Hidrojen yakıt hücresi geliştirme yol haritası
Küresel sanayileşme sürecinin sürekli hız kazanmasıyla birlikte fosil yakıtların tüketimi artmakta ve çevre kirliliği giderek daha ciddi hale gelmektedir.Alternatif olarak acilen temiz yakıt bulma ihtiyacı vardır. Bol hidrojen kaynakları vardır, sadece hidrojen enerjisi diğer enerji kaynaklarından üretilmekle kalmaz, aynı zamanda hidrojen enerjisi verimli bir şekilde diğer enerji türlerine dönüştürülebilir. Bir enerji taşıyıcısı olarak hidrojenin ulaşım, endüstri ve inşaat gibi çeşitli alanlarda önemli uygulamaları vardır ve hidrojen enerjisinin kullanımı enerji sisteminin esnekliğini artırabilir. Bu amaçla, hidrojen enerjisi ve yakıt hücrelerinin temel teknolojileri, gelecekteki gelişme yönleri ve öncelikleri hakkında araştırma yapmak gereklidir.
Hidrojen enerjisinin temel uygulama alanları
Hidrojen enerjisi uluslararası alanda ulaşım, endüstri, inşaat ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır ve enerji bileşimini büyük ölçüde zenginleştirmekte ve geleneksel fosil yakıtların çevre üzerindeki etkisini azaltmaktadır.
(1) Ulaşım
Ulaşım alanında, otomobillere güç sağlamak için fosil yakıtların hidrojen yakıt hücreleriyle değiştirilmesi, hava kirliliği, gürültü kirliliği ve CO2 emisyonlarının neden olduğu küresel ısınma gibi çevre sorunlarını etkili bir şekilde çözebilir.
Hidrojen yakıtı, araç verimliliğini optimize eder. Hidrojen yakıt hücreli bir elektrikli araç, esasen elektrikli bir araçtır. Hidrojen, arabadaki yüksek basınçlı depoda depolanır ve hidrojen enerjisi, arabaya güç sağlamak için yakıt hücresi aracılığıyla elektrik enerjisine dönüştürülür. Enerji bataryada depolanır ve bataryadaki elektrik enerjisi çalışma verimliliğini optimize etmek için kullanılabilir. Şekil 1'den, içten yanmalı motorlu araçlar ve plug-in hibrit araçlar ile karşılaştırıldığında, hidrojen yakıt hücrelerinin karbon emisyonlarını önemli ölçüde azaltabildiği ve aynı zamanda maksimum kilometrelerinin saf elektrikli araçların üç katına ulaşabildiği görülebilir.
Hidrojen yakıt hücreli araçların fiyatı hala yüksek. Toyota, 2015 yılında, deneme işletimi süresince en son hidrojen yakıt hücreli aracın fiyatının 60.000 ABD doları olduğunu açıkladı, ancak fiyat, ağırlıklı olarak, hidrojen yakıt hücreli araçlar şu anda ağırlıklı olarak hidrojen yakıt hücreli araçlar olduğu için, araç üretim maliyetinden ziyade müşterilerin ödeme istekliliğini yansıtabilir. Yüksek gelirli gruplara ve otomobil teknolojisi meraklılarına yöneliktir ve konutun yakınında uygun bir hidrojen yakıt ikmal istasyonu gerektirir. Şimdiye kadar, yalnızca Birleşik Devletler, Almanya, Japonya ve Güney Kore'deki bazı şehirlerde hidrojen yakıt ikmal istasyonları bulunuyordu. Tablo 1'deki araç güç planının maliyetinin karşılaştırılmasıyla, diğer birkaç araç enerji tedarik yöntemiyle karşılaştırıldığında, yakıt hücreli araçların fiyatı şu anda yüksek olmasına rağmen, gelecekte düşüş için çok yer olduğu görülebilir. Mevcut fiyatın yaklaşık% 55'ine düştü.
Maliyetleri düşürmek, hidrojen yakıtlı araçlar geliştirmenin anahtarıdır. Tablo 2'den görülebileceği gibi, yakıt hücresi sisteminin yüksek maliyeti tüm arabanın maliyetini artırmıştır Geleceğin ana yönü, hizmet ömrünü uzatırken maliyetin nasıl azaltılacağıdır. Yakıt hücresi sisteminin maliyetini düşürmek teorik olarak uygulanabilir ve büyük ölçüde tüm arabanın maliyetini belirler. Bununla birlikte, yüksek basınçlı tankların maliyetini düşürmek zordur çünkü yüksek basınçlı tankların maliyeti büyük ölçüde pahalı kompozit malzemelere bağlıdır, bu nedenle mevcut araştırma ve geliştirme, yüksek basınçlı tanklar için kompozit malzemelerin maliyetini düşürmeye odaklanmaktadır. Teknolojinin gelişmesiyle birlikte batarya ve güç kontrol sistemlerinin maliyeti belli bir oranda düşecek çünkü malzeme kısıtlamaları çok fazla düşmeyecek ancak yüksek teknolojinin entegrasyonu batarya ömrünü uzatacak ve tüm arabanın performansını artıracaktır.
