顾大钊：大力推动氢能要害核心技术研制 助力动力体系低碳化转型
“十四五”是动力技能革新的要害时期，也是推进“碳达峰碳中和”战略的重要窗口期。《“十四五”动力范畴科技立异规划》（以下简称《规划》）是我国在现阶段推进动力技能立异，引领动力科技高质量展开的纲领性文件，提出了2025年前动力科技立异的总体方针，环绕先进可再生动力、新式电力体系、绿色高效化石动力开发运用等方面拟定了技能路线图，布置了演示工程，与“十四五”现代能体系规划等文件有机联接，相互配合。《规划》就氢能制储输用全链条要害技能供给了立异指引，为氢能的演示运用和安全展开供给了重要辅导。
一、氢能的定位
氢能是一种来历广泛、清洁无碳、灵敏高效、运用场景丰厚的二次动力，是推进传统化石动力清洁高效运用和支撑可再生动力大规划展开的抱负互联前言，是完成交通运送、工业和修建等范畴大规划深度脱碳的有用挑选。氢能工业链较长，氢能工业的快速展开有望带动当地经济展开。我国已做出“2060年完成碳中和”的庄重许诺，跟着我国动力转型战略的逐渐推进，以可再生动力为主导的动力体系将改动传统的动力供给方法，电能将作为可再生动力的接受载体，在未来动力体系中扮演重要人物。但在全球完成碳中和的过程中，“可再生动力+电气化”手法并不能处理一切碳排放问题，钢铁、化工、重载货车、高品位热力需求等“难以减排范畴”成为新的热门难点，氢能将作为工业质料、高能燃料，发挥化石燃料的代替效果，助推“难以减排范畴”的深度脱碳、完成碳中和方针。一起，氢能还能够与电力协同，在可再生电力时节性供需平衡中发挥更大效果，进步动力体系全体功率和可再生动力浸透才能，实在推进新式电力体系建造和动力深度绿色转型。
因而，氢能是未来国家动力体系的重要组成部分，是完成“碳达峰碳中和”战略的重要抓手。动力低碳转型的条件是风、光、氢、储等动力技能的打破，以及新资料、智能电网、分布式动力、动力互联网等配套科技的立异展开。开发氢能先进技能和推进氢能工业化，也正在成为深化推进动力供给和消费革新的重要方向。
二、氢能的效果
（一）支撑新式电力体系建造
氢气可作为灵敏高效二次动力，支撑以新动力为主体的新式电力体系建造。可再生动力现在的运用方法导致其动力供给具有时空不稳定性，能量密度较低，难以在部分场景大规划运用，氢电耦合为处理这一问题供给了计划，促进可再生动力消纳。从短周期看，制氢设备功率运转规划宽、功率改动率快，与可再生动力的快速动摇特性十分匹配。将氢能与可再生动力耦合，可有用下降可再生动力对电网的冲击，促进可再生动力消纳。从长周期看，氢打破了现有传统动力与可再生动力等清洁动力单一的能量转化形式，可成为现有动力体系的互转点与耦合中心，通过电解水制氢技能及氢气与其他动力种类之间的转化，能够在确保经济性的条件下完成大规划长周期储能。因而，氢能可进步可再生动力的消纳、供给长时间储能、优化区域物质流和能量流，可完成多异质动力跨地域和跨时节的优化配备，构成可继续、高弹性的立异型多能互补体系，关于碳中和场景下全时段源荷能量平衡具有重要的含义。
氢能既能够作为储能侧的“稳定器”，也能够作为用电侧的“燃料源”，是未来新式动力体系的重要弥补。氢能可成为部分场景下较电力更优的脱碳挑选，为动力转型供给更高的灵敏转化才能。燃料电池热电联供归纳功率高，是展开归纳动力的重要技能手法。针对海岛、边防等偏远区域，可构建分布式电-氢耦合清洁供能体系，运用分布式电源制取氢气，运用燃料电池进行热电联供，满意用户多种用能需求。此外，固体氧化物燃料电池(SOFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)能够直接运用碳基燃料，与现有动力供给体系兼容，在大中小型固定及分布式发电范畴都有着宽广的运用远景；以氢气为动力、低温运转的质子交流膜燃料电池(PEMFC)，在中重型交通、修建脱碳范畴则有宽广的展开空间。
