氫能改變未來

文 / 本刊記者 李承明

近日，中國能源研究會儲能專家委員會和中關儲能產業技術聯盟聯合發布的《2018儲能產業研究白皮書》顯示，其中電化學儲能累計裝機規模389.8MW，同比增長45%。而氫燃料電池技術被認為是解決未來人類能源危機的終極能源。

氫能是21世紀“終極能源”

氫能具有能量密度大，燃燒熱值高，來源廣泛，可存儲，可再生，可燃燒可轉換電能，零碳排，零污染等優點，有助于解決能源危機以及環境污染等問題，被譽為21世紀的終極能源。

隨著氫能應用技術發展逐漸成熟，以及全球應對氣候變化壓力的持續增大，氫能產業的發展在世界各國備受關注，日本、美國、歐盟等發達國家相繼將發展氫能產業提升到國家能源戰略高度，在氫能源產業化應用方面邁出了實質性步伐，無論是政府還是產業資本都在積極推動氫能產業的發展。氫能源全球最為積極的推動者非日本莫屬。

早在2014年，日本資源能源廳就發布了《氫能與燃料電池戰略路線圖》，為氫能源發展制定了“三步走”計劃，到2030年，日本的氫能相關產業要達到1萬億日元（約合88億美元）的規模。日本領軍車企豐田研發的氫能源轎車已經于2014年底在日本上市，本田和日產也在分別研發各自的氫能轎車。日本政府提出未來要建設“氫能社會”，更要將2020年的東京奧運會打造成一場“氫能盛事”，屆時運動員和觀眾來往于各奧運場館將乘坐最新的氫能源公交車。預計在2040 年日本將建成全國性的氫能供給網絡。

美國一直是領導世界氫燃料電池發展的主要國家，早在2002 年 11月 ，美國就發布了國家氫能源前景。自2007年開始美國南加州對氫燃料電池的生產和研究的設備實行稅收全免政策；俄亥俄州為250kW以下的燃料電池系統實行稅收全免政策；自2015年底美國從國家層面開啟了新的氫能計劃，預計在 2030-2040 年全面實現氫能源經濟。

近年來，我國一些地區采用富余水電、棄風、棄光或城市電網谷段電力開展水電解制氫的示范項目，形成小規模生產并提供工業氫氣。消納水電、棄風、棄光等可再生能源電力進行水電解制氫，形成的是綠色二次能源。在水電、風電發達地區，或輸入可再生能源電力的地區，城市電網中“綠色電力”均占有一定比例，應該被稱為“淺綠電力”，采用“淺綠電力”制氫是減少碳排放的重要措施，并可提供“綠色二次能源”。

2019年6月6日，上海，SNEC第十三屆國際太陽能光伏與智能能源展的氫燃料電池系統

氫能源應用

氫能可廣泛應用于燃料電池車輛、發電、儲能。作為清潔的二次能源，氫能具有可規模化儲存的特性，其廣泛應用可部分替代石油和天然氣，成為能源消費的重要組成部分，對應對氣候變化和保障能源供應安全等具有一定的支撐作用。

氫能產業鏈主要包括氫能的制取、儲存、運輸和應用等環節。氫既可廣泛應用于傳統領域，又可應用于新興的氫能車輛（包括乘用車、商用車、物流車、叉車、軌道車等）以及氫能發電（包括熱電聯供分布式發電、發電儲能、備用電源等）。

為加快發展我國的氫能產業，依據目前的資源條件和能源產業狀況，應在加強氫安全的基礎上，積極推行氫源多元化及氫能多元化和規模化應用。氫源的多元化除了上述利用富余風電、水電、光化學制氫外，還應充分利用我國豐富的煤炭資源。煤化工生產經過多年的研究開發，已具備良好的規模和經濟發展狀態，若將煤制氫與煤制油、煤化工產品等生產環節緊密結合、綜合利用，可獲得經濟、豐富的氫源。我國的煉油工業、化工產業多設計的品種及規模巨大，工業含氫排放氣是重要的氫氣來源。當前，要特別做好我國富余的風電、光伏以及低谷電制氫，做好能量轉化，減少對清潔能源的浪費。

氫氣是已知密度最小的氣體，常溫常壓下極易燃燒，安全可靠的儲氫、輸氫技術成為氫能大規模開發利用的關鍵。氫氣存儲方法主要包括高壓氣態儲存、低溫液態儲存、化合物儲氫等。其中, 高壓氣態儲存和低溫液氫儲存技術需要將氫氣保存在特制容器瓶中，因造價昂貴而無法大規模應用。科學界正在積極探索相對廉價安全的納米、合金、絡合氫化物、金屬有機骨架化合物和有機液體等材料作為儲氫載體循環使用。特別是有機液體氫載體可利用現有石油儲運方法與設施在常溫常壓下儲運氫氣。

