氢能，现代能源体系新密码

　　氢能，现代能源系统新密码

　　氢能是一种泉源厚实、绿色低碳、应用普遍的二次能源，能辅助可再生能源大规模消纳，实现电网大规模调峰和跨季节、跨地域储能，加速推进工业、修建、交通等领域的低碳化。我国具有优越的制氢基础与大规模的应用市场，生长氢能优势显著。加速氢能产业生长是助力我国实现碳达峰碳中和目的的主要路径。日前，国家生长改造委、国家能源局团结印发了《氢能产业生长中耐久设计(2021—2035年)》。氢能的开发与行使正在引发一场深刻的能源革命，氢能成为破解能源危急，构建清洁低碳、平安高效现代能源系统的新密码。

　　能源危急开启了氢能开发和行使的探索之路

　　氢能作为一种替换能源进入人们的视野还要追溯到20世纪70年月。其时，中东战争引发了全球的石油危急，美国为了脱节对入口石油的依赖，首次提出“氢经济”看法，以为未来氢气能够取代石油成为支持全球交通的主要能源。1960年至2000年，作为氢能行使主要工具的燃料电池获得飞速生长，在航天航空、发电以及交通领域的应用实践充实证实晰氢能作为二次能源的可行性。氢能产业在2010年前后进入低潮期。但2014年丰田公司“未来”燃料电池汽车的宣布引发了又一次氢能热潮。随后，多国先后宣布了氢能生长战略蹊径，主要围绕发电及交通领域推动氢能及燃料电池产业生长；欧盟于2020年宣布了《欧盟氢能战略》，旨在推动氢能在工业、交通、发电等全领域应用；2020年美国宣布《氢能设计生长设计》，制订多项要害手艺经济指标，期望成为氢能产业链中的市场向导者。至此，占全球经济总量75%的国家均已推出氢能生长政策，起劲推动氢能生长。

　　我国氢能产业和蓬勃国家相比仍处于生长低级阶段。近年来，我国对氢能行业的重视不停提高。2019年3月，氢能首次被写入《政府事情讲述》，在公共领域加速充电、加氢等设施建设；2020年4月，《中华人民共和国能源法(征求意见稿)》拟将氢能列入能源局限；2020年9月，财政部、工业和信息化部等五部门团结开展燃料电池汽车树模应用，对相符条件的都会群开展燃料电池汽车要害焦点手艺产业化攻关和树模应用给予奖励；2021年10月，中共中央、国务院印发《关于完整准确周全贯彻新生长理念做好碳达峰碳中和事情的意见》，统筹推进氢能“制—储—输—用”全链条生长；2022年3月，国家生长和改造委员会宣布《氢能产业生长中耐久设计(2021—2035年)》，氢能被确定为未来国家能源系统的主要组成部门和用能终端实现绿色低碳转型的主要载体，氢能产业被确定为战略性新兴产业和未来产业重点生长偏向。

　　近年来，我国氢能产业生长迅速，基本涵盖了氢气制—储—输—用全链条。

　　氢能产业链的上游为制氢，我国是天下第一产氢大国，氢气产能约3300万吨。凭证制取历程的碳排放强度，氢被分为“灰氢”“蓝氢”和“绿氢”。灰氢是指通过化石燃料燃烧发生的氢气，在生产历程中会有大量二氧化碳排放；蓝氢是在灰氢的基础上，应用碳捕集和封存手艺，实现低碳制氢；绿氢是通过太阳能、风力等可再生能源发电举行电解水制氢，在制氢历程中没有碳排放。现在，我国氢气制取以煤制氢方式为主，占比约80%。未来，随着可再生能源发电成本连续降低，绿氢占比将逐年上升，预计2050年将到达70%。

　　氢能产业链的中游是氢储运，高压气态储运手艺已商业化，是最为普遍的氢能储运方式。长管拖车运输天真性高，适用于短距离、小体量输氢；液氢存储和固态储氢无需压力容器，运输便捷，是未来实现大规模氢能储运的偏向。