（二）推进难脱碳范畴深度脱碳
在加速推进动力转型过程中，氢能在钢铁化工、修建和交通范畴中将逐渐广泛运用，以氢代油、以氢代煤推进终端用能清洁化、多元化。在工业范畴，我国是全球最大的工业化国家，钢铁、石化、化工等职业需求作为还原剂或质料的化石工业质料是典型的难以减排范畴，无法由直接电气化手法来代替，但可用氢代替。一起，钢铁、冶金、石化、水泥的出产过程中需求很多的高位热能，可运用绿色氢能焚烧热值高的特性，作为工业范畴深度脱碳的重要抓手。在修建范畴，绿色氢能供热将成为未来天然气供热的有利代替。在现有天然气管道中掺杂氢气，满意修建范畴供热需求，一起削减碳排放量，是氢能衔接电网和天然气管网的重要途径，也是氢气大规划遍及的重要途径，能够充沛运用现有的根底设备而不额定添加本钱。近中期施行中低份额掺氢，在氢气浓度（体积最高为10%-20%）相对较低的情况下，无需对根底设备和终端运用进行严峻改动，出资本钱较低，是修建范畴完成碳中和方针的重要方法。在交通范畴，首要包含路途、铁路、航空和船运这四种方法，在完善的电力根底设备和技能进步的推进下，动力电池在路途交通上得到大规划运用，但动力电池特性不适用于大载重、长续驶、高强度的重型路途交通和船只、航空等场景，上述交通方法需求更多地依托氢能等方法满意脱碳需求。
（三）氢基组成绿色燃料和资料
氢气可组成绿色燃料和资料，构建零碳工业产品体系。跟着氢的能量特点逐渐被注重，作为代替高碳燃料运用于高热值场景的氢基动力，绿氢组成氨、甲醇、甲烷、火油等载能燃料进行储运或归纳运用成为工业热门，带动传统火电、航运、航空等多个职业的基础设备再运用和深度脱碳。此外，绿氢与二氧化碳组成制取化工产品，供给大规划二氧化碳运用的机会，有望成为严峻颠覆性技能，对石油化工、煤化工体系发生革新性影响。
三、氢能的展开
（一）展开现状
工业层面，我国氢能及燃料电池已具有工业化展开根底。工业链企业超越1000家，已开始构成京津冀、长三角和珠三角等氢能及燃料电池工业集群，以分布式动力范畴、移动通讯基站以及城市客运、物流等商用车型为先导展开了规划化演示运转。到2021年9月，我国累计出售燃料电池轿车超越8500辆，上海、北京、河北张家口、广东佛山、云浮等地展开燃料电池客车商业化演示运营累计运转超越100万公里；累计建成（含试运营）加氢站近200座，位居全球榜首。京津冀、长三角、珠三角区域建造运营加氢站总数共占我国加氢站总数的50%以上。各地已签约及在建可再生动力制氢项目超越100个。根据发布的相关工业规划，2025年京津冀、长三角和珠三角区域各规划加氢站超越百座，燃料电池轿车过万台，工业到达千亿规划。
技能层面，通过4个五年国家科技计划的安排施行，我国燃料电池从电堆、体系到要害部件技能研制均获得一系列要害打破，构成了包含制氢、储氢、氢安全、燃料电池及整车运用等技能的产学研用研制体系。但在多个环节也存在显着的距离。在制氢环节，全体处于并跑阶段，部分技能存在距离。工业氢气纯化技能水平与国外相等；碱性电解水制氢也已根本完成国产化，本钱较国外也有显着优势，质子交流膜电解水配备仍处于研制向演示过渡阶段。在储运环节，技能相对落后，但根本具有了自主化才能。