今天是2022年2月4日,大年初四。
习薇和赵硕、锤锤、赵父赵母、习爸习妈早早吃完晚饭就坐在电视机旁,等八点钟准时收看北京冬奥会开幕式现场直播。
习薇和赵硕今天白天哪里都不去,就一直待在家里看有关冬奥会的新闻。
他们不只是关注运动员和赛事,最重要的是想看氢能亮相冬奥会的消息。
近日在国家游泳中心天冰立方举行的北京冬奥会倒计时活动会上,北京2022年冬季奥运会、冬残奥运会“飞扬”火炬的外观设计正式对外发布,“飞扬”火炬科技亮点之一在于采用氢燃料,除了环保属性外,还考虑到冬奥会火炬接力需要在低温的环境中运行,氢燃料的特征保证了火炬能在极寒天气中使用。
而“飞扬”的第二个技术特点就是火炬外壳采用了重量轻的耐高温纤维材料,火炬燃料罐也以纤维材料为主,中国航天科技集团负责人介绍火炬的研制解决了火焰颜色与稳定性,高压储氢、氢能安全利用等多项技术难题。可抗风十级,并在极寒天气中使用减压比高达几百倍。
在解决复杂问题的同时,还兼顾了轻量化、小型化的外形匹配要求,据中石化相关负责人的介绍,北京冬奥会火炬外壳由碳纤维及其复合材料制作而成,呈现出了轻固美的特点,解决了碳纤维材料在极端条件下的应用前景,破解了火炬外壳在1000度高温下的各种起泡开裂等难题。
从外观来说,“飞扬”整体造型受大自然的启发,自然界的流线型力量充满生机,从燃料上来说,氢取之于水,燃烧后又会变成水,实现零碳排放,践行“绿色冬奥”的理念。
其次,在2022年冬奥会上,氢燃料电池汽车将作为冬奥会主要接送车辆,2022年将是氢燃料电池汽车运行经济性验证的一年,若氢燃料电池汽车与可再生能源结合运行经济性效果明显,将有力推动国内氢燃料电池汽车示范应用向商业化应用的发展,氢能点亮冬奥会火炬只是一个开始,借冬奥会的东风,氢能产业在国内的发展或许就此踏上新的阶段。
根据报道,北京冬奥会期间三大赛区26个场馆将全部使用“绿电”,源自河北张家口的光伏发电和风力发电,这意味着奥运历史上将首次实现全部场馆100%绿色电能供应。
此外北京冬奥会涉及能源消耗,积极推广普及更为环保的“氢”能,这也成为此次冬奥会亮点。
氢能是清洁、高效、安全和可持续的二次能源。北京冬奥会不仅奥运火炬燃料将全部采用氢能源,而且在开幕式上还将点燃北京冬奥赛场的氢能主火炬。
此外北京冬奥会将示范运营1000多辆氢燃料电池车、30多个加氢站。比赛期间,延庆赛区和张家口赛区将有700余辆氢燃料大巴车投入使用。在本届冬奥会上,将会展示出一套完整关于氢能出行产业链。
作为四年一届的国际赛事,冬季奥运会冰雪项目在低温环境下进行,而低温对于电动车启动和续航影响比较大,而且充电时间比较长,相比而言氢能车具有的效率高、续航长、低温启动、充氢速度快等诸多优势,几乎是为冬奥会场景量身定制。
北京2022年冬奥会和冬残奥会期间,场馆之间提供接驳服务车辆将全部采用氢燃料电池客车,包含大巴车、中巴车等多个车型,为赛事提供交通保障服务。
这种氢能客车续航里程达630千米,能实现-30℃低温启动,满足低温运行要求。相较传统化石能源车辆,氢能客车每行驶100千米,可减少约70千克二氧化碳排放。
为了避免潜在风险,这批氢燃料客车特别采用了氢电碰撞多重耦合技术。据了解该技术能够实时监控氢和电的即时状态并保障碰撞安全,覆盖高压储氢瓶、动力电池、燃料电池、驱动电机、碰撞结构安全设计等诸多环节,具备多重预警功能,全面为氢能客车的安全性保驾护航。
每天近千辆氢能客车每天顺利运行并不简单,需要在氢气供应和运输方面提供保障。
制氢渠道来自两方面,一是从含氢工业副产气中分离提纯出来,二是利用风电电解水制氢技术,所以制氢的过程不仅环保而且价格低。
清华大学车辆与运载学院杨教授表示:“通过这次冬奥会的示范应用,说明中国氢燃料电池汽车的关键技术已经取得突破,并且在某些应用场景中已达到世界领先水平。”
同时广大消费者通过冬奥会,也对氢能汽车有了全新的认识和了解,改变之前一些偏见,这也有助于氢能车型推广。
用绿氢代替灰氢作为化工原料,是实现化工行业深度脱碳的重要途径。此外,绿氢还能帮助解决可再生能源发电过剩困境,化解弃风、弃光、弃水等现象,提高可再生能源的利用率,可广泛用于交通、建筑和工业等各个领域。
不过,高昂的生产成本制约了绿氢的大规模发展。据国际能源署报告,绿氢价格目前为每千克3.5至5欧元,远高于灰氢的每千克1.5欧元。
目前,稳定、快速、大批量制取绿氢的技术路线主要为电解水,具体可以分为碱性电解水、质子交换膜电解水和固体氧化物电解水三类。
碱性电解水是当前的主流技术,需要保证两个电极的压力均衡,以防止氢氧混合产生危险,因此难以与具有快速波动特性的可再生能源发电配合。质子交换膜电解槽在运行中具有更好的灵活性和反应性,但需要铂和铱等贵金属,未来需进一步降低贵金属使用量或发掘成本低廉的催化剂。
