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作者:歐陽明高 來源: 發布時間:2022-5-12 20:12:11
發展可再生能源制氫 推進氫能產業高質量發展


 

   伴隨著全球能源革命,氫能的重要性日益突顯。隨著我國氫能產業加速發展,氫氣的應用將會越來越廣泛。

   在全球氫能產業競爭中,我們要抓住機遇,努力實現氫能科技革命性突破,推進氫能與燃料電池技術的全面成熟,促進氫能在交通、工業等重點應用領域大規模市場滲透,搶占國際前沿陣地。

   我國最近發布了《氫能產業發展中長期規劃(2021-2035 年)》(以下簡稱《規劃》),這將對我國氫能產業的高質量發展發揮重要指導作用!兑巹潯房茖W分析了我國氫能產業的發展現狀,明確了氫能在我國能源綠色低碳轉型中的戰略定位、總體要求和發展目標,提出了氫能創新體系、基礎設施、多元應用、政策保障、組織實施等方面的具體規劃,為我國氫能產業中長期發展描繪了宏偉藍圖。

 

堅持綠色低碳路線 主攻可再生能源制氫

 

   我國提出力爭于2030年前二氧化碳排放達到峰值、2060年前實現碳中和。想要實現該目標,必須推動可再生能源規;l展。

   可再生能源的主要載體就是電和氫,在動力、儲能方面兩者具有互補性。而作為無碳工業原料,氫具有不可替代性。氫能的戰略地位和經濟合理性,主要取決于可再生能源轉型中的大規模長周期能量儲存與多元化終端利用需求。

   基于化石能源制氫,存在能量利用效率低、二氧化碳排放高等問題。雖然可再生能源制氫在生產—儲運—利用全鏈條上也存在能源轉化效率問題,但隨著可再生能源裝機不斷擴大,效率問題可轉化為成本問題。

   在國務院批復建設的張家口可再生能源示范區,清華大學團隊嘗試開展從可再生能源制氫到終端應用的全鏈條工程驗證。當可再生能源電力價格低于0.15元/千瓦時時,可再生能源制氫的經濟性就能得以保障。因此,可再生能源制氫是堅持綠色低碳發展道路的必然選擇。

   此次發布的《規劃》提出,“到2025年,燃料電池車輛保有量約5萬輛,可再生能源制氫量達到10萬~20萬噸/年”的發展目標。從量上講,可再生能源制氫量是可以滿足燃料電池車輛使用的;從品質上講,可再生電力電解水制氫純度很高,能夠滿足燃料電池對氫純度的高要求,可以完全避免加氫站、儲氫瓶和燃料電池受腐蝕或中毒等問題。

   電解水制氫分為堿性電解水制氫(AEC)、質子交換膜電解水制氫(PEMEC)、高溫水蒸氣電解制氫(SOEC)等技術路線。一些專家預測,電解水制氫的需求在未來將比燃料電池更大。

   目前,我國能源行業積極投資可再生能源制氫,如四川水電制氫、新疆光伏制氫、內蒙古風電制氫等,為規;a清潔低碳氫能奠定了良好的產業基礎。

 

堅持創新引領、自立自強 實現氫能科技新突破

 

   氫能技術鏈條長、難點多,現有技術經濟性還不能完全滿足實用需求,亟需從氫能制備、儲運、加注、燃料電池、氫儲能系統等主要環節創新突破,重點突破“卡脖子”技術。如嚴重影響燃料電池壽命和使用成本的質子交換膜、70MPa高壓四型瓶的高強度碳纖維和安全閥、加氫站離子壓縮機、加注槍的核心零部件等。

   同時,也要面向氫能科技前沿開展基礎研究和應用基礎研究。如電解水制氫催化劑和陰離子膜、光電催化制氫、基于超導強磁場高效磁制冷的氫液化循環以及中壓深冷氣態儲氫、新一代固體氧化物燃料電池和能夠可逆運行的SOFC/SOCE等新一代氫能科技。

   在全球氫能產業競爭中,我們要抓住機遇,努力實現氫能科技革命性突破,推進氫能與燃料電池技術的全面成熟,促進氫能在交通、工業等重點應用領域大規模市場滲透,搶占國際前沿陣地。

   相比于電化學動力電池,我國氫燃料電池在技術儲備、產業基礎、人才隊伍等方面較為薄弱,與國際先進水平也存在一定差距,建議盡快建立氫能創新平臺,開展關鍵核心技術攻關和人才培養,打造自立自強的科技體系。

   同時,氫能利用是世界各國共有之義,必須堅持開放合作的態度,不斷凝聚各方創新成果,推動形成國際氫能應用良好生態。

 

堅持安全為本、示范先行 探索科學合理的產業生態

 

   類似電池安全之于電動汽車和電化學儲能行業,氫安全在氫能產業發展中的作用不言而喻,必須努力做到萬無一失。要建立氫能全產業鏈數據監控平臺,建立安全評價和檢測體系,尤其是要注重一線工作人員的安全培訓,嚴格按照安全規范進行日常操作。

   例如,張家口市專門成立張家口氫能研究院,建立氫能全產業鏈安全監控平臺和數據庫,并聯合中國特檢院建設氫能裝備檢測中心,著力維護張家口市氫能燃料電池公共交通系統安全運營。

   北京2022年冬奧會期間,為保障北京和張家口賽區的800余輛燃料電池汽車、20多座加氫站運營安全,北京專門設立了冬奧示范氫安全國際專家咨詢委員會,匯聚全球氫安全管理經驗,確保冬奧會綠色出行安全。

   值得注意的是,燃料電池車輛只是氫能應用的突破口,長遠發展應逐步拓展到交通、電力、化工、冶金等領域,充分發揮氫能在能源綠色低碳轉型和高排放、高污染行業綠色發展中的重要支撐作用。

 

堅持市場主導、政府引導 遵循新興產業發展規律

 

   我國純電動汽車應用區域主要集中在東部、中部和南部,而北部、東北部、西北部分布較少,原因是這些地區冬季溫度低,影響動力電池出力。

   相比之下,燃料電池受溫度影響較小,電池余熱可靈活轉化利用,并且這些地區可再生能源資源較為豐富,由可再生能源制取的清潔低碳氫能供應能力強,燃料電池汽車具有較大的市場應用潛能。

   對照我國純電動汽車從孕育到高質量發展的歷程,我國燃料電池汽車產業比純電動汽車產業發展約滯后10年,目前仍處于產品導入期,正在進入應用成本快速下降的成長期。根據國內外主要燃料電池廠商產品測試數據,預計今后10年燃料電池成本將大幅下降、性能穩定提升。

   應該注意的是,氫能全產業鏈技術復雜度和中外競爭激烈性不容小覷,全行業必須眾志成城、攻堅克難。這段時期,政府支持引導非常重要,尤其是在產業統籌布局、應用場景拓展創新等方面,要因地制宜、量力而行,避免急功近利、盲目投入!

(作者系中國科學院院士,鄭金武根據迎接新能源汽車市場化發展新階段論壇上的報告整理)

 

《科學新聞》 (科學新聞2022年4月刊 封面)
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