高压气氢方面，车用储氢容器罐体和T700、T800强度碳纤维等资料已开始完成国产化，具有IV型瓶制作才能；液氢储运方面，我国已根本掌握根据氦胀大制冷循环的氢液化体系研制才能，透平胀大机、操控体系、压缩机、正仲氢转化器等中心设备在内的90%以上的设备彻底选用国产；加氢站方面，我国35MPa加氢站技能已趋于老练，45MPa大容储蓄氢罐、35MPa加氢机整机和45MPa隔阂式压缩机均已完成国产化，70MPa国产化设备现已展开演示实验。在归纳运用环节，燃料电池商用车展开已处于并跑阶段，其他范畴处于跟跑阶段，部分国产化配备竞争力进步显着。燃料电池方面，质子交流膜燃料电池体系的膜电极、双极板、氢气循环泵、空气压缩机等中心组件，质子交流膜、催化剂、气体分散层等要害资料，均已完成小规划自主出产，体系国产化程度已进步到80%左右。氢冶金方面，富氢冶金技能现已根本掌握，与瑞典、日本、德国等钢铁企业协作一起开发演示纯氢冶金相关技能。组成燃料方面，已在甘肃等部分区域展开了演示运转。
但一起，氢能工业展开依然面对的许多的应战。一方面，地方政府培养氢能工业链的积极性益发高涨，但工业展开同质化预兆有所闪现。燃料电池轿车演示运用方针发布以来，部分地方为抢占先机，纷繁发动氢能规划，树立氢能园区，争夺头部企业批量上马燃料电池车辆。但由于短少氢能工业链上中下游的统筹，规划雷同性较高，乃至呈现低水平重复建造，短时间内面对产能过剩危险。一起，各区域氢能工业普遍存在重运用、轻研制，重短期效果、轻长时间投入，急于求成等问题。加之对霸占要害资料和中心技能短少协同，国企民企未构成一致合力，必定程度上呈现了“重复造轮子”和“炒剩饭”的现象，工业展开存在原资料和根底制作工艺“卡脖子”危险。
另一方面，氢能工业处于工业化前夜，完成要害中心技能自主可控，是推进我国氢能工业高质量展开、走向全球工业链中高端的必行之举。要加强根底研制范畴立异，以技能先行、工业驱动的准则，探究树立以商场为导向，产学研用一体化的新式举国体制。有用整合氢能工业研制资源，消除跨部门、跨范畴和跨国界协作妨碍，会聚政产学研用力气，完成联合攻关、常识产权同享，加速氢能全工业链要害中心技能、资料研制及配备制作自主化。
（二）展开主张
1. “先立后破”，逐渐推进氢源结构低碳化
跟着我国“双碳战略”的提出，化石动力清洁化和清洁动力规划化加速展开，氢能供给链清洁化展开大势所趋，但氢源结构优化仍需遵从商场规律。与化石燃料制氢比较，可再生动力制氢本钱近期较高，考虑氢能运用经济性，“煤制氢＋CCUS”、工业副产氢提纯将有用发挥过渡支撑效果，与再生动力制氢技能、将一起构成未来清洁化、低碳化、低本钱的多元制氢体系。在多元化的供给格式中，技能展开度取决于不同展开阶段的适用性、经济性、动力功率和环境效益。关于可再生动力制氢而言,要点是进步现有制氢配备技能水平以及规划化降本; 关于化石动力制氢而言, 要点是研制 CCUS 技能来操控碳排放; 工业副产氢则应聚集提纯技能，在近期应得到优先、高值化的运用。从中长时间看，加速推进可再生动力制氢规划化展开，下降可再生氢本钱，逐渐代替化石燃料制氢，是完成氢能可继续展开的应有之义。
2. 加速推进中心技能、要害配备自主化