氫能源燃料電池汽車是氫能一種很好的應用方式，具有低污染、效率高、加氫快、長續航、安全的優點。氫能源燃料電池轉換效率可達60%，是內燃機效率的2-3倍。加氫速度快，一般3-5分鐘即可加滿。能量密度高，熱值是LNG的兩倍、汽油的三倍。氫能源燃料電池汽車續航里程可達500-1000公里；儲存方式多樣，可以是壓縮氣態儲氫、液化儲氫、金屬氫化物儲氫、碳吸附儲氫等方式，且氫氣極易消散，具有更高的安全性。

燃料電池是將化學能直接轉化為電能的裝置, 是氫能高效轉化及利用的最佳方式，具有轉換效率高、零污染、零排放等特點。盡管氫燃料電池汽車遠未達到市場普及階段, 但全球科學界和主要汽車企業都在積極開發氫燃料電池技術,推動氫燃料電池汽車試驗應用。目前, 中國、美國、歐盟、日本、韓國等都制定了較為完備的氫燃料汽車發展規劃, 并嘗試通過政策、法規全面促進氫能開發利用。隨著廉價制氫技術、氫燃料電池技術的不斷進步以及氫燃料基礎設施的不斷完善，氫燃料電池汽車有望于2030年前后進入快速發展期, 預計到2050年全球氫燃料電池汽車保有量

氫能發展前途無量

近年來，我國對發展氫能產業高度重視，出臺了系列有利于氫能和發展的相關產業政策。2016年4月，國家發展改革委、國家能源局等聯合發布的《能源技術革命創新行動計劃（2016—2030年）》，提出了能源技術革命重點創新行動路線圖，部署了15項具體任務，“氫能與燃料電池技術創新”位列其中，標志著氫能產業已被納入國家能源戰略；2016年6月，國家發展改革委、能源局、工信部聯合發布《中國制造2025-能源裝備實施方案》將燃料電池和氫能開發利用作為專門章節；被《國家創新驅動發展戰略綱要（2016）》列為引領產業變革的顛覆性技術；2017年，國家能源局批準多項棄風棄光制氫儲能項目；2018年1月，國家科技部已將“可再生能源與氫能技術”列入重點專項，積極加以支持研究。

據《中國氫能產業基礎設施發展藍皮書》預測，到2020年，我國以能源形式利用的氫氣產能規模將達到720億立方米；加氫站數量達到100座；燃料電池車輛達到1萬輛；氫能軌道交通車輛達到50列；行業總產值達到3000億元。到2030年，氫能產業將成為我國新的經濟增長點和新能源戰略的重要組成部分，產業產值將突破1萬億元；加氫站數量達到1000座，燃料電池車輛保有量達到200萬輛。未來以氫燃料為驅動力的電池汽車，基于廉價高效氫氣制取與儲運技術，將在2030-2050年前后有望進入發展快通道，并可帶領人類走進氫能社會時代。

今年2月11日，由國家能源集團牽頭、國家電網公司等多家央企參與的跨學科、跨行業、跨部門的國家級產業聯盟——中國氫能源及燃料電池產業創新戰略聯盟（簡稱“中國氫能聯盟”）在北京宣告成立。多家中央企業帶頭參與，標志著我國氫能大規模商業化應用正在開啟，可謂是氫能研發與利用的“國家隊”，代表了我國最先進的實力。從聯盟成員單位的構成上看，中央企業占了很大比重，國家能源集團是首屆理事長單位，十幾家參與其中的中央企業也都在相關領域有著舉足輕重的地位和影響力。科技部、工業和信息化部、國家能源局、國務院國資委主要負責人出席儀式并講話，對聯盟的成立高度重視，指出氫能源及燃料電池產業發展，事關我國能源發展戰略，事關我國生態文明建設，事關我國戰略性新興產業布局。

在國家戰略導向和市場發展推動下，我國氫燃料電池產業的投資規模正快速增長。據清華大學核能與新能源技術研究院教授、國家973氫能項目首席科學家毛宗強統計，僅2017年氫燃料電池投資項目（2020年投產）就達1000多億，產能為17萬套氫燃料電池發動機。當前，各地對氫能開發利用投入巨資，制定了雄心勃勃的產業規劃，未來氫燃料電池發展將呈現蓬勃發展之勢。

毋庸置疑，雖然我國氫燃料電池開發較晚，但發展態勢迅猛、氣勢如虹，具有很好的后發優勢，已經成為國際最重要的氫能市場。