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我国煤制氢与CCUS技术集成应用的现状、机遇与挑战

许毛 张贤 樊静丽 高林 徐冬

许毛, 张贤, 樊静丽, 高林, 徐冬. 我国煤制氢与CCUS技术集成应用的现状、机遇与挑战[J]. 矿业科学学报, 2021, 6(6): 659-666. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2021.06.004
引用本文: 许毛, 张贤, 樊静丽, 高林, 徐冬. 我国煤制氢与CCUS技术集成应用的现状、机遇与挑战[J]. 矿业科学学报, 2021, 6(6): 659-666. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2021.06.004
Xu Mao, Zhang Xian, Fan Jingli, Gao Lin, Xu Dong. Status quo, opportunities and challenges of integrated application of coal-to-hydrogen and CCUS technology in China[J]. Journal of Mining Science and Technology, 2021, 6(6): 659-666. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2021.06.004
Citation: Xu Mao, Zhang Xian, Fan Jingli, Gao Lin, Xu Dong. Status quo, opportunities and challenges of integrated application of coal-to-hydrogen and CCUS technology in China[J]. Journal of Mining Science and Technology, 2021, 6(6): 659-666. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2021.06.004

我国煤制氢与CCUS技术集成应用的现状、机遇与挑战

doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2021.06.004
基金项目: 

国家自然科学基金 71503249

国家自然科学基金 71874193

详细信息
    作者简介:

    许毛(1995—),男,安徽淮北人,硕士研究生,主要从事复杂能源系统建模、低碳技术投资评估等方面的研究工作。Tel:13051555072,E-mail:xumao951225@163.com

    通讯作者:

    樊静丽(1987—),女,河北沧州人,教授,博士生导师,主要从事能源与气候变化经济、能源系统建模等方面的研究工作。Tel:010-62331447,E-mail:fan@cumtb.edu.cn

  • 中图分类号: TK91; TK-9

Status quo, opportunities and challenges of integrated application of coal-to-hydrogen and CCUS technology in China

  • 摘要: 在应对全球气候变化的背景下,氢能以其清洁、高效、无碳的特点而受到广泛关注。基于我国的资源禀赋、氢能需求及排放约束,煤制氢及碳捕集、利用与封存(CCUS)技术的集成应用对我国能源低碳转型具有重要意义。本文系统分析了我国煤制氢与CCUS技术集成应用的现状、机遇与面临的挑战,并为未来我国发展低碳煤制氢产业提供相关建议。结果表明:①相较其他制氢技术,现阶段煤制氢与CCUS技术的集成应用具备显著的成本优势;②CCUS技术可降低煤制氢过程约90 % 的二氧化碳排放,但相比可再生能源制氢其碳足迹仍是短板;③新疆、山西、陕西及内蒙古等地区可作为推广煤制氢与CCUS技术集成应用的优先区域;④煤制氢与CCUS技术集成应用面临的挑战主要包括缺乏公众认可度以及与可再生能源之间的竞争。未来我国应加强针对煤制氢与CCUS技术集成应用产业的顶层设计及相关技术的科普宣传,积极推进煤制氢与CCUS技术集成应用方面的研发和示范,为我国氢能产业的发展提供保障。
  • 图  1  不同制氢技术的成本比较

    (注:所有成本均已折算为2016年不变价)

    Figure  1.  Cost comparison of different hydrogen production technologies

    图  2  2020—2050年中国氢能供给结构变化[3]

    Figure  2.  Changes of hydrogen supply structure in China from 2020 to 2050

    表  1  主要制氢技术介绍[6-11]

    Table  1.   Introduction of main hydrogen production technologies

    制氢方式 主要制氢原料 主要制氢技术路线 技术成熟度
    煤制氢 煤炭   煤气化制氢 成熟
    天然气制氢 天然气   天然气蒸汽转化法制氢;
      天然气部分氧化法制氢;
      天然气催化裂解制氢
    (1) 蒸汽转化制氢:成熟;
    (2) 甲烷部分氧化法制氢:开发阶段;
    (3) 天然气催化裂解制氢:开发阶段
    工业副产气制氢 焦炉煤气、氯碱副产品等   主要通过变压吸附法将H2提纯 焦炉煤气制氢和氯碱副产品制氢技术:成熟
    甲醇制氢 甲醇   甲醇裂解制氢;
      甲醇蒸汽重整制氢;
      甲醇部分氧化制氢
    (1) 甲醇裂解制氢:成熟;
    (2) 甲醇蒸汽重整制氢:成熟;
    (3) 甲醇部分氧化制氢:研发阶段
    电解(海)水制氢   目前主要的电解槽技术有3种:碱性电解槽(AE)、质子交换膜(PEM)电解槽和固体氧化物电解槽(SOEC) (1) AE:成熟;
    (2) PEM:研发示范阶段;
    (3) SOEC:实验研发阶段
    光催化分解水制氢   利用半导体光催化分解水制氢 实验研发阶段
    生物质制氢 生物质   化学法制氢(气化法、热解重整法、超临界水转化法等);
      生物法制氢(光发酵、暗发酵以及光暗耦合发酵等)
    实验研发阶段
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    表  2  中国主要氢能政策

    Table  2.   Major hydrogen policies in China

    发布部门 发布年份 政策名称 主要观点
    国务院 2016 《国家创新驱动发展战略纲要》 开发氢能、燃料电池等新一代能源技术
    国家发改委、国家能源局 2016 《能源技术革命创新行动计划(2016—2030年)》 加快推进氢能与燃料电池技术创新
    国家发改委、国家能源局 2016 《能源技术革命重点创新行动路线图》 加快推进氢能与燃料电池技术创新
    国务院 2016 《"十三五"国家科技创新规划》 开发氢能、燃料电池等新一代能源技术
    国家能源局 2017 《能源技术创新"十三五"规划》 促进氢能、燃料电池成套技术产业化应用
    工信部、国家发改委、科技部 2017 《汽车产业中长期发展规划》 确定了我国燃料电池技术发展路线
    工信部、财政部、商务部、海关总署、质检总局 2017 《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法公布》 将燃料电池汽车列入积分
    国家发改委、国家能源局 2018 《清洁能源消纳行动计划(2018—2020年)》 探索可再生能源富余电力制氢技术
    国家发改委 2018 《汽车产业投资管理规定》 将燃料电池车划归新能源汽车
    生态环境部、国家发改委、工信部、公安部等 2019 《柴油货车污染治理攻坚战行动计划》 鼓励各地组织开展燃料电池货车示范运营,建设加氢示范站
    国务院 2019 《2019年国务院政府工作报告》 加快推进国内加氢站设施建设
    财政部、工信部、科技部、国家发改委 2019 《关于进一步完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》 购置补贴转为用于支持加氢站基础设施"短板"建设和配套经营服务等方面
    财政部、工信部、交通运输部、国家发改委 2019 《关于支持新能源公交车推广应用的通知》 通过"以奖代补"的方式重点支持新能源公交车运营
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-08-24
  • 修回日期:  2021-05-13
  • 刊出日期:  2021-12-01

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