(2) Endüstriyel alan
Endüstriyel alanda, hidrojen her zaman en önemli hammaddelerden biri olmuştur ve hidrojen kullanımı rafineri ve diğer endüstrileri temelde karbonsuz hale getirebilir. Şimdiye kadar, hidrojenin üretimi ve kullanımı endüstriyel alanla sınırlı kaldı ve ana kullanım kimya endüstrisinde hammadde olarak. Geçmişte, petrokimya şirketleri hidrojen üretmek için ağırlıklı olarak petrol kırma kullanıyordu, ancak şimdi, hidrojene olan talep arttıkça, şirketler daha fazla hidrojen üretmek için doğal gaz buharı reformunu kullanmaya başlıyor. Hidrojenin arıtma endüstrisindeki rolünün çoğu, arıtma işleminde hidro-arıtma, hidro-kırma ve kükürt gidermedir.Yüksek kalitenin sürekli arayışı, hidrojen talebinin sürekli büyümesine yol açmıştır. Geleneksel yakıt rafinasyonuna ek olarak, lignoselülozdan üretilen biyoyakıtlar ayrıca hidrodeoksijenasyon için önemli miktarda hidrojen gerektirir. Hidrojen, demir ve çelik üretiminde kok kullanımının bir kısmının yerini alacak bir indirgeme ajanı olarak da kullanılabilir.Aynı zamanda, hidrojen de demir çelik endüstrisinde üretilen yan ürünlerin bir parçasıdır.Ancak çoğu durumda bu egzoz gazları doğrudan yanma için kullanılır. Hidrojeni toplamak, hidrojen üretmek için fosil yakıtları kullanma basıncını azaltabilir, böylece genel enerji verimliliğini artırabilir ve karbon emisyonlarını azaltabilir.
(3) İnşaat alanı
İnşaat alanında, hidrojen enerjisi mikro kojenerasyon ünitesi teknolojisinin kullanılması, enerji verimliliğini büyük ölçüde artırabilir ve enerji tasarrufu sağlayan ve çevre dostu binalar inşa edebilir. Mikro kojenerasyon cihazları, ısıtma için enerji üretim sürecinde üretilen atık ısıyı kullanabilir ve bu da binaların genel enerji verimliliğini önemli ölçüde artırabilir. Günümüzde çoğu alan dağıtılmış güç üretim ve ısıtma sistemlerini benimsemektedir.Merkezi ısıtma şebekesinin olmadığı alanlarda bu tür mikro kojenerasyon cihazlarının uygulanmasının büyük avantajları vardır. Elektrik üretimi için doğal gaz kullanan birçok içten yanmalı motor kojenerasyon sistemi halihazırda piyasada mevcuttur. Geleneksel içten yanmalı motor sistemini bir yakıt hücresi kojenerasyon sistemi ile değiştirmek, yakıt kullanımının verimliliğini artırabilir.Mevcut teknoloji düzeyinde, yakıt hücresi mikro kojenerasyon sisteminin güç üretim verimliliği, içten yanmalı motor mikro kojenerasyon sisteminden% 10 daha yüksek olan% 42'dir. Ancak dezavantajı, yakıt hücresi mikro kojenerasyon sisteminin maliyetinin çok yüksek olmasıdır.
Hidrojen enerjisi ve yakıt hücresinin temel teknolojileri
Hidrojen enerjisi ve yakıt hücrelerinin temel teknolojileri, temel olarak hidrojen enerjisi üretim teknolojisi, yakıt hücresi teknolojisi, hidrojen yakıt taşıma ve dağıtımı ve yenilenebilir enerji entegrasyonunu içerir.
(1) Hidrojen üretim süreci
Hidrojen üretim prosesi temelde buhar metan reformunu ve elektroliz hidrojen üretimini içerir Tablo 3'te gösterildiği gibi, iki üretim metodunun, hidrojen yakıt ikmal istasyonunun düzenine göre seçilebilecek kendi avantajları ve dezavantajları vardır.
Buhar metan dönüştürme. Şu anda, hidrojenin yaklaşık% 48'i, metan ve su buharının yüksek sıcaklıkta ve bir katalizörün etkisi altında hidrojen üretmek için reaksiyona girdiği bir süreç olan buharlı metan dönüştürme işlemiyle doğal gazdan üretilmektedir. Egzoz gazındaki karbondioksit konsantrasyonu yüksekse, buhar metan dönüştürme işleminin karbon emisyonlarını kontrol etmek için CO2 yakalama ve depolama teknolojisini benimsemesi gerekir. Bu şekilde büyük ölçekli hidrojen üretiminin maliyeti, esas olarak doğalgaz fiyatına göre belirlenmektedir.Örneğin, Amerika Birleşik Devletleri'nde doğalgazın mevcut fiyatı kilogram başına 0,9 ABD doları, Avrupa'daki doğal gaz kilogram başına 2,2 ABD doları ve Japonya'da doğal gaz kilogram başına 3,2 ABD dolarıdır. Yenileme süreci doğal gaz kullanımıyla sınırlı değildir. Hidrojenden zengin tüm gazlar saf hidrojen üretmek için yeniden biçimlendirilebilir.Aynı zamanda, kömür, biyokütle veya organik atık gibi diğer fosil kaynaklardan da hidrojen üretilebilir.
