排放燃料,如果由可再生能源生产(即所谓的绿色氢气),则可以为多个行业的脱碳做出重大贡献。阻碍其部署的主要缺点是成本高,以及出于安全和效率原因与整个供应链相关的关键运营问题。需要激励措施和认证计划来支持绿色氢气。在本文中,为了确定绿色氢气供应链及其相关成本,研究了一个具有电力和氢气需求的能源中心,比较了通过卡车集中生产和分配绿色氢气与安装由可再生能源发电、电力存储系统和电解槽组成的现场绿色氢气生产厂。该问题在 MATLAB 环境中被建模为 MILP 优化并得到解决。此外,还进行了成本敏感性分析,结果表明,即使氢气的卡车运输成本设定为 0 欧元/公斤,安装现场电解器来生产所需的氢气仍然更具成本效益。
通过利用 Artelys Crystal Super Grid 的多能源功能(一种以小时时间分辨率捕捉电力和氢气系统之间相互作用的建模解决方案),分析得出结论,UHS 机组的最佳规模是到 2030 年为 45 TWh,到 2050 年为 270 TWh。确定的 UHS 规模使欧洲氢基础设施能够高效发展。特别是,这允许电解器在所有时间范围内提供灵活性服务,通过调整其生产情况以适应低成本和低碳电力来源的可用性,从而最大限度地减少温室气体排放
氢气 (H 2 ) 是一种清洁、高效、可靠的能源载体,应用范围十分广泛。虽然处理氢气的风险并不比处理其他能源载体(包括石油和电力)更大,但安全处理氢气对于成功引入氢气和燃料电池技术至关重要。利用可再生能源以分散方式生产的氢气或在太阳能和风能较多的国家生产的氢气可以通过现有的天然气管道或船舶以类似于天然气的液化形式安全运输。必须确保氢气生产和供应基础设施的一致、安全设计和安全运行。这还包括进一步制定安全要求和标准。对于交通领域的应用及其供应
Hydrocarbon based 1) Steam Methane Reforming (NG SMR): w CCS & w/o CCS 2) SMR using Landfill Gas as feedstock (LFG-SMR) 3) Autothermal Reforming (NG ATR): using NG & using LFG 4) Methane Pyrolysis: using NG & using LFG 5) Coal Gasification: w CCS & w/o CCS 6) Biomass Gasification 7)NGL蒸汽破裂8)PET可口可乐9)深色发酵和MEC 10)基于Coke烤箱气体电解1)使用PEM的低温电解使用PEM 2)使用SOEC使用SOEC 3)电解HTGR 4)水的热化学孔副异型范围h 2
谅解备忘录(MOU)。该研究旨在到2030年左右在北海道苫小牧地区西部建设一座每年可生产10,000吨以上绿色氢气的水电解厂(100MW或以上),这将是日本最大的水电解厂,并建立一条供应链,通过管道将利用丰富的可再生能源生产的绿色氢气供应给出光兴产和该地区的其他工厂。在政府于2023年6月修订的“基本氢气战略”中,从能源政策(S ++ 3E *1)的角度考虑,建立国内氢气生产和供应系统非常重要。此外,将剩余电力转化为氢气有望最大限度地利用该国可再生能源和其他零排放电源的潜力。
将电转气工艺与地下天然气储存相结合,可以有效地储存多余的电力以备后用。枯竭的碳氢化合物储层可以用作储存设施,但在这种地点储存氢气的实际经验有限。这里我们展示了一项现场试验的数据,该试验在枯竭的碳氢化合物储层中储存了 119,353 立方米的氢气与天然气混合。285 天后,氢气回收率为 84.3%,表明该工艺的技术可行性。此外,我们报告称微生物介导了氢气向甲烷的转化。在研究模拟真实储层的中观宇宙的实验室实验中,氢气和二氧化碳在 357 天内的 14 个周期内可重复地转化为甲烷(0.26 mmol l −1 h −1 的释放速率)。理论上,这个速率允许在测试储层中每年生产 114,648 立方米的甲烷(相当于 ~1.08 GWh)。我们的研究证明了氢存储的效率以及在枯竭的碳氢化合物储层中进行地质甲烷化的重要性。
