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未来能源的主角会是“氢”吗?

中国经济新闻网 2019-06-03 11:02:02

  氢能是氢在物理和化学变化过程中释放出来的能量

  ●如果制氢实现清洁环保可持续,那么氢能的生命周期将是一个清洁环保的闭环

  ●氢能可将太阳能、风能等不稳定的可再生能源储存起来,是一种优秀的储能介质

  ●氢燃料电池系统是目前已知的氢能最佳利用方式

  氢能是氢在物理和化学变化过程中释放出来的能量,是一种绿色、高效、安全、可持续的二次能源,被视作21世纪最具发展潜力的清洁能源。

  按照能源的发展趋势预测,氢能将是重要的能源形式。从人类能源的发展史梳理,从不发达的牲畜粪便、秸秆茅草到石油、煤炭、天然气能源,我们可以看到能源的形式是由固体逐渐向气体转变,可以预见未来氢气将和天然气一样,成为重要的能源形态。

  氢能具备清洁优势。从生命周期的角度来看,氢能的来源就是氢气,那么只要有太阳能、光能、核能等绿色清洁的一次或二次能源就可以制成氢气,最后通过反应产生氢能。如果制氢的来源实现了清洁环保可持续,那么氢能的生命周期将是一个清洁环保的闭环。另一方面,氢能在储能方面,可实现持续供应、远距离输送、快速补充,氢能可以将太阳能、风能等不稳定的可再生能源储存起来,是一种优秀的储能介质。再从利用应用端来看,氢能既可以通过燃烧产生热能,在热力发动机中产生机械功,又可以作为能源材料用于燃料电池直接产生电能,其发电效率普遍高于目前其他能源转化率,可为燃料电池车、分布式发电设施提供动力,或转换成固态氢用作结构材料。优质的储能特性和高效利用让氢能成为未来重要的能源形式。

  氢能产生的方式主要是燃烧和燃料电池中的电化学反应,其中燃料电池系统,具有高效、安全、清洁等优势,被誉为是氢能最佳利用方式。并且随着技术不断突破和成熟,氢燃料电池技术已大面积普及,并在多个应用领域进入商业化运营阶段,为氢能的利用运作提供了技术支持和保障。

  全球氢能开发已进入商用阶段

  ●交通领域是全球氢能技术应用的“领头羊”

  ●今年我国首次将氢能源发展写入《政府工作报告》

  ●我国已基本掌握氢气制备、储运、加注等环节的部分关键技术

  全球多数发达国家,都将氢能看作战略性能源,从支撑未来发展的战略高度推进氢能产业。早在20世纪70年代,美国就成功地将燃料电池应用于双子星五号太空船和阿波罗号宇宙飞船上,成为第一个实现氢能源技术应用的国家。不过,20世纪末期至21世纪初期,因成本问题,氢能源技术的发展近乎停滞,直到2014年,日本在氢燃料电池技术上取得突破,实现了氢燃料电池乘用车商业化运用。加上石油、煤炭等一次能源的储量逐渐减少导致能源紧缺,各国构建“氢能社会”的愿景又掀起了一股热潮。

  目前,氢能产业已经进入高速发展阶段,全球发达地区重要发展战略规划有:美国计划2030年部署超过10万辆燃料电池货车,2040年全面实现“氢经济”目标;欧盟以实现2050低碳经济战略为目标,计划2025年基本实现燃料电池商业化应用,建立相对完善的分布式氢能基础设施体系;日本致力于打造“氢社会”,计划2020年拥有4万辆燃料电池汽车,2025年燃料电池在家庭发电、汽车出行等领域实现商业化应用;韩国政府2019年发布氢能经济发展路线图,计划到2040年氢燃料电池汽车累计产量由目前的2000余辆增至620万辆,等等。

  从全球氢能产业发展看来,氢能开发利用进入商业化应用阶段,已在交通、发电、军事、航天等领域实现氢能及燃料电池技术产业化突破,其中燃料电池电堆成本、功率、可靠性、耐久性及环境适应性等指标已达到商业化应用水平。从国家层面来看,日本是氢能源发展最为积极的推动者;从市场实践层面来看,交通领域是全球氢能技术应用的“领头羊”。

  我国的氢能开发和利用已上升为国家战略。2012年,国务院发布《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》,明确提出“燃料电池汽车、车用氢能源产业与国际同步发展”的战略目标。近年来,国家从战略、产业结构、科技等方面相继发布了《国家创新驱动发展战略纲要》《“十三五”国家科技创新规划》《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》《能源技术革命创新行动计划(2016—2030年)》《汽车产业中长期发展规划》等一系列政策,将氢能的综合利用作为重点发展方向,引导并鼓励发展氢能及燃料电池产业。同时,包括山东、江苏、武汉、张家港、如皋等省、市、县,也纷纷发布了氢能发展规划,促进氢能产业的差异化发展和快速推进。2019年《政府工作报告》提出,“推动充电、加氢等设施建设”,首次把氢能源写入《政府工作报告》。