Elektroliz yoluyla hidrojen üretimi. Elektroliz, doğru akım uygulayarak suyu hidrojen ve oksijene ayırmak ve elektrik enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürmektir. Giriş enerjisi olarak yalnızca elektrik enerjisini kullanan (harici ısı olmadan) bir elektrolitik hücre için, pil voltajı arttıkça hidrojen üretim verimliliği azalacak, ancak hidrojen üretim hızı artacaktır. Bu nedenle, bir elektrolizörün belirli bir geometrisi için, mühendislerin elektrolizörün verimliliği ile üretilen hidrojen miktarı arasındaki ilişkiyi dengelemesi gerekir. Elektrolitlerin ve yük taşıyıcılarının farkına göre farklı tipte elektrolizörler alkali elektrolizörlere, proton değişim membranlı elektrolizörlere ve katı oksit elektrolizörlere ayrılabilir. Alkali elektrolizör şu anda en olgun teknolojidir ve yatırım maliyeti diğer elektrolizörlerden çok daha düşüktür, ancak proton değişim membranlı elektrolizör ve katı oksit elektrolizörü maliyetleri düşürmek ve verimliliği artırmak için daha umut vaat etmektedir. Elektrolitik hücre sürecini seçmek, yatırım maliyetlerini düşürmek ve verimlilik iyileştirmeleri elde etmek arasında bir denge bulmalıdır. Şekil 2'den proton değişim membranlı elektrolizörün büyük ölçekte üretildiğinde maliyetleri daha da düşürmesi beklendiği görülebilir.
(2) Hidrojen yakıt hücresi teknolojisi
Hidrojen yakıt hücreleri yalnızca yüksek verimli değil, aynı zamanda çevre dostudur, özellikle gelecekteki pazar gelişimi için geniş umutları olan proton değişim membranlı yakıt hücreleridir.
Hidrojen yakıt hücresinin yüksek performansı. Hidrojen yakıt hücresi, enerji sağlamak için yanma kullanmak yerine, büyük miktarda hidrojen içeren bir yakıt ile bir oksitleyici arasındaki kimyasal reaksiyon yoluyla doğrudan elektrik üretir. Kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren diğer süreçlerle karşılaştırıldığında, güç üretim verimliliği daha yüksektir ve genellikle% 32-% 70'e ulaşır. Genel olarak hidrojene ek olarak, doğal gaz, metanol ve dizel yakıt gibi başka sıvı yakıtlar da vardır. Saf hidrojen kullanılıyorsa ve yakıt hücresinin egzoz gazı su buharı ise, çevre üzerindeki etkisi ihmal edilebilir. Hidrokarbon yakıtların kullanımı karbondioksit emisyonlarına neden olsa da, bu durumda bile, yakıt hücrelerinin kullanımı, karbon emisyonlarını azaltma çevresel değerine sahiptir.
Yakıt hücresi tipi. Yakıt hücreleri, membran tipine ve çalışma sıcaklığına göre farklı tiplere ayrılabilir. Yakıt hücreleri şu şekilde bölünebilir: (1) proton değişim membranlı yakıt hücresi (PEMFC); (2) alkalin yakıt hücresi; (3) fosforik asit yakıt hücresi (PAFC); (4) erimiş karbonat yakıt hücresi (MCFC); (5) Katı oksit yakıt hücresi (SOFC).
Proton değişim membranlı yakıt hücresi. Proton değişim membranlı yakıt hücreleri, yakıt hücreli elektrikli araçlar için en uygun seçimdir. Elektrolizörlere benzer şekilde, yakıt pilleri de elektrik verimliliği ve güç çıkışı arasında bir dengeye sahiptir. Düşük yüklerde elektrik verimi çok yüksektir ve güç çıkışı arttıkça azalır. Proton değişim membranlı yakıt hücrelerinin ve alkali yakıt hücrelerinin çalışma sıcaklığı nispeten düşüktür, yaklaşık 80 ° C iken, diğer yakıt hücrelerinin çalışma sıcaklığı nispeten yüksektir ve 600 ° C'ye (katı oksit yakıt hücreleri) ulaşır, bu da onları termoelektrik için uygun hale getirir. Ortak yapım sisteminde.
(3) Hidrojen yakıtı nakliyesi ve dağıtımı
Hidrojen yakıtının geniş uygulama alanı, hidrojen enerjisinin verimli kullanımını sağlamak için eksiksiz bir hidrojen yakıtı taşıma ve dağıtım altyapısına bağlıdır.
Hidrojen yakıt ikmal istasyonu. Hidrojen yakıt ikmal istasyonları, yakıt hücreli elektrikli araçların yakıt tedarik zincirinde hayati bir faktördür.Mümkün olduğunca çok hidrojen yakıt ikmal istasyonu sağlamak, tüketici faydalarını gerçekleştirmek için bir ön koşuldur. Hidrojen yakıt ikmal istasyonlarının ayarı büyük ölçüde günlük hidrojen yakıtı talebi, yerleşik hidrojen yakıtının depolama yöntemi ve hidrojen yakıtı üretimi ve taşıma yöntemleriyle belirlenir. Hidrojen yakıt ikmal istasyonunun boyutunun belirlenmesi kritik bir adımdır Küçük bir hidrojen yakıt ikmal istasyonu ilk aşamada günde yalnızca 50 ila 100 kg'a ihtiyaç duyabilir, ancak olgun bir pazarda, hidrojen yakıt ikmal istasyonu günde 2000 kg hidrojen yakıtına ihtiyaç duyabilir. Hidrojen yakıt ikmal istasyonunun hidrojen yakıtı aşağıdaki iki yolla sağlanabilir: (1) Hidrojen üretimini yoğunlaştıran bir fabrikadan hidrojen yakıt ikmal istasyonuna nakil; (2) Hidrojen yakıt ikmal istasyonunda küçük ölçekli elektrolizörler ve doğal gaz buharı kullanılır Hidrojen üretmek için yeniden biçimlendirme. Her yöntemin kendine özgü avantajları ve dezavantajları vardır: Büyük ölçekli, merkezi hidrojen üretimi, büyük ölçekli bir ekonomi altında hidrojen üretiminin maliyetini en aza indirir, ancak hidrojen yakıtının taşınmasını gerektirir, bu da hidrojen maliyetini artırır; Büyük ölçekli hidrojen üretimi durumunda nakliye ve dağıtım maliyetleri azalır, ancak hidrojen üretiminin maliyeti artar. Bu nedenle, en iyi şebeke konfigürasyonunu bulmak, hidrojen üretim kaynaklarının coğrafi dağılımı, mevcut altyapı ve hidrojen yakıt ikmal istasyonlarının tahmini hidrojen yakıt talebi gibi çeşitli faktörlerin ayrıntılı analizini ve dikkate alınmasını gerektirir.