无有害排放。当氢气用作燃料时,唯一的副产品是水,这使其成为一种清洁环保的选择。与化石燃料不同,氢气不会造成温室气体排放、空气污染或有害颗粒物的产生。3,4 这些特点使氢能成为全球向低碳经济转型的关键参与者。然而,尽管氢能潜力巨大,但要使氢能得到广泛应用,仍需要解决一些挑战和限制。4,5 主要挑战在于氢气的生产和储存。如图 1 所示,2021 年全球氢气需求激增至 9400 万吨(Mt)以上,较上一年显著增长 5%。6 自 2000 年以来,这种增长在氢的传统应用中尤为明显,特别是在化学过程中,以及在 Covid-19 大流行的影响后显著反弹。在国际能源署的既定政策情景框架内,到 2030 年,氢气需求的潜在增长将达到 1.15 亿吨。7,8
• 对于长度为 100 公里、直径为 36 英寸和 48 英寸的管道,一天内可储存的氢气有效质量为 150-300 吨,平准化成本为 0.05 美元/千克或更低。这要求管道运营商改变峰值压力以满足不同的客户需求。这种循环可能会缩短管道的使用寿命。• 对于盐穴,研究的典型盐穴案例是储存 500 吨氢气。准备成本约为 1800 万美元(36 美元/千克氢气)。如果储存 120 天(4 个月),则在洞穴中储存氢气的平准化成本为 1.2 美元/千克,如果定期储存 15 天,则仅为 0.15 美元/千克。• 对于加压储存(例如在加油站),使用适合 1000 kgH2/天加氢站的高压罐,该罐可能储存 1000 kg,成本为 600,000 美元。加氢站的氢气分配器将连接到罐,因此加氢站分配的所有氢气都将通过罐输送。因此,该罐每年可以储存 1000 kg x 365 天的氢气,并向车辆提供氢气进行加氢。在充分利用的情况下,最终的平准化储存成本约为 0.16 美元/kgH2,另外还需要 0.4 美元/kg 用于压缩。• 对于在大型、高度绝缘的罐中液态(低温)储存氢气,储罐的成本为 30-50 美元/kgH2。如果氢气储存一周,其平准化储存成本为 0.055-0.091 美元/kgH2,大型工厂液化成本另计 1.2 美元/kg。
政府的支持对于通过解决数据透明度挑战并降低投资风险来推动和补充矿工的行动至关重要。调整现有方案(例如可再生能源证书)可能会推动对炸药投入的投资。创建类似的基于市场的机制为矿工的行动提供了认可的机会,并为氨生产商提供了经济激励和竞争优势。其他新兴计划(例如原产地保证(GO)方案)也可以提供一致,准确的方法来跟踪从氢和衍生产品(例如氨(例如氨)产生的排放中。投资支持可以涵盖矿工承诺的短缺,而监管措施可以使炸药生产的全部脱碳化。其他措施,例如立法范围3减少的排放量或对使用抵消的限制也将加速在整个氨供应链中的行动。
今年,我们庆祝美国能源部向加州区域氢能中心可再生清洁氢能系统联盟 (ARCHES) 颁发 12 亿美元。该奖项还获得了来自加州、行业合作伙伴、港口和过境费以及私人融资的超过 117 亿美元的拨款,用于投资近 130 亿美元开始在加州各地大规模开发氢能基础设施。我们感谢加州大学各个校区的教职员工、学生和工作人员、加州州长办公室、加州大学校长办公室、劳伦斯伯克利国家实验室以及参与这项工作的 430 个组织中的许多其他组织做出的前所未有的贡献。ARCHES 是美国能源部支持的七个区域氢能中心中最大的一个,通过该中心,加上国会通过并由拜登政府签署成为法律的生产税收抵免和投资税收抵免,氢能及其特性将开始大规模展示,以如此低的价格生产和提供清洁和可再生的氢能,这将终结化石燃料。