  我国氢能发展具备产业基础,具有较大发展潜力。氢能及燃料电池产业链包括制氢、储存、运输、氢燃料电池以及应用环节。从技术积累方面看,我国已基本掌握了氢气制备、储运、加注等环节的部分关键技术。其中,天然气重整制氢和电解水制氢技术具有一定优势;燃料电池膜电极、双极板等零部件已实现国产化;燃料电池商用车具备较强研发制造能力。而产业基础方面,我国产氢规模全球第一,全球最大的质子交换膜燃料电池发电项目投入示范运营,全国氢燃料电池汽车累积销量已超2000辆……政策的导向,已有的技术和产业储备,为国家发展氢能及燃料电池产业奠定了坚实的基础,中国或将成为全球最大的氢能及燃料电池产业市场,具备较大发展潜力。

  我国氢能产业发展面临的主要问题

  ●国内将氢气作为危化品管理,尚未纳入能源产品管理

  ●氢能发展的顶层设计和管理体系有待清晰和完善

  ●制氢和加氢成本高,经济效益差

  近年来,随着政策的引导、技术的更新突破、产业构建的逐步完善,我国氢能及燃料电池产业取得了一定的成绩,但与发达国家还存在一定差距,特别在核心关键部件、性能参数指标等方面的问题亟待解决。

  社会认知和发展理念亟待统一。当下,社会各界对氢能的认知程度差异较大,部分政府、企业和群众对氢能还没有客观、全面的认识,在产业导入初期,政策导向和发展方向还不明确,导致落地项目的产业发展阻力较大,制约着氢能的广泛利用。目前,国内将氢气作为危化品管理,尚未将氢气纳入能源产品管理,导致制氢、加氢和加氢站建设等环节相关标准和管理办法还不够明确和统一,产业的发展制度保障还不完善。

  顶层设计和管理体系有待清晰。目前在国家层面,还没有专项的氢能发展规划,缺乏专职机构统筹管理,关于氢能发展和推进时间进度表还不清晰,相关配套标准和管理办法还未发布,如氢气价格、燃料电池补贴等相关政策还迟迟未出台,氢能发展的顶层规划和设计亟待完善。

  氢能产业发展多数处于示范阶段,基础数量严重不足和区域分布不均衡。加氢站数量是衡量产业发展的重要参考指标,目前国内运营和在建的数量还不多,而且主要分布在长三角、珠三角和京津冀,配套设备也还处于示范阶段。另一方面,对于氢燃料电池的应用多数处于商用车的领域,还有较大提升空间,数量分布不均衡,区域均衡发展的难题还需跨越。

  产业发展的经济效益亟待改善。从产业链来看,氢气的价格成本还居高不下,氢能产业处于商业化前期,尚难通过规模化降低制氢成本。同时,加氢站建设成本也较高,投入回报率低,不具备经济效益,推行难度较大。并且在燃料电池环节,产业化尚处于早期,经济性短板突出,主要是氢能及燃料电池部分关键零部件、核心原材料环节上国产化缺失,进口依赖度高,导致价格居高不下。在应用环节,氢燃料电池车辆主要还依靠政府补贴,应用端生命周期的购置成本、运营成本和处置成本也亟待降低。

  构建氢能美好未来的几点建议

  ●加快制定完善发展规划,细化落实支持政策

  ●加速推进氢能及燃料电池产业示范应用

  ●重点培育具有自主核心技术的企业

  做好顶层设计和规划。规范氢能管理和运营,鼓励引导氢能及燃料电池产业有序发展。建议成立专职机构负责推进氢能及燃料电池产业,加快氢能基础设施建设总体规划,完善加氢站建设的审批管理办法等支撑性政策,破除制约氢能及燃料电池发展的政策壁垒。

  加速推进氢能及燃料电池产业示范应用。产业初期发展离不开政策的引导和政府的支持,从全球发达国家的成功经验来看,加大扶持力度,合力破解发展难题,是加快产业化进程的重要措施。建议大力推广氢能及燃料电池技术在交通运输、储能发电等领域的示范应用,推动氢能及燃料电池装备制造业发展,让更多具有自主知识产权的企业参与到示范项目中来,让示范项目规模更大,覆盖面更广,促进技术落地和升级,推动产业从示范阶段快速过渡到商业化阶段。建议加快制定配套扶持政策、专项奖励等办法,完善相关规定,杜绝骗补行为,让产业健康良性发展。

  合力攻破成本难题。从产业发展的角度看,解决成本的路径主要有规模化和国产化。而规模化与产业发展之间是一个良性循环的过程,只有产业良性发展,才能规模化大幅降低成本,进而推进快速市场化。建议重点培育具有自主核心技术的企业,支持其攻克关键零部件难题,加快产业国产化,将核心技术真正掌握在自己手中,同时也加强对外合作和技术人才引入,实现开放发展。

  做好氢能科普工作。以论坛、峰会、氢能主题日、氢能展厅、科普讲座等多种形式,让社会各界认识氢能并理解发展氢能的重要性。建议多层次、高频率宣传氢能产业,让更多的人理解并参与到氢能发展中来。 

来源:四川日报 编辑: 曾紫妍       
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