Hidrojen taşınması ve dağıtımı. Hidrojenin üç ana taşıma ve dağıtım yolu vardır: gaz boru hattı taşımacılığı, sıvılaştırılmış tank nakliyesi ve boru hattı taşımacılığı (bkz. Tablo 4). Hidrojenin taşıma yöntemini seçerken, sabit maliyetler ve değişken maliyetler kapsamlı bir şekilde dikkate alınmalıdır. Gaz boru hattı taşımacılığı en düşük yatırım maliyetine sahiptir, ancak küçük taşıma kapasitesi nedeniyle değişken maliyetler yüksektir; bunun tersi, yüksek yatırım maliyetlerinin sabit maliyetleri artırdığı, ancak değişken maliyetleri düşürdüğü boru hattı taşımacılığıdır. Bir ulaşım güzergahı seçerken birçok faktörün dikkate alınması gerekir.Bunlardan en önemli iki faktör hidrojen yakıt ikmal istasyonunun hidrojen talebi ile nakliye ve dağıtım mesafesi. Şu anda boru hattı taşımacılığında hatırı sayılır bir deneyim var Amerika Birleşik Devletleri'ndeki mevcut hidrojen boru hattı sistemi 2.400 kilometreye ulaştı ve Avrupa 1.600 kilometreye yakın. Hidrojen yakıt ikmal istasyonları ile hidrojen yakıtı taşıma ve dağıtım teknolojisi arasındaki bağlantı açıktır.Küçük hidrojen yakıt ikmal istasyonları için, hidrojen gazı tankları nakliye veya yerinde hidrojen üretimi için kullanılabilir. Günlük hidrojen tüketimi 500 kg'dan fazla olan ve yerinde hidrojen üretimi olmayan hidrojen yakıt ikmali için İstasyon, sıvılaştırma nakliyesi ve boru hattı nakliyesi en iyi seçeneklerdir. Bu nedenle, hidrojen yakıt ikmal istasyonlarının ayarlanması, hidrojen yakıtı taşıma yollarının seçimini belirler.
(4) Yenilenebilir enerji entegrasyonu
Hidrojen enerjisi verimli bir şekilde elektriğe dönüştürülür. Şebekenin tedarik güvenilirliğinin garanti edilip edilemeyeceği, büyük ölçüde enerjinin depolanma şekline bağlı olan yenilenebilir enerjinin entegrasyonunun anahtarıdır. Elektrik üretmek için fotovoltaik, rüzgar enerjisi ve gelgit enerjisi gibi yenilenebilir enerjiyi kullanmak, tüm dünyayı rahatsız eden enerji ve çevre sorunlarını çözebilir. Bununla birlikte, yenilenebilir enerji, kesintili ve merkezi olmayan yapı özelliklerine sahiptir ve bu, güç kaynağının güvenilirliğini maksimum düzeyde sağlaması gereken şebeke sistemi için yeni bir zorluk teşkil etmektedir. Uzun vadeli büyük ölçekli enerji depolama sistemleri için, enerji depolama kapasitesi sınırlıdır ve elektrolizörler ve yakıt hücreleri gibi teknik bileşenler çok pahalıdır.Enerji depolama sisteminin enerji depolama verimliliğini düşük maliyet öncülüğünde sağlamamız gerekir.
Yeraltı gaz depolama. Üretilen elektriği hidrojene dönüştürmek ve daha sonra bir yeraltı hidrojen depolama gazı deposu oluşturmak için yer altı boşluğuna sıvı hidrojen enjekte etmek şüphesiz iyi bir seçimdir. Yeraltı gaz depolaması aşağıdaki avantajlara sahiptir: (1) büyük depolama kapasitesi, güçlü hareket kabiliyeti ve geniş maksimum tıraş aralığı; (2) ekonomik ve makul, maliyeti yüksek olmasına rağmen dayanıklıdır ve 30 ila 50 yıl veya daha uzun hizmet ömrüne sahiptir; (3) Güvenlik faktörü büyüktür ve güvenlik, yer tesislerinden çok daha yüksektir. Tablo 5, güvenlik, teknik fizibilite, yatırım maliyetleri ve işletme maliyetleri gibi göstergeler kapsamlı bir şekilde ele alındığında, farklı yeraltı gaz depoları için yer altı karstik gaz depolarının hidrojen depolaması için en iyi seçim olduğunu göstermektedir. Hidrojen bazlı yenilenebilir enerji entegrasyon sistemi, çoklu dönüşüm adımlarına dayanmaktadır ve bu, tüm dönüşüm zincirinde daha düşük bir enerji verimliliği ile sonuçlanır, yalnızca% 20 -% 30 ve dönüşüm adımları ne kadar fazlaysa, genel verimlilik o kadar düşük olur. Teknolojide iyileştirme için hala çok yer var.
