The Innovation Energy | 可再生能源电力多元转换和绿色电子化学品将重构工业发展之路
作为全球多个领域低碳转型的解决方案，电力多元化转换（Power-to-X）近年来受关注度逐渐提升，其中，由可再生能源制取的绿氢发挥了重要作用。Power-to-X模式发展的一个重要逻辑是将可再生电力制取的绿氢转化为烃、醇、氨等氢载体，这对于降低我国石油、天然气的对外依存度、保障我国的能源安全具有极为重要的意义。
导 读
碳中和目标的实现需要彻底颠覆从工业革命建立起来的以化石能源为主导的能源体系，重构以非化石能源为主体的世界能源新结构。风能和太阳能等可再生能源是实现所有可直接电气化行业脱碳的关键，但电气化并非适用于所有能源密集型产业。我们需要其他能源来减少如航空或航运业的碳排放，而这就是电转X（Power-to-X）技术的作用所在。其有效途径必须满足两个重要条件：一是有持续的可再生能源供给，二是能从非碳资源获得氢气。因为氢能在未来能源构架中将与电力一起居于核心位置，氢能的发展是碳中和目标实现的关键。
到 2030 年，氢气是未来化学品和能源系统的关键部分。然而，部分行业所涉技术不易实现完全电气化或完全脱石化，化学化工就是一个典型的例子。因此，电子化学品和电子燃料正在成为具有巨大潜力和直接影响的新兴产品。
电转X技术的多功能性体现在变量“X”中，它可以表示从绿氢中生产出的各种能源载体或原材料。
氢气及其衍生物用途广泛。绿氢可作为燃料电池汽车辆的零排放替代能源；它可以作为能源来源，减少钢铁和化工等难以脱碳的行业的碳足迹；它可以储存过剩的可再生能源，将其转换为电能，可以实现能源网的稳定；它还能用于燃气轮机或与天然气结合，减少发电时的碳排放，推动向更清洁的能源发电过渡。
绿氨是氢气的衍生物之一，是由绿氢与氮气结合产生的一种无碳燃料，在发电、作为肥料和氢载体方面具有巨大潜力。另一种氢气的衍生物是e-甲醇，由绿氢与捕获的二氧化碳结合产生。这些可再生液体燃料，即e-甲醇和绿氨，在交通运输行业都有非常重要的作用，它们的特性使其能成为化石燃料的理想替代品。此外，绿氢还可以转化为可持续航空燃料，这种合成燃料可以为飞机提供动力，且无需对现有全球航空基础设施做任何改动。
图1从经济、技术和未来趋势出发,结合现有清洁型、高比例可再生能源电力系统研究工作遇到的实际问题以及相关政策,提出未来构建100%可再生能源电力系统时可能面临的挑战。对图中所给的挑战进行具体分析并阐述了,阐述其产生的原因及将引起的问题。
图1 2025 年目现有35%化学品中可被电子化学品取代
到2050年实现净零排放的道路不可能仅由单一的技术路线完成。全球能源转型是复杂的，需要考虑多种互补的解决方案，才能成功降低全球范围内的碳排放，减缓气候变化的影响。电转X技术就是其中之一。
全球难以电气化的碳密集型行业的碳排放量约占全球排放总量的30%，而通过提供化石燃料替代品促进碳中和，电转X技术为这些行业提供了一条可行的途径，能显著降低其碳排放。国际能源署《2023年世界能源展望》报告指出，要实现净零排放，2050年全球对低排放氢气的需求将超过4亿吨。该需求涵盖工业、交通、运输燃料生产、电力等领域。全球可再生能源电网在不断扩大，而电转X技术也将为保存和最大化利用其产生的电力提供重要的资源保障。富余的能源可以转化为如绿氢及其衍生物等的能源载体，储存起来供日后使用，或运输到有需求的地区。此外，电转X技术还能提高可再生能源在我们的能源系统中的占比。该技术提供了一种平衡电网供需的方法，即给予需求侧灵活性，利用原本可能会被浪费的富余的可再生能源。
电转X技术还能实现部门耦合，即整合如电力、供热、运输和工业等不同部门的能源消耗和生产。这对于提高能源系统的整体效率并确保可靠能源供应非常。电转X技术还能在可再生能源行业创造新的产业和就业机会，推动技术创新，还能帮助减少对进口化石燃料的依赖，促进经济发展。
电转X技术是能源转型的关键推动力，因为它们有助于使原本难以降低碳排放的各个领域实现脱碳。随着对这些技术的不断创新和优化，它们也将在我们实现可持续和碳中和未来的道路上发挥越来越重要的作用。
总结与展望
通过绿电、Power-to-X生产绿氢，制造绿色甲醇等产品，有望推动工业领域减排。甲醇可以用来制备高端的酸、醛、脂等各种材料单体，具有非常广泛的应用，未来将带动数十万亿量级的经济市场。在“双碳”任务背景下，Power-to-X将有助于经济和产业转型，提供一条新的赛道。到2030年，我国可再生能源装机总量将突破12亿千瓦，可能达到20亿千瓦，大规模的新增可再生能源发电量，将更加凸显Power-to-X消纳清洁电力的功能和重要性。
