氢能，现代动力系统新密码
日前，国家展开变革委、国家动力局联合印发了《氢能工业展开中长期规划（2021—2035年）》。氢能的开发与运用正在引发一场深入的动力革新，氢能成为破解动力危机，构建清洁低碳、安全高效现代动力系统的新密码。
动力危机敞开了氢能开发和运用的探究之路
氢能作为一种代替动力进入人们的视界还要追溯到20世纪70年代。当时，中东战争引发了全球的石油危机，美国为了脱节对进口石油的依靠，初次提出“氢经济”概念，以为未来氢气能够代替石油成为支撑全球交通的首要动力。
1960年至2000年，作为氢能运用重要东西的燃料电池获得飞速展开，在航天航空、发电以及交通范畴的运用实践充沛证明了氢能作为二次动力的可行性。氢能工业在2010年前后进入低潮期。
但2014年丰田公司“未来”燃料电池轿车的发布引发了又一次氢能热潮。随后，多国先后发布了氢能展开战略道路，首要环绕发电及交通范畴推进氢能及燃料电池工业展开；欧盟于2020年发布了《欧盟氢能战略》，旨在推进氢能在工业、交通、发电等全范畴运用；2020年美国发布《氢能方案展开规划》，拟定多项要害技能经济指标，希望成为氢能工业链中的商场领导者。
至此，占全球经济总量75%的国家均已推出氢能展开方针，活跃推进氢能展开。我国氢能工业和发达国家比较仍处于展开初级阶段。
近年来，我国对氢能职业的注重不断前进。2019年3月，氢能初次被写入《政府作业报告》，在公共范畴加速充电、加氢等设备建造；2020年4月，《中华人民共和国动力法（征求定见稿）》拟将氢能列入动力范畴；2020年9月，财政部、工业和信息化部等五部分联合展开燃料电池轿车演示运用，对契合条件的城市群展开燃料电池轿车要害中心技能工业化攻关和演示运用给予奖赏；2021年10月，《关于完好精确全面遵循新展开理念做好碳达峰碳中和作业的定见》印发，统筹推进氢能“制—储—输—用”全链条展开；2022年3月，国家展开和变革委员会发布《氢能工业展开中长期规划（2021—2035年）》，氢能被确定为未来国家动力系统的重要组成部分和用能终端完成绿色低碳转型的重要载体，氢能工业被确定为战略性新兴工业和未来工业要点展开方向。
近年来，我国氢能工业展开迅速，根本涵盖了氢气制—储—输—用全链条。氢能工业链的上游为制氢，我国是世界第一产氢大国，氢气产能约3300万吨。依据制取进程的碳排放强度，氢被分为“灰氢”“蓝氢”和“绿氢”。灰氢是指经过化石燃料焚烧产生的氢气，在生产进程中会有很多二氧化碳排放；蓝氢是在灰氢的根底上，运用碳捕集和封存技能，完成低碳制氢；绿氢是经过太阳能、风力等可再生动力发电进行电解水制氢，在制氢进程中没有碳排放。
现在，我国氢气制取以煤制氢方法为主，占比约80%。未来，跟着可再生动力发电本钱继续下降，绿氢占比将逐年上升，估计2050年将到达70%。氢能工业链的中游是氢储运，高压气态储运技能已商业化，是最为广泛的氢能储运方法。长管拖车运送灵活性高，适用于短间隔、小体量输氢；液氢存储和固态储氢无需压力容器，运送快捷，是未来完成大规划氢能储运的方向。氢能工业链下流为氢的归纳运用，氢气作为一种工业原料可广泛运用于石油、化工、冶金、电子、医疗等范畴。
此外，氢气还可经过氢燃料电池或氢内燃机转化为电能和热能，可掩盖社会生发日子的方方面面。到2060年，我国氢能需求估计达1.3亿吨，其间工业需求占主导地位，占比约60%，交通运送范畴将逐年扩展规划到达31%。