Son anahtar görevler
Hidrojen enerjisi ve yakıt hücresi teknolojisinin gelişimini teşvik etmek için bir sonraki adım, kaynakları yoğunlaştırmak, alanlar arası işbirliğini teşvik etmek, hidrojen yakıt hücresi sanayi zincirini dağıtmak ve ilgili politika ve düzenleyici çerçeveyi kademeli olarak iyileştirmektir.
(1) Hidrojen enerjisinin getirdiği alanlar arası işbirliğini teşvik edin
Hidrojen yakıt hücrelerinin geliştirilmesi, farklı alanlar arasında işbirliğini gerektirir.Hükümetin aşağıdaki yönlerden işbirliğini teşvik etmesi gerekir: (1) Yakıt verimliliğini artırmak ve sera gazı emisyonlarını azaltmak için teknolojileri teşvik etmek ve karbon fiyatlandırması, tarifeler, yakıt ekonomisi dahil standartlar oluşturmak, Yenilenebilir yakıt standartları da dahil olmak üzere bazı istikrarlı politikalar ve düzenleyici çerçeveler; (2) Hidrojen enerjisi ve yakıt hücresi teknolojisine ve erken piyasa dağıtımına yatırımı teşvik edin ve etkili politika desteği yoluyla maliyetleri azaltın; (3) Son uygulamaları güçlendirin Güvenlik ve hidrojen enerjisi ölçümüne ilişkin uluslararası normlar ve standartlar; (4) Hidrojen yakıt hücreleri ve elektroliz hidrojen üretim cihazları için anahtar teknolojilerin araştırma ve geliştirmesini artırmak, sürekli teknolojik ilerlemeyi ve yeniliği desteklemek ve kesişen alanları güçlendirmek için kamu ve özel fonları serbest bırakın. Örneğin yeni malzemeler alanındaki araştırma çabaları, bazı temel malzemeler hidrojen yakıt pillerinin performansının iyileştirilmesinde dönüştürücü bir rol oynayabilir; (5) Uluslararası proje işbirliğini teşvik edin ve teknik zorlukların üstesinden gelmek için dünyaya fon yatırımı yapın. Bilimsel araştırma fonlarının kullanımının etkinliğini sağlamak için; (6) Enerji sistemi entegrasyonunun faydalarını ölçmek, enerji geliştirmenin bölgesel etkisini analiz etmek ve farklı enerji sistemleri arasındaki işbirliğini ve karşılıklı anlayışı geliştirmek için bir model oluşturmak.
(2) Hidrojen yakıt hücreli bir araç endüstrisi zinciri oluşturun
Endüstriyel bir yakıt hücreli elektrikli araçlar zinciri oluşturun ve ilgili hidrojen yakıtı üretimini, dağıtım ve ikmal istasyonlarını ve diğer altyapıyı iyileştirin, dünya çapında uygun alanları seçin ve en az 500 ila 1.000 hidrojen yakıt ikmal istasyonu ve bazı uluslararası projeler inşa edin. Bu endüstriyel zincirin ve karşılık gelen destekleyici tesislerin işletilmesi yoluyla, hidrojen enerjili araçların ekonomikliği ve pratikliği değerlendirilebilir. Hidrojen yakıt hücreli araç teknolojisi araştırma ve geliştirme vakıflarına sahip Avrupa, Japonya, Güney Kore ve Amerika Birleşik Devletleri'nde planlar dağıtın ve bu bölgelerdeki ulusal hükümetlerin risk azaltma stratejilerinin formülasyonuna katılmasına, finansal araçlar ve yenilikçi iş modelleri geliştirmesine ve yakıt hücreli elektrikli araç pazarı tanıtımını ve perakende temelini iyileştirmesine izin verin tesis. Yenilenebilir enerjiyi entegre edebilen ve bu enerji sistemlerinin performans verilerini gerçekçi koşullar altında toplayabilen hidrojen enerji sistemlerinin sayısını artırın ve maliyetleri düşürmek ve sistem verimliliğini mümkün olduğunca optimize etmek için verileri analiz edin.
(3) İlgili politika ve düzenleyici çerçeveyi iyileştirin
Hidrojen enerjisi ve yakıt hücresi yol haritası, ilgili politikaların formüle edilmesinde karşılaşılan bazı spesifik zorlukların altını çizmektedir. Bu zorluklar, temel olarak karayolu taşımacılığı sektöründeki karbon emisyonu kısıtlamalarını, çok sayıda entegre yenilenebilir enerji kaynağı hedefini ve düşük karbonlu, düşük maliyetli hidrojen enerjisini ve Yakıt hücresi üretim teknolojisi vb. Zorluğun üstesinden gelmek için, teknolojik çözümler arasında etkin rekabeti teşvik etmek için iyi politika kılavuzlarına ihtiyaç vardır Elbette, bu politika kılavuzları hidrojen yakıt hücreleriyle sınırlı olmamalıdır. İlgili politikalar, gelecek vaat eden teknolojiler için hedefli destek sağlamalı ve mümkün olan en kısa sürede piyasalaşmaya ulaşmak için maliyetleri düşürme ve performansı artırma yönünde gelişmelidir.