固体氧化物电解水制氢技术具有更高的理论效率,但仍处于实验室验证阶段,且其对高温热源的需求可能会限制在商业应用阶段的经济可行性。
随着各国加大力度应对气候变化,绿氢产业正迎来发展热潮。
今年2月,欧洲30家公司联合启动了世界最大绿氢项目之一,选址在太阳能富集的欧洲西南部伊比利亚半岛。这30家企业覆盖了绿氢产业链的上中下游,包括太阳能开发商、电解槽供应商、大型能源和工业集团以及融资机构等,目标是在2030年前将绿氢的价格降到每千克1.5欧元,每年生产360万吨绿氢。
此前,德国、荷兰、丹麦等宣布了多个以海上风电制氢为主的绿氢项目。中国首个规划中的吉瓦级电解厂——北京京能内蒙古项目预计每年可生产40万至50万吨绿氢。
有统计显示,目前全球约有70个在建或规划绿氢项目,很多是由政府和关键能源企业共同主导,产业布局空前加快。
未来,绿氢的成本下降不仅有赖风电、光伏等行业的降本增效,还要依靠以电解槽为代表的全产业链的技术进步。
随着产能扩大、输配基础设施建设加快,氢能产业链的规模效应将日益显著,这也将促进更多研发力量参与其中,从而大幅降低成本,推动绿氢的进一步普及。
全球氢经济的快速增长可能带来重大的地缘经济和地缘政治转变,引发一波新的依赖关系。
根据国际可再生能源机构(IRENA)的一项最新分析,绿色氢可能会重塑全球贸易和双边能源关系,随着新的氢出口国和氢用户的出现,重新确立各国的定位。
在一个以化石燃料为主、目前价值为1740亿美元的市场上,不断增长的贸易和有针对性的投资可能会提高经济竞争力,并影响外交政策格局,因为双边协议与20世纪的碳氢化合物关系截然不同。
IRENA估计,到2050年,超过30%的氢气可以跨境交易,这一比例高于目前的天然气。传统上没有能源贸易的国家正在围绕氢建立双边能源关系。
随着越来越多的参与者和新的净进出口阶层出现在世界舞台上,与石油和天然气的地缘政治影响相比,氢贸易不太可能武器化和卡特尔化(形成垄断)。
跨境氢贸易将大幅增长,目前已有30多个国家和地区计划开展活跃的跨境氢贸易。
一些希望成为氢能进口国的国家,如日本和德国,已经展开了专门的氢能外交。
化石燃料出口越来越多的国家认为,清洁氢是实现经济多元化的一种有吸引力的方式,例如澳大利亚、阿曼、沙特阿拉伯和阿拉伯联合酋长国。
然而,由于氢气无法弥补石油和天然气收入的损失,因此需要更广泛的经济转型战略。
氢显然是在可再生能源革命的基础上发展起来的,绿色氢成为了在不损害工业增长和社会发展的情况下实现气候中性的游戏规则改变者。
但氢并不是一种新的石油。Francesco La Camera说,这种转变不是简单燃料的替代,而是向一种新的系统的转变,这种转变会打破当前的政治、技术、环境和经济格局。
氢生产的技术潜力大大超过了预估的全球需求。那些最能生产廉价可再生电力的国家将最适合生产有竞争力的绿色氢能源。
虽然智利、摩洛哥和纳米比亚等国目前是能源净进口国,但它们将成为绿色氢出口国。实现非洲、美洲、中东和大洋洲等地区的潜力可以降低出口集中的风险,但许多国家将需要技术转让、基础设施和大规模投资。
清洁氢的地缘政治可能会在不同阶段展开。该报告将21世纪20年代视为一场争夺技术领先地位的全球大赛。
但需求预计要到21世纪30年代中期才会开始增长。到那时,绿色氢将在全球范围内与化石燃料氢展开成本竞争,在中国、巴西和印度等国家将更早出现。
在2021年天然气价格飙升期间,绿色氢在欧洲已经是负担得起的。天然气管道的翻新可能会进一步刺激需求,促进氢贸易。具有丰富可再生能源潜力的国家可以利用这点吸引能源密集型工业,成为绿色工业化的中心。
此外,在氢价值链中占有一席之地可以提高经济竞争力。特别是电解槽和燃料电池等设备的制造,可能会推动业务发展。
中国、日本和欧洲已经在生产方面取得了领先,但创新将进一步塑造当前的制造业格局。
通过降低对进口的依赖和价格波动,并提高能源系统的灵活性,绿色氢可以加强能源的独立性、安全性和弹性。
然而,氢和可再生技术所需的原材料可能会引起对材料安全的关注。短缺和价格波动可能对氢供应链产生影响,并对成本和收入产生负面影响。
制定监管标准制定氢的规则、标准和治理可能会导致地缘政治竞争,或开启一个加强国际合作的新时代。
特别是帮助发展中国家部署绿色氢技术和发展氢工业,可以防止全球脱碳差距扩大,促进公平和包容,在可再生资源丰富的国家创造当地价值链、绿色产业和就业机会。
绿色氢能源将为市场带来新的、多样化的参与者,使路线和供应多样化,并将电力从少数转向多数。有了国际合作,氢市场将更加民主和包容,为发达国家和发展中国家提供机会。