氢能的开发与运用正在引发一场深入的动力革新
氢能在交通、工业、修建和电力等许多范畴均有宽广运用远景。在交通范畴，公路长途运送、铁路、航空及航运将氢能视为削减碳排放的重要燃料之一。
现阶段我国首要以氢燃料电池客车和重卡为主，数量超越6000辆。在相应配套根底设备方面，我国已累计建成加氢站超越250座，约占全球数量的40%，居世界第一。
依据北京冬奥组委发布的数据，本届冬奥会演示运转超1000辆氢燃料电池轿车，并配备30余个加氢站，是全球最大规划的一次燃料电池轿车演示运用。现在我国氢能运用占比最大的范畴是工业范畴。氢能除了具有动力燃料特点外，仍是重要的工业原料。氢气可代替焦炭和天然气作为还原剂，能够消除炼铁和炼钢进程中的绝大部分碳排放。运用可再生动力电力电解水制氢，然后合成氨、甲醇等化工产品，有利于化工范畴大幅度降碳减排。氢能与修建交融，是近年鼓起的一种绿色修建新理念。修建范畴需求耗费很多的电能和热能，已与交通范畴、工业范畴并列为我国三大“耗能大户”。
运用氢燃料电池纯发电功率仅约为50%，而经过热电联产方法的归纳功率可达85%——氢燃料电池在为修建发电的一起，余热可回收用于供温暖热水。在氢气运送至修建终端方面，可凭借较为完善的家庭天然气管网，以小于20%的比例将氢气掺入天然气，并运送至千家万户。
据估计，2050年全球10%的修建供热和8%的修建供能将由氢气供给，每年可减排7亿吨二氧化碳。在电力范畴，因可再生动力具有不稳定性，经过电—氢—电的转化方法，氢能可成为一种新式的储能方法。在用电低谷期，运用充裕的可再生动力电力电解水制取氢气，并以高压气态、低温液态、有机液态或固态资料等方法贮存下来；在用电高峰期，再将贮存的氢经过燃料电池或氢气透平设备进行发电，并入公共电网。而氢储能的存储规划更大，可达百万千瓦级，存储时刻更长，可依据太阳能、风能、水资源等产出差异完成季节性存储。
2019年8月，我国首个兆瓦级氢储能项目在安徽六安落地，并于2022年成功完成并网发电。一起，电氢耦合，也将在我国构建现代动力系统中发挥重要作用。
从清洁低碳视点看，大规划电气化是我国多个范畴完成降碳的有力抓手，例如交通范畴的电动轿车代替燃油轿车，修建范畴的电采暖代替传统锅炉采暖等。但是，仍有部分职业是难以经过直接电气化完成降碳的，最为困难的职业包含钢铁、化工、公路运送、航运和航空等。氢能具有动力燃料和工业原料两层特点，能够在上述难以深度脱碳的范畴发挥重要作用。
从安全高效视点看，首要，氢能能够促进更高比例的可再生动力展开，有用削减我国对油气的进口依存度；其次，氢能能够进行化学储能和运送，完成动力的时空搬运，促进我国动力供给和消费的区域平衡；此外，跟着可再生动力电力本钱的下降，绿色电能和绿色氢能的经济性将得到前进，被群众广泛接收和运用；氢能与电能作为动力纽带，更简单耦合热能、冷能、燃料等多种动力，一起树立互联互通的现代动力网络，构成极具耐性的动力供给系统，前进动力供给系统的功率、经济性和安全性。
我国氢能工业展开仍然面对应战
低本钱低排放绿氢制取是氢能工业面对的重要应战之一。在不新增碳排放的条件下，处理氢的来历问题是氢能工业展开的条件。化石动力制氢和工业副产制氢工艺老练、本钱较低，短期仍将是首要氢源。但化石动力储量有限，且制氢进程仍存在碳排放问题；工业副产制氢产值有限且供给辐射旅程短。
