氢能燃料电池技术如何加快推广

氢能燃料电池技术如何加快推广

《2018储能产业研究白皮书》显示，全球已投运储能项目累计装机规模175.4GW，年增长率3.9%。我国储能项目累计装机28.9吉瓦，同比增长19%，增速是全球的5倍左右，其中电化学储能累计装机规模为389.8MW，同比增长45%，而氢储能的发展具有潜在的后发优势，氢燃料电池技术被认为是利用氢能解决未来人类能源危机的终极方案。

氢（H），在元素周期表中位于第一位，广泛存在于自然界。氢能是指氢和氧进行化学反应释放出的化学能，是一种清洁的二次能源，具有能量密度大、燃烧热值高、来源广、可储存、可再生、可电可燃、零污染、零碳排等优点，有助于解决能源危机以及环境污染等问题，被誉为21世纪的“终极能源”。

纵使氢能具有这么多的优点和优势，但对于大多数能源消费者来说，还比较陌生，似乎依然处于一种“概念性”阶段。氢能早已过了“概念性”的阶段，现在要进入踏踏实实干的阶段。经过多年努力，氢气作为原料气体及工业气体，其生产和应用在中国已具有较大规模。据初步统计，用于炼化产品生产和工业生产领域的纯度大于或等于99%的氢气年产量约为700亿立方米（约600万吨），其中从各类含氢排放气或驰放气、煤制合成气、天然气转化气、甲醇转化气等提纯获得的氢气约占90%以上，以水电解制氢获得的氢气占比2%~4%。

随着氢能应用技术发展逐渐成熟，以及全球应对气候变化压力的持续增大，氢能产业的发展在世界各国备受关注，日本、美国、欧盟等发达国家相继将发展氢能产业提升到国家能源战略高度，在氢能源产业化应用方面迈出了实质性步伐，无论是政府还是产业资本都在积极推动氢能产业的发展。

我国一些地区采用富余水电、弃风、弃光或城市电网谷段电力开展水电解制氢的示范项目，形成小规模生产并提供工业氢气。消纳水电、弃风、弃光等可再生能源电力进行水电解制氢，形成的是绿色二次能源。在水电、风电发达地区，或输入可再生能源电力的地区，城市电网中“绿色电力”均占有一定比例，应该被称为“浅绿电力”，采用“浅绿电力”制氢是减少碳排放的重要措施，并可提供“绿色二次能源”。

氢能可广泛应用于燃料电池车辆、发电、储能。作为清洁的二次能源，氢能具有可规模化储存的特性，其广泛应用可部分替代石油和天然气，成为能源消费的重要组成部分，对应对气候变化和保障能源供应安全等具有一定的支撑作用。

氢能产业链主要包括氢的制取、储存、运输和应用等环节。氢既可广泛应用于传统领域，又可应用于新兴的氢能车辆（包括乘用车、商用车、物流车、叉车、轨道车等）以及氢能发电（包括热电联供分布式发电、发电储能、备用电源等）。为加快发展中国的氢能产业，依据目前的资源条件和能源产业状况，应在加强氢安全的基础上，积极推行氢源多元化及氢能多元化和规模化应用。氢源的多元化除了上述利用富余风电、水电、光化学制氢外，还应充分利用中国丰富的煤炭资源。煤化工生产经过多年的研究开发，已具备良好的规模和经济发展状态，若将

煤制氢与煤制油、煤化工产品等生产环节紧密结合、综合利用，可获得经济、丰富的氢源。我国的炼油工业、化工产业多设计的品种及规模巨大，工业含氢排放气是重要的氢气来源。当前，要特别做好我国富余的风电、光伏以及低谷电制氢，做好能量转化，减少对清洁能源的浪费。

氢气是已知密度最小的气体，常温常压下极易燃烧，安全可靠的储氢、输氢技术成为氢能大规模开发利用的关键。氢气存储方法主要包括高压气态储存、低温液态储存、化合物储氢等。其中，高压气态储存和低温液氢储存技术需要将氢气保存在特制容器瓶中，因造价昂贵而无法大规模应用。科学界正在积极探索相对廉价安全的纳米、合金、络合氢化物、金属有机骨架化合物和有机液体等材料作为储氢载体循环使用。特别是，有机液体氢载体可利用现有石油储运方法与设施在常温常压下储运氢气。

氢能燃料电池是一种很好的储能方式，具有可再生、低污染、效率高、加氢快、长续航、更安全的优点。氢气来源广泛，是一种可再生能源；氢气无色无味无毒，利用后的产物为水，无有害生成物，从生产到回收整个过程低污染，是真正的零排放；氢能燃料电池转换效率可达60%，是内燃机效率的3倍左右，十分高效；加强速度方便快捷，一般3分钟~5分钟即可加满；能量密度高，热值是LNG的两倍、汽油的三倍，车载续航里程可达500公里~1000公里；储存方式多样，可以是压缩气态储氢、液化储氢、金属氢化物储氢、碳吸附储氢等方式，相对于车载燃油和锂电池更为便捷，且氢气极易消散，具有更高的安全性。

燃料电池是将氢气化学能直接转化为电能的装置，是氢能高效转化及利用的最佳方式，具有转换效率高、零污染、零排放等特点。尽管氢燃料电池汽车远未达到市场普及阶段，但全球科学界和主要汽车企业都在积极开发氢燃料电池技术，推动氢燃料电池汽车试验应用。目前，中国、美国、欧盟、日本、韩国等都制定了较为完备的氢燃料汽车发展规划，并尝试通过政策、法规全面促进氢能开发利用。随着廉价制氢技术、氢燃料电池技术的不断进步以及氢燃料基础设施的不断完善，氢燃料电池汽车有望于2030年前后进入快速发展期，预计到2050年全球氢燃料电池汽车保有量占比有望达到1/4以上。

到2020年，我国以能源形式利用的氢气产能规模将达到720亿立方米；加氢站数量达到100座；燃料电池车辆达到10000辆；氢能轨道交通车辆达到50列；行业总产值达到3000亿元。到2030年，氢能产业将成为我国新的经济增长点和新能源战略的重要组成部分，产业产值将突破10000亿元；加氢站数量达到1000座，燃料电池车辆保有量达到200万辆。未来以氢燃料为驱动力的电池汽车，基于廉价高效氢气制取与储运技术，将在2030年~2050年前后有望进入发展快通道，并可带领人类走进氢能社会时代。

在国家战略导向和市场发展推动下，我国氢燃料电池产业的投资规模正快速增长。虽然我国氢燃料电池开发较晚，但发展态势迅猛、气势如虹，具有很好的后发优势，已经成为国际最重要的氢能市场。