　　氢能产业链下游为氢的综合应用，氢气作为一种工业质料可普遍应用于石油、化工、冶金、电子、医疗等领域，此外，氢气还可通过氢燃料电池或氢内燃机转化为电能和热能，可笼罩社会生发生涯的方方面面。到2060年，我国氢能需求预计达1.3亿吨，其中工业需求占主导职位，占比约60%，交通运输领域将逐年扩大规模到达31%。

　　氢能的开发与行使正在引发一场深刻的能源革命

　　氢能在交通、工业、修建和电力等诸多领域均有广漠应用远景。

　　在交通领域，公路远程运输、铁路、航空及航运将氢能视为削减碳排放的主要燃料之一。现阶段我国主要以氢燃料电池客车和重卡为主，数目跨越6000辆。在响应配套基础设施方面，我国已累计建成加氢站跨越250座，约占全球数目的40%，居天下第一。凭证北京冬奥组委宣布的数据，本届冬奥会树模运行超1000辆氢燃料电池汽车，并配备30余个加氢站，是全球最大规模的一次燃料电池汽车树模应用。

　　现在我国氢能应用占比最大的领域是工业领域。氢能除了具有能源燃料属性外，照样主要的工业质料。氢气可取代焦炭和自然气作为还原剂，可以消除炼铁和炼钢历程中的绝大部门碳排放。行使可再生能源电力电解水制氢，然后合成氨、甲醇等化工产物，有利于化工领域大幅度降碳减排。

历史剧：连接历史 观照现实

电视剧《觉醒年代》剧照。资料图片　　 2021年，以《觉醒年代》为代表的党史题材电视剧创作掀起了一波高潮，深刻描摹了建党百年恢宏多彩的历史画卷；而今年，从历史剧《山河月明》开始，一批制作精良的历史题材电视剧将为电视荧屏带来一番新的亮色。

　　氢能与修建融合，是近年兴起的一种绿色修建新理念。修建领域需要消耗大量的电能和热能，已与交通领域、工业领域并列为我国三大“耗能大户”。行使氢燃料电池纯发电效率仅约为50%，而通过热电联产方式的综合效率可达85%——氢燃料电池在为修建发电的同时，余热可接纳用于供温顺热水。在氢气运输至修建终端方面，可借助较为完善的家庭自然气管网，以小于20%的比例将氢气掺入自然气，并运输至千家万户。据估量，2050年全球10%的修建供热和8%的修建供能将由氢气提供，每年可减排7亿吨二氧化碳。

　　在电力领域，因可再生能源具有不稳固性，通过电—氢—电的转化方式，氢能可成为一种新型的储能形式。在用电低谷期，行使富余的可再生能源电力电解水制取氢气，并以高压气态、低温液态、有机液态或固态质料等形式储存下来；在用电岑岭期，再将储存的氢通过燃料电池或氢气透平装置举行发电，并入公共电网。而氢储能的存储规模更大，可达百万千瓦级，存储时间更长，可凭证太阳能、风能、水资源等产出差异实现季节性存储。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年乐成实现并网发电。

　　同时，电氢耦合，也将在我国构建现代能源系统中施展主要作用。

　　从清洁低碳角度看，大规模电气化是我国多个领域实现降碳的有力抓手，例如交通领域的电动汽车替换燃油汽车，修建领域的电采暖取代传统锅炉采暖等。然而，仍有部门行业是难以通过直接电气化实现降碳的，最为难题的行业包罗钢铁、化工、公路运输、航运和航空等。氢能具有能源燃料和工业质料双重属性，可以在上述难以深度脱碳的领域施展主要作用。

　　从平安高效角度看，首先，氢能可以促进更高份额的可再生能源生长，有用削减我国对油气的入口依存度；其次，氢能可以举行化学储能和运输，实现能源的时空转移，促进我国能源供应和消费的区域平衡；此外，随着可再生能源电力成本的降低，绿色电能和绿色氢能的经济性将获得提升，被民众普遍接纳和使用；氢能与电能作为能源枢纽，更容易耦合热能、冷能、燃料等多种能源，配合确立互联互通的现代能源网络，形成极具韧性的能源供应系统，提高能源供应系统的效率、经济性和平安性。