久远来看，电解水制氢易与可再生动力结合，规划潜力更大，愈加清洁可继续，是最有潜力的绿氢供给方法。现在我国碱性电解技能已与世界水平相挨近，是现在商用电解范畴的干流技能，但未来降本空间有限。质子交流膜电解水制氢现在本钱较高，要害设备的国产化程度正在逐年前进。固体氧化物电解在世界挨近商业化，但国内仍处于追逐阶段。我国氢能工业链供给系统尚不齐备，间隔大规划商业化运用还有距离。
我国已建成加氢站200余座，且以35MPa气态加氢站为主，储氢量更大的70MPa高压气态加氢站占比小。液氢加氢站、制氢加氢一体站的建造和运营经验缺少。现阶段氢的运送首要以高压气态长管拖车运送为主，管道运送仍为短板弱项。现在共有氢气管道路程约400公里，在用管道仅100公里左右。管道运送还面对管材易产生氢脆现象构成氢气逃逸，未来仍需进一步前进管道资料的化学功能和力学功能。
液态储氢技能和金属氢化物储氢技能等获得了较大前进，但储氢密度、安全性和本钱之间的平衡联系没有处理，离大规划商业化运用还有必定距离。专门方针系统和多部分多范畴和谐协作机制尚不完善。
《氢能工业展开中长期规划（2021—2035年）》是首个国家层面的氢能展开规划，但专项规划以及方针系统仍需完善，未来需求进一步清晰工业展开方向、方针和要点。氢能工业链触及多种技能和职业范畴，现在还存在跨范畴协作缺少，跨部分和谐机制不行完善等问题。
比方，加氢站建造需求资金、技能、基建以及危化品控制等多部分协作，现在存在主管部分不清晰，批阅难度较大，氢气特点仍仅为危化品等问题，对工业展开构成较大限制。
咱们以为，技能、渠道和人才是支撑我国氢能工业展开的生长点。
首要，要继续前进要害中心技能水平。技能立异是氢能工业展开的中心。未来，我国将继续推进绿色低碳氢能制取、贮存、运送和运用等各环节要害中心技能研制。加速推进质子交流膜燃料电池技能立异，开发要害资料，前进首要功能指标和批量化生产能力，继续前进燃料电池可靠性、稳定性、耐久性。着力推进中心零部件以及要害配备研制制作。加速前进可再生动力制氢转化功率和单台设备制氢规划，打破氢能根底设备环节要害中心技能。继续展开氢能安全根底规则研讨。继续推进氢能先进技能、要害设备、严峻产品演示运用和工业化展开，构建氢能工业高质量展开技能系统。
其次，要着力打造工业立异支撑渠道。氢能工业的展开需聚集要点范畴和要害环节，构建多层次、多元化立异渠道。支撑高校、科研院所、企业加速建造要点实验室、前沿穿插研讨渠道，展开氢能运用根底研讨和前沿技能研讨。2022年年头，国家展开和变革委员会、教育部发布了《关于华北电力大学国家储能技能产教交融立异渠道项目可行性研讨报告的批复》，华北电力大学国家储能技能产教交融立异渠道项目正式获批，成为第一批“挂帅”高校。随后，华北电力大学氢能技能立异中心正式建立。立异渠道和立异中心要点环绕电化学储能、氢能及其在电网中的运用技能等范畴展开技能攻关，活跃推进国家氢能工业的展开。
再次，要推进建造氢能专业人才队伍。氢能工业技能水平及规划不断获得打破，但是氢能工业正面对人才队伍的较大缺口，特别是高层次立异性人才严峻缺少。日前，华北电力大学申报的“氢能科学与工程”专业被正式列入一般高等学校本科专业目录，“氢能科学与工程”学科被列入新式穿插学科。该学科将以动力工程及工程热物理、化学工程等学科为牵引，有机交融制氢、氢储运、氢安全、氢动力等多个氢能模块课程，展开全方位跨学科根底及运用研讨，将为完成我国动力结构安全转型，以及我国氢能职业和动力工作的展开供给有利的人才支撑。