Devlet desteği ve garantisi. Hükümet, hidrojen enerjisi ve yakıt hücresi teknolojisinin gelişimini teşvik etmek için bir katalizör görevi görebilir, hidrojen enerjisi geliştirme gösteri üslerinin inşasını desteklemek için fon sağlayabilir ve ilgili destek politikalarını formüle edebilir. Hükümetin enerji kullanımı ve iklimde uzun vadeli hedefler belirlemesi ve çeşitli enerji geliştirme ve iklim göstergelerinin gerçekleştirilmesini sağlamak için istikrarlı bir kalkınma ortamı yaratması gerekiyor.
Sosyal sermayeyi etkinleştirin. Sosyal sermayenin harekete geçirilmesi, hidrojen enerjisinin ve yakıt hücresi teknolojisinin büyük ölçekli yayılımının ön koşuludur. Son on yılda, paydaşlar arasındaki eylemleri koordine etmek ve fonların sorunsuz akışını sağlamak için bir dizi savunuculuk ittifakı ve ortaklığı kuruldu. Örneğin, hidrojen enerjisi gelişimini ve ilgili altyapının inşasını artırmak için, paydaşların davranışlarını koordine etmek için çeşitli bağlantılarda yakıt hücresi üreticileri, otomobil üreticileri, güç tedarikçileri, ulaşım hizmeti sağlayıcıları ve diğer işletmeleri aktif olarak tanıtın. Yatırım risklerini azaltın. Bu önlemlerin nihai başarısı, farklı paydaşların çıkarlarına ulaşıp ulaşamayacağına bağlı olacaktır. Küresel olarak, son yıllarda her yıl hidrojen enerjisi ve yakıt hücresi teknolojisi ve ilgili altyapı inşası için on milyarlarca dolar harcandı.
Beklentiler ve tavsiyeler
(1) Görünüm
Uluslararası Enerji Ajansı, CO2 gibi sera gazı emisyonlarını sınırlandırarak küresel sıcaklık artışını 2 ° C'yi geçmeyerek sınırlamayı umuyor. Bu iddialı hedefe 2050 yılına kadar ulaşılacaksa, enerji ile ilgili tüm alanlardaki toplam küresel karbon emisyonları mevcut değerin yarısından daha aza indirilmelidir. Bunlar arasında, enerji üretimi ve iletim bağlantıları toplam emisyon azaltma görevlerinin yaklaşık yarısını tamamlamalıdır ve bu tür bir düşük karbonlu enerji sistemi, enerji üretimi kısmında karbon emisyonlarının tamamen azaltılmasına dayanmalıdır. Anahtar, rüzgar enerjisini ve biyokütleyi dağıtmaktır. Enerji ve hidroelektrik gibi yenilenebilir enerjinin uygulanması. 2 ° C içinde tavan sıcaklık hedefine ulaşmak için, 2050 yılına kadar yenilenebilir enerji üretimi, toplam elektrik üretiminin% 63'ünü oluşturacak. Kalan emisyon azaltma görevlerinin yaklaşık yarısı ulaşım, endüstri ve inşaat gibi temel uygulama alanları tarafından tamamlanmaktadır.En son enerji uygulamasında verimliliği artırmak ve geleneksel enerji kaynaklarının yerini alması için düşük karbonlu hidrojen enerjisi, biyokütle enerjisi ve diğer yenilenebilir enerji kaynaklarını kullanmak gereklidir. Fosil enerjiden.
(2) Öneriler
Hidrojen enerjisi ve yakıt hücrelerinin geliştirilmesindeki sorunlar göz önüne alındığında, hükümet, endüstri, bilimsel araştırma ve diğer bölüm ve alanların politika garantileri ve teknik destek sağlaması tavsiye edilir.
Hükümet departmanı. Uzun vadeli iklim ve enerji tasarrufu sağlayan emisyon azaltma hedeflerine ulaşmak, istikrarlı bir politika ve düzenleyici çerçeve oluşturmak, karbon fiyatlandırması, yakıt tarifeleri veya yenilenebilir yakıt standartları formüle etmek ve tüm enerji alanlarında yüksek yakıt verimliliği ve düşük emisyon teknolojilerinin kullanımını teşvik etmek. Mevcut temelde, karayolu taşımacılığı alanında yakıt ekonomisini güçlendirin ve CO2 ve diğer kirletici maddelerin emisyonunu sınırlayın. Rapor hükümete şu özel tavsiyelerde bulundu: (1) Kapsamlı bir vergi sistemi, CO2 yayan araçların vergilendirilmesi vb. Gibi fosil yakıtlı araçların sayısını sınırlandırmak için uygun ekonomik politikalar kullanın; (2) Politika çerçevesini güçlendirin , Ulaşım sektörünün emisyon sorunlarını çözmek; (3) Enerji depolama teknolojisi ile sağlanan güç sistemi hizmetlerini uygun ücretlerle teşvik etmek için bir pazar çerçevesi oluşturmak; (4) Hidrojen taşımacılığı ve dağıtımı, perakende altyapısı sorununu çözmek için güvenlik düzenlemelerini geliştirmek ve Hidrojen ölçüm standartları arasındaki güvenlik sorunları; (5) Hidrojen enerjisi geliştirme tanıtım üslerinin konuşlandırılmasını destekleyin ve elektroliz ve yakıt hücreleri ile hidrojen üretimi gibi kilit hidrojen enerjisi teknolojileri üzerine araştırmalara yapılan yatırımları artırın; (6) Ham maddeler gibi potansiyel pazar engellerini çözün (7) Kamu bilincini artırmak için tanıtım ve eğitim programlarını genişletin.
