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中国科学院院士欧阳明高:擘画氢能发展蓝图

发布者:【浩博电池资讯】   发布时间:2022-03-28 20:03:27   点击量:226

浩博电池网讯:◇《规划》出台前,氢气被归类为危险化学品,如今明确了氢的能源属性◇当可再生能源电力价格低于0.15元/千瓦时的时候,可再生能源制氢的经济性就能得以保障??◇发展燃料电池汽车要避免两个误区:不能狭义地把氢燃料电池汽车等同于氢能;不要认为氢和电是“二选一”的关系


国家发展改革委、国家能源局近日联合印发《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》(以下简称《规划》),这是我国首个氢能产业的中长期规划,对氢能产业的高质量发展将发挥重要指导作用。????


我国是世界上最大的制氢国,年制氢产量约3300万吨,而且我国可再生能源装机量全球第一,发展清洁低碳的氢能具有巨大潜力。目前,国内氢能产业虽处于发展初期阶段,但呈现积极发展态势。????


为深入领会《规划》的内涵与战略意义,准确把握氢能产业发展方向,《瞭望》新闻周刊记者专访了中国科学院院士、清华大学车辆与运载学院教授欧阳明高。????


他说,《规划》科学分析了我国氢能产业的发展现状,明确了氢能在我国能源绿色低碳转型中的战略定位、总体要求和发展目标,提出了氢能创新体系、基础设施、多元应用、政策保障、组织实施等方面的具体规划,为我国氢能产业中长期发展描绘了宏伟蓝图。????


氢的能源属性得到明确????


《瞭望》:《规划》出台后,氢能在我国能源体系中的定位和角色如何?对于我国氢能产业的发展有什么意义?????


欧阳明高:首先,一个重要的背景是,在《规划》出台前,氢气在我国并不是被当作能源进行应用和管理,而被归类为危险化学品,主要用于工业生产环节。新建的制氢项目均属于“新建危险化学品生产项目”,被严格禁止在化工园区外新建、扩建。????


《规划》的出台,可以说是业内期盼已久。一个重要的原因是,《规划》明确“氢能是未来国家能源体系的重要组成部分”,也就是明确了氢的能源属性,这成为我国氢能产业的重要制度基础,并且将对氢能产业的高质量发展发挥重要指导作用。????


氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源,并且氢能的质量能量密度高、与电相比储存成本低,是大规模、长周期储能的理想选择,可以被广泛应用于交通、工业、建筑等领域,例如燃料电池车辆、氢能冶金等。????


作为一种二次能源,氢气从何而来?解决氢源问题是氢能产业发展的基础和关键。我国已是世界上最大的制氢国,但煤制氢和天然气制氢占比近八成,氯碱、焦炉煤气、丙烷脱氢等工业副产氢占比约两成,可再生能源制氢规模很小。????


《规划》将清洁低碳作为氢能发展的基本原则,提出构建清洁化、低碳化、低成本的多元制氢体系,重点发展可再生能源制氢,并提出严格控制化石能源制氢。????


化石能源制氢存在能量利用效率低、二氧化碳排放高等问题。氢能的战略地位和经济合理性,主要取决于可再生能源转型中的大规模长周期能量储存与多元化终端利用的需求。所以发展氢能产业,需要坚持绿色低碳路线,主攻可再生能源制氢,牢记发展氢能的初心使命。????


从中长远发展看,可再生能源制氢规模潜力更大,更加清洁可持续,将成为重要氢源。在此基础上发展氢能产业,对构建清洁低碳安全高效的能源体系,实现碳达峰碳中和目标,具有重要意义。????


“对症下药”破解发展难点????


《瞭望》:目前我国氢能产业发展面临的困难和问题是什么?针对这些难题,《规划》给出了怎样的解决方案?????


欧阳明高:氢能技术链条长、难点多,而且我国氢能产业处于发展初期,与国际先进水平存在一定差距,现有技术经济性还不能完全满足实用需求,亟需从氢能制备、储运、加注、燃料电池、氢储能系统等主要环节创新突破。????


我国应面向氢能科技前沿开展基础研究和应用基础研究。例如,电解水制氢催化剂和阴离子膜、光电催化制氢、基于超导强磁场高效磁制冷的氢液化循环以及中压深冷气态储氢、新一代固体氧化物燃料电池和能够可逆运行的SOFC/SOCE等新一代氢能科技。此外,相比于电化学动力电池,我国氢燃料电池在技术储备、产业基础、人才队伍等方面有一定进步空间。????


可再生能源制氢在生产-储运-利用全链条上也存在能源转化效率问题,效率问题会转化为成本问题。与电相比,氢的制取成本高但储存成本低,当可再生能源发电规模化发展的成本足够低时,例如每千瓦时0.15元人民币以内,氢的储存成本将逐步成为主要成本。而且制氢作为风电光伏发电的长周期储能方式,可以大幅提高可再生能源的利用率,这些因素叠加将使绿色氢能具备技术经济性。????


为重点突破“卡脖子”技术,《规划》提出具体举措。持续提升关键核心技术水平,包括加快推进质子交换膜燃料电池技术创新,开发关键材料,提高主要性能指标和批量化生产能力,持续提升燃料电池可靠性、稳定性、耐久性等,力争构建氢能产业高质量发展的技术体系。????


