鉅大LARGE | 點擊量：2411次 | 2018年07月15日
氫能及燃料電池技術發展情況解析
氫能是一種綠色高效的二次能源，具有來源廣、燃燒熱值高、清潔無污染、可儲存、與多種能源便捷轉換等優點，是未來清潔能源的重要組成部分。從全球看，作為重要技術創新方向的氫燃料電池汽車正逐步成為氫能大規模商業化應用的重要領域。我國氫能發展處于示范應用初期，未來將在新能源消納、交通運輸領域碳減排等方面發揮重要作用。
新能源制氫技術和氫燃料電池技術成為當前熱點
氫能是一種綠色、高效的二次能源，具有熱值較高、儲量豐富、來源多樣、應用廣泛、利用形式多等特點。氫能產業鏈包括制氫、儲運氫、用氫等環節。在制氫方面，2017年全球氫氣生產量超過6000萬噸，其中96%來自化石燃料，大部分采用天然氣和煤油制氫技術;電解水制氫產量僅占4%，制氫成本較高，是化石燃料制氫的兩倍多，目前利用可再生能源電解水制氫已經成為新熱點。在儲運氫方面，目前普遍采用具備高耐氫和耐壓能力的25至35兆帕儲氫罐，70兆帕處于示范應用階段。管道運輸是運氫環節的主要方式，根據麥肯錫公司數據，截至2017年年底，全球共鋪設了4284千米輸氫管道，其中美國達到2400千米，歐洲約有1500千米。在用氫方面，大部分局限在工業領域，主要用途是作為化工行業的原材料，其中60%用于合成氨，38%用于煉油和煤炭深加工。氫燃料電池汽車應用規模不大，但發展快速。截至2017年年底，全球在運的氫燃料電池汽車超過6000輛，加氫站達到286座，主要集中在美國、日本和德國。
氫能已成為許多國家能源體系的重要組成部分
氫能是一種低碳高效的清潔能源，隨著全球變暖控制步伐加快，氫能源發展存在迫切需要，市場空間也十分廣闊。目前，發達國家紛紛出臺了強有力的氫能及燃料電池扶持政策，其中力度最大、響應最積極的是日本、歐盟和美國，中國、韓國、巴西、加拿大等國家也有相關部署。
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美國是氫能發展的先行者。1970年開始布局氫能技術研發，2002年布什政府制定美國氫能發展路線圖，頒布一系列法令，加快氫能產業發展。2008年金融危機以來，奧巴馬政府減少對氫能領域的財政支持，轉向支持清潔能源、電動汽車等技術相對成熟、短期內利于經濟復蘇的產業，對氫能發展帶來一定影響。2014年美國頒布《全面能源戰略》，重新確定氫能在交通轉型中的引領作用，并于2017年宣布繼續支持30個氫能項目建設，推動氫能產業取得顯著進展。據美國能源部統計，2016年美國氫能產業創造了約1.6萬個就業崗位，氫燃料電池汽車超過3500輛，加氫站達到60座。
日本著力打造氫能社會，制定了國家氫能基本戰略，確定至2050年氫能社會建設目標以及具體行動計劃，并計劃在東京奧運會全面采用氫能源公交車。日本政府與汽車行業生產商合作研發氫燃料電池汽車，截至2017年年底，日本氫燃料電池汽車超過2000輛，是世界上最大的氫能燃料電池汽車市場。計劃到2020年，日本可上路的氫能燃料電池汽車達到4萬輛，到2025年達到20萬輛，到2030年達到80萬輛。900座廣泛應用的加氫站將為這些車輛提供加氫服務。
