推動氫能關鍵技術研發(fā)目關
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推動氫能關鍵技術研發(fā)助力能源低碳轉(zhuǎn)型
來源:《中國電力報》 2022-04-28
推動氫能關鍵技術研發(fā)助力能源低碳轉(zhuǎn)型
一“十四五”能源領域科技創(chuàng)新規(guī)劃解讀之
八
顧大釗
“十四五”是能源技術革命的關鍵時期，也是推進“雙碳”戰(zhàn)略的重要窗口期?！丁笆奈濉蹦茉搭I域科技創(chuàng)新規(guī)劃》(以下簡稱
《規(guī)劃》》提出了2025年前能源科技創(chuàng)新的總
體目標，圍繞先進可再生能源、新型電力系統(tǒng)、綠色高效化石能源開發(fā)利用等方面制定了技術路線圖，部署了示范工程，與《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》等文件有機銜接，相互配合?！兑?guī)劃》就氫能制儲輸用全鏈條關鍵技術提供了創(chuàng)新指引，為氫能的示范應用和安全發(fā)展提供了重要指導。
氫能的定位和作用
氫能是未來國家能源體系的重要組成部
分，是實現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略的重要抓手，開發(fā)氫能先進技術和推動氯能產(chǎn)業(yè)化，也正在成為深入推進能源供給和消費革命的重要方向，其發(fā)揮的作用可以歸納為以下幾點:
支撐新型電力系統(tǒng)建設。氫能既可以作為
儲能側(cè)的“穩(wěn)定器”，也可以作為用電側(cè)
的“燃料源”，是未來新型能源系統(tǒng)的重要補
充。氣能可成為部分場景下相較于電力更優(yōu)的
脫碳選擇，為能源轉(zhuǎn)型提供更高的靈活轉(zhuǎn)換能力。燃料電池熱電聯(lián)供綜合效率高，是發(fā)展綜合能源的重要技術手段。針對海島、邊防等偏遠地區(qū)，可構(gòu)建分布式電一氫耦合清潔供能系統(tǒng)，利用分布式電源制取氫氣，利用燃料電池進行熱電聯(lián)供，滿足用戶多種用能需求。此外，固體氧化物燃料電池(SOFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)可以直接使用碳基燃料，與現(xiàn)有能源供應系統(tǒng)兼容，在大中小型固定及分布式發(fā)電領域都有著廣闊的應用前景;以氫氣為能源、低溫運行的質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)，在中重型交通、建筑脫碳領域則有廣闊的發(fā)展空間。
推動難脫碳領域深度脫碳。在工業(yè)領域，鋼鐵、冶金、石化、水泥的生產(chǎn)過程中需要大量的高位熱能，可利用綠色氫能燃燒熱值高的特性，作為工業(yè)領域深度脫碳的重要抓手。在
建筑領域，綠色氫能供熱將成為未來天然氣供
熱的替代。在現(xiàn)有天然氣管道中摻雜氫氣，可滿足建筑領域供熱需求，同時減少碳排放量，是氫能連接電網(wǎng)和天然氣管網(wǎng)的重要途徑，也是氫氣大規(guī)模普及的重要渠道。在交通領域，主要包括道路、鐵路、航空和船運這四種方式，在完善的電力基礎設施和技術進步推動下，動力電池在道路交通上得到大規(guī)模應用，但動力電池特性不適用于重型道路交通和船舶、航空等場景，上述交通方式需要更多依靠氫能等方式滿足脫碳需求。
氫基合成綠色燃料和材料。氫氣可合成綠色燃料和材料，構(gòu)建零碳工業(yè)產(chǎn)品體系。隨著氫的能量屬性逐漸被重視，作為替代高碳燃料應用于高熱值場景的氯基能源，綠氧合成氨、甲醇、甲烷、煤油等載能燃料進行儲運或綜合利用成為產(chǎn)業(yè)熱點，帶動了傳統(tǒng)火電、航運、航空等多個行業(yè)的基礎設施再利用和深度脫碳。此外，綠氫與二氧化碳合成制取化工產(chǎn)品，提供大規(guī)模二氧化碳利用的機遇，有望成為重大顛覆性技術，對石油化工、煤化工體系產(chǎn)生革命性影響。
氫能的發(fā)展現(xiàn)狀及建議
從產(chǎn)業(yè)層面來看，我國氫能及燃料電池已
具備產(chǎn)業(yè)化發(fā)展基礎。產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)超過1000家，已初步形成京津冀、長三角和珠三角等氧能及燃料電池產(chǎn)業(yè)集群，以分布式能源領城、移動通信基站以及城市客運、物流等商用車型為先導開展了規(guī)?；痉哆\行。從技術層面來
石，經(jīng)過4個五年國家科技計劃的組織實施，我
國燃料電池從電堆、系統(tǒng)到關鍵部件技術研發(fā)均取得一系列關鍵突破，形成了涵蓋制氫、儲
氮、氨安全、燃料電池及整車應用等技術的產(chǎn)
學研用研發(fā)體系。同時，氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍然面臨諸多挑戰(zhàn)。一方面，地方政府培育氫能產(chǎn)業(yè)鏈的積極性愈發(fā)高漲，但產(chǎn)業(yè)發(fā)展同質(zhì)化苗頭有所顯現(xiàn)。另一方面，氫能產(chǎn)業(yè)處于產(chǎn)業(yè)化前
夜，實現(xiàn)關鍵核心技術自主可控是推動我國氫
