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氢能:在追赶中寻求突破



  全国首座油氢合建车站——佛山樟坑油氢合建站。蒋莉敏摄

  7月30日,广州市人民政府新闻办公室召开第161场疫情防控停工复产新闻发布会,理解《广州市氢能产业发展规划》,同时还举办了广州市氢能专家委员会专家聘任仪式和广州市氢能产业发展联合会开馆仪式,聘用中国科学院院士、中国科学院大连化学物理研究所研究员李灿为专家委员会主任。

  实际上,截至目前,已有30多个省市实施了氢能发展规划,纷纷在氢能产业战略布局上抢占先机。对此,中国工程院院士、中国工程院能源与矿业工程学部主任苏义脑的评价是,“经常出现了显著的‘氢能热’”。

  但是,即便如此,在全球氢能竞争中,我国也未占有优势地位。核心技术能力、关键部件与装备等薄弱环节都亟需加强。

  与国际先进水平仍有较大差距

  2019年,氢能首次写入政府工作报告。作为二次能源,氢能具有来源多样、终端零排、用途广泛等多重优势,在确保国家能源安全、改善大气环境质量、前进能源产业升级等方面具备重要意义。随着技术日趋成熟期、成本大幅上升,氢能正迎来快速发展的战略机遇期。

  在近日中国石化举行的氢能发展战略研讨会上,多位院士专家对氢能的未来给予了认同。中国工程院院士、中国工程院原副院长干勇在视频连线中表示,激进估算,未来氢在我国终端能源体系中的占比将达10%,沦为我国能源战略的最重要组成部分。氢能将纳入我国终端能源体系,与电力协同互补,共同沦为我国终端能源体系的消费主体,造就构成10万亿级的新兴产业。

  干勇介绍,我国氢能发展目前主要以交通领域应用于为机车,产业链逐步伸延到制氢、储氢、运氢、氢化、燃料电池以及配套产业环节,逐步形成了京津冀、华东、华南、华中、华北、东北等六大产业集群。截至2020年2月,中国加氢车站数量已超过64座。

  不过,干勇也坦承,“国内氢能产业整体发展水平仍离国际先进水平有较大差距,在核心材料、零部件、装备等方面还有许多问题亟待解决。”例如,膜电极是燃料电池最昂贵的部件,目前国内已制订了支持中长期膜电极计划,但仍有一些指标没有超过,投入也还过于,特别是大型企业的插手过于。

  苏义脑透漏,为应对我国氢能和燃料电池相关技术和产业发展中面对的挑战,中国工程院先后的组织了多个专题咨询项目进行研究,还包括“我国燃料电池技术发展现状暨面向2035年的根本性战略研究”“中国氢能源与燃料电池发展战略研究”等。中国工程院能源与矿业工程学部也将氢能和燃料电池领域咨询和服务作为重要工作之一。

  苏义脑表示,中国工程院多位院士分别联合展开了氢能和燃料电池有关项目的研究,积极开展了卓有成效的工作。这些研究成果将为我国氢能和燃料电池涉及技术产业发展的系统谋划和前瞻部署获取决策,也为氢能和燃料电池涉及领域的基础研究部署和技术路线选择提供科学依据。

  蓝氢是未来趋势

  “目前,世界主要发达国家均在大力发展氢能产业,制定氢能发展战略。”中国工程院院士、中国矿业大学教授彭苏萍说。

  其中,欧洲正在加快商业化进程,基础设施网络规划完善;日本和韩国已将燃料电池汽车与发电装置推向市场,关键技术开发及产业装备制造也较为成熟;美国享有完备的产业政策及路线图,加州等地区已初步构成基础设施网络。相比之下,我国氢能产业尚处于产业化探索期,顶层设计、关键技术、装备制造、政策标准都尚待强化。

  国外的发展表明,氢的制备技术路线主要是发展绿氢,即利用可再生能源制氢。中国工程院院士、中国科学院大连化学物理研究所研究员衣宝廉在视频连线中指出,“能源发展的进程就是减碳的过程,氢能在能源转型中具备最重要起到。可再生能源发电电解水制氢是未来趋势,但先进电解制氢装备技术仍面临诸多挑战。”

  衣宝廉回应,欧洲氢能战略的核心就是将可再生能源生产的氢大规模用于工业、交通、发电、建筑等部门。为此,欧盟委员会还专门成立了欧洲清洁氢能联盟,提振对清洁氢能的需求并促进投资。

  在他显然,可再生能源发电电解水制氢可克服可再生能源的波动性、季节性,提升电网适应性,解决弃水、弃光、弃风的问题。氢能还可以替代石油用作汽车燃料、替代天然气用于燃气轮机发电、替代焦炭用作冶金工业。

  他介绍说,目前主流的三类电解水制氢技术中,比较成功的是碱性水电解和纯水电解,而高温蒸汽电解仍处于实验室研发阶段。

  重在做好样板推进

  “我国当前的氢能产业发展还处于培育阶段,重点是要作好样板推进。”在苏义脑显然,引领国家氢能产业身体健康有序发展,需要中国石化这样的大型企业来承担涉及示范任务。

  中国工程院院士、中国石化集团公司董事长张玉卓介绍,近年来,中国石化着眼打造出氢能产业链,加大布局力度。目前,中国石化每年氢气的产量多达300万吨,占到全国氢气产量14%左右;创建了全球第二大交通能源基础设施网络,享有3万多座加油站,目前已竣工若干油氢共建示范车站。

  “氢能发展前景十分光明,但氢能产业的发展方向如何选择、发展路径如何优化、发展时机如何做到,都必须深入研究和探索实践。”张玉卓说道。

  他回应,中国石化将持续加大氢能领域投资力度,以确保2022年北京冬奥会氢能供应为最重要节点,力争在“十四五”期间构成一定规模的高纯氢生产能力,布局若干高速氢走廊,建构氢能产业链和关键材料自主核心技术体系及标准体系。

  中国工程院能源与矿业工程学部副主任、国家能源集团科技委常务副主任顾大钊则透漏,目前,国家能源集团风电和光伏发电装机规模超过3800万千瓦,水电装机超过1800万千瓦,拥有良好的可再生能源制氢基础。而煤制氢能力每年多达400万吨,可供应4000万辆燃料电池乘用车用氢。在低成本低碳煤制氢方面,国家能源集团已成功样板了30万吨二氧化碳捕集和封存技术(CCS)项目,掌控了CCS的核心技术和装备,但因规模小,目前成本较高。

  “未来10到20年将是我国氢能源与燃料电池产业发展的重要机遇期,必须紧密联系我国能源发展的实际,助力构建氢能源与燃料电池高质量发展。”基于目前我国氢能产业的探寻与实践,彭苏萍特别强调,我国应向战略、政策、技术、资金、国际合作等方面积极谋划,通过改革创新密码发展难题。(来源:中国科学报)