德國漢堡市啟動了規模宏大的氫能示范應用項目——“HyCity(氫能城市)”的計劃，被稱之為“通向明天能源世界的窗口”。該計劃涵蓋了氫氣制取、運輸、儲存及燃料電池應用的氫能全產業鏈。德國致力于開發集風力發電、電解水制氫、高壓儲氫及燃料電池發電技術于一體的氫能應用技術，并建立多個氫能示范應用中心。例如，由ENERTRAG能源公司實施建設的氫能示范項目——燃料電池電站，該電站的總額定功率為700千瓦，每年可產生16吉瓦時的電能，可滿足4000個家庭的用電需求。
氫能的作用以及制約氫燃料電池汽車發展的因素
未來氫能將與風能、太陽能等新能源在共同推動碳減排、助力能源轉型中發揮重要作用，成為能源系統中重要的組成部分。國際氫能源委員會預測2050年氫能源需求是目前的10倍，占終端能源消費量的比例超過15%，對全球二氧化碳減排量的貢獻度達到20%。
安全性和成本高是目前制約氫燃料電池汽車發展的主要因素。從安全性看，氫燃料電池汽車安全性不斷提高。豐田汽車公司通過裝備高強度碳纖維材質的車載儲氫罐和高性能傳感器等，降低氫燃料泄漏導致的爆燃風險;從成本看，氫燃料電池汽車未來具有較大成本下降空間。2016年年底，氫燃料電池汽車的整車成本約是燃油汽車的2.1倍，是純電動汽車的1.6倍，其中燃料電池系統占一半。近年來，豐田汽車公司通過技術創新不斷降低燃料電池系統(成本約占整車的一半)催化劑鉑金屬的用量，使得氫燃料電池汽車成本近10年來下降近80%。IEA(國際能源署)預測，到2030年、2050年，氫燃料電池汽車成本將比目前分別下降44%和55%，接近燃油汽車成本。2030年，全球氫燃料電池汽車將占全部汽車產量的3%，2050年提高到15%左右，超過3億輛氫燃料汽車投運。考慮發展階段、技術成熟、成本趨勢等因素，電動汽車仍將是未來新能源汽車的主導技術，氫燃料電池汽車通過發揮加氫時間短、續航里程長等技術優勢，將在公交、大巴等重型車載領域實現廣泛應用。
我國氫能產業發展現狀及未來氫能在我國的應用領域
我國氫能產業仍處于示范應用初期，與發達國家存在較大差距。2011年以來，我國相繼發布了一系列政策措施，引導并鼓勵包括氫能和燃料電池產業發展，2017年以來，我國各地方也開始出臺適合自身發展的氫能支持政策。上海2017年率先出臺燃料電池汽車發展規劃，此后武漢和蘇州相繼發布氫能產業規劃。目前，我國煤化工制氫的產量世界第一，但在燃料電池技術研發、氫能關鍵材料和裝備制造等方面相對滯后，基礎研發與核心技術投入不足，氫能產業發展總體落后于發達國家。截至2017年年底，我國實際在運的氫燃料電池汽車不足300輛，加氫站僅7座，新能源制氫項目進展緩慢。近期，國家能源投資集團公司牽頭成立中國氫能源及燃料電池產業創新戰略聯盟，國家電網、中國中車、寶武鋼鐵、中國一汽等十多家央企參與，聯盟單位超過50家，旨在加速中國氫能產業布局。
作為國家戰略性新興能源的重要組成部分，我國正在加快推動氫能開發和產業應用。未來我國氫能將在交通運輸減排、電能替代等方面發揮重要作用。一是與電動汽車互為補充，共同推動交通運輸領域碳減排。國家規劃明確2020年實現5000輛氫燃料電池汽車在特定地區公共服務用車領域的示范應用，建成100座加氫站;2030年實現百萬輛氫燃料電池汽車的商業化應用，建成1000座加氫站。二是建設氫能源發電系統。根據美國拉扎德咨詢公司統計，2016年氫燃料電池發電系統成本為0.74至1.16元每千瓦時，已經具備一定市場競爭力。未來在用戶側推廣應用小型氫燃料電池分布式發電系統，滿足家用熱電聯供的需要，推動家庭電氣化進程，促進電能替代。
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