Endüstriyel alan. Yakıt pilleri ve elektrolizörlerin hizmet ömürlerini uzatmak ve yaşlanma hızını yavaşlatmak için en düşük maliyetli sistemin tasarım ve üretim yöntemlerinin belirlenmesi gerekmektedir. Yakıt hücreli elektrikli araçların yolda uygulanabilirliğini ve tüm sanayi zincirinin ekonomisini kanıtlayarak kullanım oranlarını artırın. Farklı bölgelerin kendine özgü özelliklerine göre, yerel koşullara uygun olarak fosil yakıt bazlı hidrojen üretim süreçlerinin gelişimini hızlandırmak ve mümkün olan en kısa sürede olgun bir ticari sistem oluşturmak için üretim sürecinde CO2 emisyonlarını azaltmak için önlemler almak.
Araştırma alanı. Enerji arzını ve talebini analiz edin, farklı enerji kaynakları arasındaki bağlantıyı inceleyin ve hidrojen enerjisine dayalı yenilenebilir enerji dönüşüm sistemlerini inceleyin. Hidrojen üretimi açısından, maliyetleri düşürürken ve kaynak kullanımını iyileştirirken, üretim ve dağıtım alanlarında karbon emisyonlarını olabildiğince azaltmak gereklidir. Hidrojen depolaması açısından, yeraltı gaz depolama alanına uygulanabilir jeolojik yapı verilerinin elde edilmesi gerekmektedir. Hidrojen enerjisi kullanımının sonunda, hidrojen enerjisi kullanımının güvenliğini ve çevre korumasını iyileştirmek için ilgili kullanım spesifikasyonlarını formüle etmek gerekir.
Aynı zamanda, İngiltere'nin hidrojen enerji pilleri alanındaki gelişim rotasına da bir göz atalım:
Hidrojen ve Yakıt Hücreleri: Büyüme Fırsatları - İngiltere için ARoadmap
İngiltere'de hidrojen yakıt hücrelerinin geliştirilmesi için yol haritası
HydrogencouldbringsignificantbenefitstotheUK'senergysystem: heatinghomesandbusinesses, poweringvehicles, andbalancingintermittentrenewables.ThisnewroadmapprovidesanindustrialstrategyforhydrogenandfuelcellstoplayagreaterroleintheUK'senergymix.Indevelopingtheroadmap, E4techandElementEnergyconducteddetailedanalysisandaseriesofworkshopsandbilateraldiscussionswithstakeholders.Thisallowedustoproduce'mini-roadmaps'addressing11sectorsindetail, andtobringtogetherthemostimportantaspectsintoanoverarchingdocumentwithfourthemes:
Hidrojen enerjisi, Birleşik Krallık'ın enerji sistemine büyük faydalar sağlayabilir: ev şirketleri ısıtma sağlar, araba kullanır ve aralıklı yenilenebilir enerjiyi dengeler. Bu yeni yol haritası, hidrojen yakıt hücrelerinin İngiltere'nin enerji yapısında önemli bir rol oynaması için endüstriyel bir strateji sunuyor. Bu yol haritasını oluşturma sürecinde E4tech ve ElementEnergy, detaylı analizler gerçekleştirdi, bir dizi seminer gerçekleştirdi ve paydaşlarla ikili görüşmeler gerçekleştirdi. Bu, bir "mini devre şeması" oluşturmamızı ve 11 ayrıntılı parçayı bulmamızı, bunları bir dosyada bir araya getirmemizi ve aşağıdaki dört temayı oluşturmamızı sağlar:
Hydrogenasamajorcomponentofafuturelowcarbonenergysystem, whereitcanbringsignificantbenefitsasalowcarbonroutetoenergysupply, andthroughprovidingservicestoenergynetworks.Thegasnetworkcouldbeconvertedtohydrogen, toprovidelowcarbonheating.Hydrogencouldenablemorewidespreadpenetrationofrenewableelectricity.Whencombinedwithcarboncaptureandstorage, hydrogenproductioncanprovidearoutetoloworevennegativegreenhousegasemissions.Noneoftheseoptionsareyetavailableatthescalerequiredtodelivermajorenergysystembenefits, andsotheactionsrecommendedherearetopreparetheUKtotakeadvantageofthesepotentialsolutions.
Gelecekteki düşük karbonlu enerji sisteminde hidrojen enerjisi çok önemli bir bileşendir.Enerji ağı üzerinden hizmet vermek, düşük karbonlu enerji tedarikine büyük faydalar sağlayabilir. Gaz boru hattı ağı, hidrojen enerjisi taşımacılığına dönüştürülebilir ve düşük karbonlu ısıtma sağlayabilir. Hidrojen enerjisi penetrasyon yoluyla yenilenebilir elektriğe dönüştürülebilir. Karbon tutma ve hidrojen depolamayla birleştirildiğinde, hidrojen ürünleri daha düşük veya negatif sera gazı emisyonlarına sahiptir. Bunu yapabilen başka bir büyük ölçekli enerji sistemi yoktur, bu nedenle tavsiye edilen önlem, Birleşik Krallık'ın bu potansiyel olarak faydalı seçeneklere hazırlık yapması gerektiğidir.
