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推广氢能产业应用,实现能源转型
2019年6期 发行日期:2019-03-15作者:■ 国家发改委能源研究所 刘 坚

    氢能与电力一同被视为支撑未来能源转型的两大二次能源之一。世界主要发达国家高度重视氢能技术与产业的发展,纷纷将氢能发展提升到国家战略层面,出台氢能发展规划,氢能制、储、运、用相关技术与装备逐步成熟,氢能开发与利用开始具备商业化推广条件。


氢能应用仍待推广


    在我国,部分制氢技术日趋成熟且已具备一定产业化基础。我国化石能源制氢和工业副产氢已具相当规模,碱性电解水制氢技术成熟,固体质子交换膜电解水(SPE)制氢和固态氧化物电解水(SOEC)制氢仍处于技术研发阶段。未来清洁能源制氢是氢能产业可持续发展的重要基础,降低可再生能源制氢成本仍然存在挑战。
    此外,我国氢能终端应用技术与国际先进水平仍有差距。以氢燃料电池为例,国产燃料电池产品总体功率密度、系统功率、耐久性还较低,质子交换膜、催化剂、膜电极等燃料电池关键材料和核心部件、高压比空压机、氢气循环泵等系统关键设备进口依赖度高,且生产能力不足,产品价格较高。


氢能储运技术路线选择是关键


    高压气氢——是目前国内外主流的氢能储运模式,具有技术成熟、能量转换效率高、充氢释氢速度快的优点,但也存在气氢能量密度偏低、储运成本高等问题。
    低温液态储氢——能够进一步提升氢能储运能量密度,但存在一定能源转换效率和安全性问题。
    固态储氢——可保障安全性,但加氢释氢过程较慢,限制了其应用场景。有机液体储氢可充分利用当前的管网运输基础设施,但转换过程存在一定的效率损失。
    当前氢能的安全性仍然存在一定争议,因此安全性成为氢能大规模推广应用的前提条件。一方面,氢气能量密度高,与空气混合后易燃易爆,社会大众对氢安全存在疑虑;另一方面,氢气密度小、易扩散,其安全风险相对可控。近年来,我国也积极开展氢能安全研究和相关标准制定工作,陆续开展了材料高压氢气相容性、高压氢气泄漏扩散、氢气瓶耐火性能、氢泄爆、氢阻火等研究,我国工业领域的氢安全标准与规范体系相对健全,但针对氢能新型应用的相关标准还较欠缺。
    目前氢能主要应用于工业领域,未来重型交通部门具有较大氢能需求潜力。我国氢能主要应用于工业原料,氢能消费几乎完全集中在合成氨、合成甲醇、石油炼化等化工领域。展望未来,氢燃料电池汽车在重型交通领域相比目前主流的纯电动技术路线具有较大竞争优势。特别是相比锂电池技术,燃料电池制造受上游原材料的限制较小,其成本相比锂电池也更具下降潜力,未来车用氢能将成为氢能消费增长的主要驱动力。
    综上所述,我国氢能工业虽然具备一定产业基础,但燃料电池核心技术与国外先进水平仍有一定差距,氢能的高成本、基础设施不足和标准体系不完善更是各国发展氢能所面临的共同挑战。要加强氢能核心技术研发和示范力度,从补贴和项目审批等方面对大规模低成本清洁能源制氢、储运氢、燃料电池等技术自主研发给与支持。其次要鼓励基础设施建设,探索天然气-氢气加注合建站等模式创新,并基于加氢量给与一定补贴。第三,要做好氢能的顶层设计工作,从立法层面界定氢的能源与化工属性,为出台后续政策和标准体系奠定基础。

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