着力打造产业创新支撑平台,聚焦氢能重点领域和关键环节,构建多层次、多元化创新平台,加快集聚人才、技术、资金等创新要素。并支持高校、科研院所、企业加快建设重点实验室;依托龙头企业整合行业优质创新资源;支持专精特新中小企业参与氢能产业关键共性技术研发,充分发挥各市场主体作用。????


推动建设氢能专业人才队伍,以氢能技术创新需求为导向,支持引进和培育高端人才,提升氢能基础前沿技术研发能力。加快培育氢能技术及装备专业人才队伍,夯实氢能产业发展的创新基础,建立健全人才培养培训机制。????


积极开展氢能技术创新国际合作,鼓励开展氢能科学和技术国际联合研发,推动氢能全产业链关键核心技术、材料和装备创新合作,积极构建国际氢能创新链、产业链。不断凝聚各方创新成果,推动形成国际氢能应用良好生态。????


从地域上看,目前我国氢能产业发展存在氢气资源地域供需错配的问题。“三北”地区可再生能源丰富,而东南沿海氢能产业发展快且氢气需求量大。对此,《规划》明确,“重点在可再生能源资源富集、氢气需求量大的地区,开展集中式可再生能源制氢示范工程,探索氢储能与波动性可再生能源发电协同运行的商业化运营模式。”????


氢能交通是氢能利用的先导领域????


《瞭望》:按照《规划》内容,氢燃料电池汽车是氢能产业应用的重点方向,这样规划和布局的意义何在?未来氢产业发展会有哪些趋势?????


欧阳明高:当前对氢的价格承受力相对较强的是汽车,所以汽车是氢能应用重点发展的方向之一。但需要注意的是,氢能交通仅是氢能利用的先导领域,而非全部,其使命是带动氢能的全面应用和发展。????


《规划》提出“到2025年,燃料电池车辆保有量约5万辆,可再生能源制氢量达到10万~20万吨/年”的发展目标。从量上讲,可再生能源制氢量是可以满足燃料电池车辆使用的;从品质上讲,可再生电力电解水制氢纯度很高,能够满足燃料电池对氢纯度的高要求,可以避免加氢站、储氢瓶和燃料电池受腐蚀或中毒等问题。????


发展燃料电池汽车要避免两个误区。第一,不能狭义地把氢燃料电池汽车等同于氢能,因为燃料电池汽车只是氢能应用的一个场景。未来,氢能不会仅仅应用在交通领域,还将与可再生能源结合,在交通、工业、建筑等主要耗能领域替代化石能源。????


氢和电不是“二选一”的关系。氢燃料电池汽车现在和未来都不会取代纯电动汽车,纯电动汽车和氢能汽车,或者说电池和氢能是互补关系而非矛盾关系。在乘用车和轻型商用车领域,以动力电池驱动的电动汽车拥有明显的优势。氢能交通未来的主要发展方向是大型商用车领域,例如公交、长途重型卡车等,二者将共同构成新能源交通的格局。????


我国氢燃料电池汽车产业的发展比纯电动汽车产业滞后约十年,目前仍处于产品导入期,正在进入应用成本快速下降的成长期。根据国内外主要氢燃料电池厂商的产品测试数据,预计今后十年燃料电池成本将大幅下降、性能稳定提升。????


可以预见的是,我国氢能需求量会呈现迅速上涨的态势。数据显示,截至2020年底,我国氢燃料电池汽车累计保有量达7000多辆。如果到2025年,燃料电池车辆保有量按《规划》提出的达到5万辆,对于氢气的需求量将大幅增长。这也意味着,加氢站等氢能基础设施建设需要跟上。《规划》也提出,坚持需求导向,统筹布局建设加氢站,有序推进加氢网络体系建设。????


《瞭望》:“示范先行”是《规划》强调的重点之一,我国哪些地区适合布局氢燃料电池汽车?地方如何因地制宜发展氢能产业?????


欧阳明高:在氢能产业统筹布局、应用场景拓展创新等方面,要因地制宜、量力而行,避免急功近利、盲目投入。正如《规划》指出的那样,各地要结合资源禀赋特点和产业布局,因地制宜选择制氢技术路线,逐步推动构建清洁化、低碳化、低成本的多元制氢体系。????


目前,我国纯电动汽车应用区域主要集中在东部、中部和南部,而北部、东北部、西北部则分布较少,原因是这些地区冬季温度低,动力电池的续航里程在冬季会大幅缩减。相比之下,氢燃料电池受温度影响较小,电池余热可灵活转化利用,并且北部、东北、西北地区的可再生能源资源较为丰富,由可再生能源制取的氢能供应能力强,氢燃料电池汽车具有较大的市场潜力。例如,河北省张家口市是经国务院同意设立的可再生能源示范区。借力2022年“绿色”冬奥契机,张家口部署实施了一批氢能项目,产业投资达200亿元,初步实现氢能产业区域性集聚发展。????


从产业的角度来看,产业基础扎实、科技实力强、财政能力强的地方适合布局氢产业。从资源、能源的角度来看,建议尽可能在能源基地和可再生能源丰富的地方发展氢产业。????


发展氢能是长期事业,并不能马上实现高产值、高收益,这是一个循序渐进的系统工程,各地不应盲目上马氢能项目。目前适宜发展氢能的地区需要可再生能源丰富、科技实力强、资金实力强、有龙头企业能整合产业链,还应有丰富的应用场景和市场。

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