能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展、走向全球產(chǎn)業(yè)鏈中高端的必行之舉。基于目前產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，現(xiàn)提出如下建議:
“先立后破”，逐步推動氫源結(jié)構(gòu)低碳化。與化石燃料制氫相比，可再生能源制氫成本近期較高，考慮氫能應用經(jīng)濟性，“煤制氫
+CCUS”、工業(yè)副產(chǎn)氫提純將有效發(fā)揮過渡支
撐作用，與可再生能源制氯技術將共同構(gòu)成未來清潔化、低碳化、低成本的多元制氫體系。在多元化的供應格局中，技術發(fā)展程度取決于不同發(fā)展階段的適用性、經(jīng)濟性、能源效率和環(huán)境效益。對于可再生能源制氫而言,重點是提升現(xiàn)有制氫裝備技術水平以及規(guī)?；当?對
于化石能源制氫而言，重點足研發(fā)CCUS技術
來控制碳排放:工業(yè)到產(chǎn)氯則應聚焦提純技術，在近期應得到優(yōu)先利用。從中長期看，加速推動可再生能源制氫規(guī)?；l(fā)展，降低可再生氫成本，逐步替代化石燃料制氫，是實現(xiàn)氫能可持續(xù)發(fā)展的應有之義。
加速推進核心技術、關鍵裝備自主化。在核心技術、關鍵裝備自主化過程中應堅持重點突破與協(xié)同推進相結(jié)合的原則，對于產(chǎn)業(yè)需求迫切、“卡脖子”現(xiàn)象嚴重、降本效益顯著的技術與裝備應予以重點突破，對于前瞻性技術、儲備性技術、配套技術則協(xié)同推進。結(jié)合現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)基礎與需求，制氫領域應以可再生能源制氬為重點突破，攻關與可再生能源耦合負荷波動下電解水系統(tǒng)，探索多能互補可再生能源電解水最優(yōu)容量配置，同時提升堿水制氫設
備電流密度，綜合提高和優(yōu)化PEM制氫電耗
設備成本與壽命性能，協(xié)同推進副產(chǎn)氫提純技
術以及SOEC、光解水制氫、熱化學循環(huán)制氫
等前瞻性技術。儲運領域近期需聚焦氫能短途
運輸密集、液氯民用開啟與天然氣摻氬示范三大發(fā)展趨勢，攻克50兆帕壓力等級長管拖車運輸;降低氫氣液化能耗、氫氣液化成本和液氫制備與儲運裝置自主化以及管道運氫核心技術，協(xié)同推進輕質(zhì)化固體材料、有機液態(tài)儲氫等技術。加注領域以降低加注成本為核心目標，重點攻關氫氣壓縮機、70兆帕加氫機、傳感器、流量計等核心零部件及整機的自主化，協(xié)同推進液氫儲氨加氨站、制氧加氫一體站技術研發(fā)。燃料電池領域考慮多應用場景兼顧低溫與高溫燃料電池，長壽命PEM系統(tǒng)、關鍵零部件自主化、低載鉑量催化劑開發(fā);高耐久性 SOFC電極材料、低成本量產(chǎn)技術，性能提升、集成優(yōu)化設計;MCFC堆疊技術優(yōu)化，百于瓦級功率放大足主要攻關目標。氯安全領域關鍵在于要著力加強氣能安全的基礎理論研究，例如氫能設施與設備的材料適用性與相容性研究、氫泄漏的預防與監(jiān)測技術研究、應急處置裝備等。
完善頂層設計體系，促進產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)
展。氣能納入能源管理范疇，以推進氣能服務經(jīng)濟發(fā)展，同時加強安全監(jiān)管。安全是氫燃料電池產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展的命脈，從氫能使用的設計、制造、建設、生產(chǎn)、運行和維護各個環(huán)節(jié)都應有足夠高的可靠性，包括人員的可靠
性。
強化產(chǎn)業(yè)引導手段，準確把握氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，充分吸取國內(nèi)風電、光伏以及新能源汽車發(fā)展的經(jīng)驗和教訓。一是宜氫則氫、準確定位，確立清潔低碳和靈活高效的氫能技術發(fā)展布局?；跉淠茉谀茉崔D(zhuǎn)型與“雙碳”目標下的發(fā)展定位以及技術發(fā)展現(xiàn)狀，我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展必須緊緊圍繞上述氯能的核心優(yōu)勢領域，年點布局氣能與可再生能源協(xié)同發(fā)展、工業(yè)清潔化生產(chǎn)以及基于燃料電池技術的交通運輸動力系統(tǒng)。二是把技術水平作為制定氫能發(fā)展路徑的依據(jù)。在氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初期階段，堅持“示范先行”原則，在基于技術自主可控的前提下推動燃料電池汽車示范應用上，探索開展制氯示范、裝備技術研發(fā)示范，并結(jié)合各地資源稟賦設立綜合發(fā)展示范區(qū)，逐步在制氫、儲能、氫冶金、綠色化工等其他應用領域開展示范，按照成熟一個、推進一個的原則以點帶面地推動多領域示范推廣應用，帶動全產(chǎn)業(yè)鏈技術進步與產(chǎn)業(yè)規(guī)?；?、商業(yè)化發(fā)展，以避免產(chǎn)業(yè)鏈重復建設和無序發(fā)展。(作者系中國工程院院士)
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