　　我国氢能产业生长依然面临挑战

　　低成本低排放绿氢制取是氢能产业面临的主要挑战之一。在不新增碳排放的条件下，解决氢的泉源问题是氢能产业生长的条件。化石能源制氢和工业副产制氢工艺成熟、成本较低，短期仍将是主要氢源。但化石能源储量有限，且制氢历程仍存在碳排放问题；工业副产制氢产量有限且供应辐射旅程短。

　　久远来看，电解水制氢易与可再生能源连系，规模潜力更大，加倍清洁可连续，是最有潜力的绿氢供应方式。现在我国碱性电解手艺已与国际水平相靠近，是现在商用电解领域的主流手艺，但未来降本空间有限。质子交流膜电解水制氢现在成本较高，要害装置的国产化水平正在逐年提升。固体氧化物电解在国际靠近商业化，但海内仍处于追赶阶段。

　　我国氢能产业链供应系统尚不完整，距离大规模商业化应用另有差距。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设和运营履历不足。现阶段氢的运输主要以高压气态长管拖车运输为主，管道运输仍为短板弱项。现在共有氢气管道里程约400公里，在用管道仅100公里左右。管道运输还面临管材易发生氢脆征象造成氢气逃逸，未来仍需进一步提升管道质料的化学性能和力学性能。液态储氢手艺和金属氢化物储氢手艺等取得了较大提高，但储氢密度、平安性和成本之间的平衡关系尚未解决，离大规模商业化应用另有一定差距。

　　专门政策系统和多部门多领域协调互助机制尚不完善。《氢能产业生长中耐久设计(2021—2035年)》是首个国家层面的氢能生长设计，但专项设计以及政策系统仍需完善，未来需要进一步明确产业生长偏向、目的和重点。氢能产业链涉及多种手艺和行业领域，现在还存在跨领域协作不足，跨部门协调机制不够完善等问题。好比，加氢站建设需要资金、手艺、基建以及危化品管制等多部门协作，现在存在主管部门不明确，审批难度较大，氢气属性仍仅为危化品等问题，对产业生长形成较大制约。

　　我们以为，手艺、平台和人才是支持我国氢能产业生长的生长点。

　　首先，要连续提升要害焦点手艺水平。手艺创新是氢能产业生长的焦点。未来，我国将连续推进绿色低碳氢能制取、储存、运输和应用等各环节要害焦点手艺研发。加速推进质子交流膜燃料电池手艺创新，开发要害质料，提高主要性能指标和批量化生产能力，连续提升燃料电池可靠性、稳固性、耐久性。着力推进焦点零部件以及要害装备研发制造。加速提高可再生能源制氢转化效率和单台装置制氢规模，突破氢能基础设施环节要害焦点手艺。连续开展氢能平安基础纪律研究。连续推动氢能先进手艺、要害装备、重大产物树模应用和产业化生长，构建氢能产业高质量生长手艺系统。

　　其次，要着力打造产业创新支持平台。氢能产业的生长需聚焦重点领域和要害环节，构建多条理、多元化创新平台。支持高校、科研院所、企业加速建设重点实验室、前沿交织研究平台，开展氢能应用基础研究和前沿手艺研究。2022年年头，国家生长和改造委员会、教育部宣布了《关于华北电力大学国家储能手艺产教融合创新平台项目可行性研究讲述的批复》，华北电力大学国家储能手艺产教融合创新平台项目正式获批，成为首批“挂帅”高校。随后，华北电力大学氢能手艺创新中央正式确立。创新平台和创新中央重点围绕电化学储能、氢能及其在电网中的应用手艺等领域开展手艺攻关，起劲推动国家氢能产业的生长。

　　再次，要推动建设氢能专业人才队伍。氢能产业手艺水平及规模不停取得突破，然而氢能产业正面临人才队伍的较大缺口，稀奇是高条理创新性人才严重缺乏。日前，华北电力大学申报的“氢能科学与工程”专业被正式列入通俗高等学校本科专业目录，“氢能科学与工程”学科被列入新型交织学科。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，有机融合制氢、氢储运、氢平安、氢动力等多个氢能模块课程，开展全方位跨学科基础及应用研究，将为实现我国能源结构平安转型，以及我国氢能行业和能源事业的生长提供有利的人才支持。

　　(作者：杨勇平，系华北电力大学校长、教授)

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