Hydrogenintransport, andhowitcanhelptoimproveairqualityandcontributetodecarbonisation.Whileapplicationincarsisimportant, hydrogenisalsowellsuitedtoheaviervehiclesoperatingdailydutycycles.TheUKcouldbenefitfromafocusondevelopinglargerbuses, kamyon, vansandevenboats, wherethereisalreadysignificantindustrialstrength.ThemainactionhereistosupportUKcompaniesproducingthesevehiclesandtheircomponents, complementedbyactionstopreparetheUKmarketfortheintroductionofhydrogen-fuelledvehiclesofalltypes.
Hidrojen enerjisinin ulaşımda uygulanması, hava kalitesinin iyileştirilmesine yardımcı olabilir ve düşük karbonlu bir ekonomiye katkıda bulunabilir. Hidrojen enerjisinin otomobillerde uygulanması çok önemlidir ve günlük taşıma için ağır kamyonlarda da kullanılabilir. İngiltere, büyük otobüsleri, kamyonları, büyük kamyonları ve hatta gemileri şiddetle geliştirmekten faydalanabilir ve halihazırda önemli bir endüstriyel güce sahiptir. Ana eylem, İngiliz şirketleri tarafından otomobil ve ilgili bileşenlerin üretimini desteklemek ve her tür hidrojen yakıtlı aracı İngiltere pazarına sokmaya hazırlanmaktır.
Fuelcell CHP, bugün enerji kullanımının verimliliğini artırıyor. Bu sistemler, doğalgazı temiz ve verimli bir şekilde kısa vadede, ve biyo bazlı gazları veya hidrojeni uzun vadede çalıştırıyor.
Yakıt hücresi CHP kombine ısı ve güç (Birleşik Isı ve Güç), günlük enerji kullanımının verimliliğini artırır. Bu sistem kısa vadede doğalgazda temiz ve verimli çalışabilir, uzun süre biyokütle gazı veya hidrojende çalışabilir. Ana eylemler arasında, küçük yakıt hücreli CHP kojenerasyonunu doğrulamak ve tanıtmak, kurallar yoluyla adil bir iş sitesi oluşturmak, güçlü bir şekilde iş modelleri geliştirmek ve yakıt hücreli CHP kojenerasyonundan yararlanmak için İngiliz şirketlerinin desteklenmesi yer alıyor.
Yakıt hücresi, işlevsellik yararları, kendi hakkına yarar sağlayan ürünlerdir.Taşınabilir güç, uzaktaki güç kullanarak, seri araçlar ve her biri için önemli ölçüde önemli rol oynayan, hidrojen ve yakıt hücresi teknolojilerinde ticari faaliyetler.
Yakıt hücrelerinde halihazırda kullanılan ürünler, kendi avantajlarını kullanarak bazı işlevsel faydalar sağlayabilir. Taşınabilir mobil güç kaynakları, taşınabilir yakıt uzak güç kaynakları ve insansız hava araçları, hidrojen ve yakıt hücresi teknolojilerinin ticarileştirilmesinde potansiyel olarak önemli bir rol oynamıştır. Ana eylem, ürünleri sergilemeye odaklanmak, potansiyel alıcılara tanıtmak ve bazı gereksiz engelleri kaldırmak olabilir.
Thegraphicshowshowtheuseofhydrogenandfuelcellsinourenergysystemcouldbedeveloped.Theperiodto2020focusesonexpandingtheuseoftechnologiesavailabletoday, suchasvehicles, fuelcellCHPandportableandspecialistfuelcells, whilstplanningandpreparingforagreaterroleforhydrogenintheenergysystem.In2020-2025activityrampsup, withconstructionofsystemsneededforconversionofthegasgridtohydrogen, useofhydrogeninawiderrangeofvehicles, andmultipleprojectsbringingregionalbenefitsthroughproductionanduseofhydrogen.After2025widespreaduseofhydrogeninheating, transportandindustryisenabledbystagedconversionofthegasgrid, withlowcarbonhydrogenproducedbyroutesincludingCCS.
Aşağıdaki grafik hidrojen yakıt hücresinin enerji sistemimizde nasıl geliştirildiğini göstermektedir. 2020 yılına kadar, otomobiller, yakıt hücresi kojenerasyonu, taşınabilir mobil güç ve profesyonel yakıt hücreleri gibi halihazırda mevcut teknolojileri genişletmeye odaklanmaya devam edeceğiz.Aynı zamanda, hidrojen enerjisinin enerji sisteminde daha büyük bir rol oynaması için planlıyor ve hazırlanıyoruz. etki. 2020-2025 döneminde artan faaliyetler arasında hidrojen tedarik ağlarının inşası, hidrojen yakıt hücreli araçların daha büyük ölçekte kullanılması ve birden çok projeye bölgesel faydalar sağlamak için hidrojen üretimi ve kullanımı yer alıyor. 2025'ten sonra, hidrojen enerjisi ısıtma, ulaşım ve endüstride ve gaz ağlarının dönüştürülmesi ve CCS dahil olmak üzere geleneksel düşük karbonlu hidrojenin üretimi yoluyla yaygın olarak kullanıldı.