近年来，我国高度注重氢能技能自主立异与工业化，氢能供给链各类要害技能获得较大打破，技能成果转化成效显着，全工业链要害技能自主化加速。在中心技能、要害配备自主化过程中应坚持要点打破与协同推进相结合的准则，关于工业需求火急、“卡脖子”现象严峻、降本效益显着的技能与配备应予以要点打破，关于前瞻性技能、储藏性技能、配套技能则协同推进。结合现有工业根底与需求，制氢范畴应以可再生动力制氢为要点打破，攻关与可再生动力耦合负荷动摇下电解水体系，探究多能互补可再生动力电解水最优容量配备，一起进步碱水制氢设备电流密度，归纳进步和优化PEM制氢电耗、设备本钱与寿数功能，协同推进副产氢提纯技能以及SOEC、光解水制氢、热化学循环制氢等前瞻性技能。储运范畴近期需聚集氢能短途运送密布、液氢民用敞开与天然气掺氢演示三大展开趋势，霸占50MPa压力等级长管拖车运送；下降氢气液化能耗、氢气液化本钱和液氢制备与储运设备自主化；以及管道运氢中心技能，协同推进轻质化固体资料、有机液态储氢等技能。加注范畴以下降加注本钱为中心方针，要点攻关氢气压缩机、70MPa加氢机、传感器、流量计等中心零部件及整机的自主化，协同推进液氢储氢加氢站、制氢加氢一体站技能研制。燃料电池范畴考虑多运用场景统筹低温与高温燃料电池，长寿数PEM体系、要害零部件自主化、低载铂量催化剂开发；高耐久性SOFC电极资料、低本钱量产技能，功能进步、集成优化规划；MCFC堆叠技能优化，百千瓦级功率放大是首要攻关方针。氢安全范畴要害在于要着力加强氢能安全的根底理论研讨，比如氢能设备与设备的资料适用性与相容性研讨、氢走漏的防备与监测技能研讨、应急处置配备等。
3. 完善顶层规划体系，促进工业健康有序展开
氢能归入动力办理范畴，以推进氢能服务于经济展开，一起加强其安全监管。安满是氢燃料电池工业健康继续展开的命脉，从氢能运用的规划、制作、建造、出产、运转和保护各个环节都应有满意高的可靠性，包含人员的可靠性。一是根据氢能特性，加强氢能安全性监管。我国动力范畴适用安全法令与规程短少满意的体系性，不足以满意整个氢能经济的展开，现有的石油天然气安全监管体系与法规显着不适应氢能安全监管的需求，现有的氢能安全技能规范与技能规范亦不完善，应安排完善氢气制、储、运、用等各环节法令法规和安全技能规范。一起强化安全法令与规范履行，细化各危险点的操作规程。拟定危险防备和危机处置计划，加强人员培训和安全常识遍及推行。工业推进节奏要与安全监管体系建造、安全监管力气配备等相匹配，切勿盲目寻求规划，忽视安全。二是高度注重技能防备，进步氢能根底设备与设备的实质安全。了解了解其安全特性，总结经历与经历，继续加强安全办理，才得使氢能谋福于民。要害在于要着力加强氢安全的根底理论研讨，完善全体技能和配备布局，打造具有第三方公证位置的氢安全实验室，不断推进技能进步，加大对氢气安全出产和安全运用智能操控、智能监控的投入，继续进步氢能设备的可靠性和安全性。三是推进氢能领跑者行动计划，推进规范管理效能与技能迭代立异协同，从要点环节技能配备、体系到项目全体分步施行，完成要害技能自主化水平全体进步。
强化工业引导手法，精确掌握氢能工业展开趋势，充沛汲取国内风电、光伏以及新动力轿车展开的经历和经历。一是宜氢则氢、精确定位，建立“清洁低碳”和“灵敏高效”的氢能技能展开布局。根据氢能在动力转型与双碳方针下的展开定位以及技能展开现状，我国氢能工业展开有必要紧紧环绕上述氢能的中心优势范畴，要点布局氢能与可再生动力协同展开、工业清洁化出产以及根据燃料电池技能的交通运送动力体系。二是把技能水平作为拟定氢能展开途径的根据。在氢能工业展开的初期阶段，坚持“演示先行”准则，在根据技能自主可控的条件下推进燃料电池轿车演示运用根底上，探究展开制氢演示、配备技能研制演示，并结合各地资源禀赋树立归纳展开演示区，逐渐在制氢、储能、氢冶金、绿色化工等其他运用范畴展开演示，依照老练一个、推进一个的准则以点带面地推进多范畴演示推行运用，带动全工业链技能进步与工业规划化、商业化展开，以防止工业链重复建造和无序展开。
