国家为何要大力发展氢能?能源 2018-11-24 01:13
2月11日，由国家能源集团牵头的“中国氢能源及燃料电池产业创新战略联盟”在北京正式成立。很多部委领导出席仪式，代表了国家对大力发展的氢能的重视。
氢能?氢燃料电池?这是什么东东?除了国家能源集团还有哪些企业已谋篇布局?
氢能，能源领域的未来之星
氢能是一种绿色、高效的二次能源，虽然因目前还没有被大规模普及应用而不像电能一样为人们所熟知，但它却有着我们已知所有能源无可比拟的特点，而会很快成为解决未来人类社会能源问题的必然选择，是能源领域的未来之星，更是被业界专家称为“终极能源”。
作为绿色、高效的二次能源，氢能具有以下特点:
来源广泛
既可以借助传统化石能源如煤炭、石油、天然气等低碳化技术制取，也可以通过风、光、水等可再生能源制备，是实现化石能源清洁化利用和清洁能源规模化发展的利器。
燃烧热值高
氢燃烧的热值高居各种燃料之冠，为液化石油气的 2.5 倍，为汽油的 3 倍。
清洁无污染
可循环利用，氢气无色、无味、无毒，燃烧生成水，水电解又可以生成氢，是一种可循环使用的清洁能源。
利用形式多
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，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。
可储能
实现持续供应、远距离输送、快速补充。多种能源都可以转化为氢气，以压缩气态储氢、液化储氢、金属氢化物储氢、碳质吸附储氢的方式储存起来，实现大规模稳定存储能源，缓解弃风弃光弃水等问题。
安全性好
正常情况下，氢气泄露安全性高于汽油泄露安全性。
燃料电池是高效清洁利用氢能的最佳工具，燃料电池技术是普及氢能利用的核心技术。近年来，该技术在国际范围内已取得了重大突破，并开始在多个应用领域进入商业化运营阶段。
各国争相发展的终极能源
世界范围
随着氢能应用技术发展逐渐成熟，以及全球应对气候变化压力的持续增大，氢能产业的发展在世界各国备受关注，氢能及燃料电池技术作为促进经济社会实现低碳环保发展的重要创新技术，已经在全球范围内达成了共识，多国政府都已出台氢能及燃料电池发展战略路线图，美国、日本、德国等发达国家更是将氢能规划上升到国家能源战略高度。氢能开发与利用已成为发达国家能源体系中的重要组成部分。如全球发展氢能最积极国家之一的日本，近年发布了一系列激励政策，并在氢燃料电池领域取得超过1500件专利。
在车用能源领域，氢能燃料电池被认为是实现车辆使用阶段“零排放”、全生命周期“低排放”的重要技术方案，是未来汽车产业技术竞争的制高点。目前，欧美日等发达国家已开发出多款氢燃料电池汽车，并配套建设加氢站。2017年，宝马，奔驰、通用等公司都开始商业化发售氢燃料电池汽车。
中国
自2011年以来，我国政府有关部门从战略、产业结构、科技、财政等方面相继发布了一系列政策，引导并鼓励包括氢燃料电池和相关产业在内的氢能产业发展。但目前国内在燃料电池技术发展、氢能产业装备制造等方面相对滞后，氢能产业发展速度落后于发达国家。
氢能与燃料电池行业属于前瞻性
新兴产业。中国氢能源及燃料电池产业创新战略联盟成立后，将一方面通过集聚相关产业在产、学、研各方面的技术资源，加强协同创新，统筹推动包括制氢、储运氢、加氢基础设施、燃料电池应用的全产业链技术突破，加快掌握更多关键核心技术;另一方面，加强产业及市场协同，统筹指导联盟成员凝练自身研发与产业优势，在氢能利用技术、安全技术、氢能技术标准上开展深度合作，推动氢能和燃料电池在国防、分布式能源、汽车动力、储能装备等方向的跨领域应用，建立融投资机制以吸引风险投资和发起基金，加速推广中国的氢能产业布局，共同推进中国氢能社会的构建。
国家能源集团
和氢能有啥关系?
作为中国氢能源及燃料电池产业创新战略联盟发起单位和首届理事长单位，国家能源集团与氢能源产业渊源深厚。
同时，作为综合能源企业，国家能源集团在氢能源产业有着得天独厚的优势，目前煤化工板块年产超过 400 万吨氢气，已具备能供应4000万辆燃料电池乘用车的制氢能力，世界排名第一;煤制氢成本是天然气制氢成本的70-80%，是重油或石脑油制氢成本的60-70%;已成功示范30万吨二氧化碳封存(CCS)技术，为处理好煤化工制氢的碳排放奠定基础;拥有装机规模可观的风电、光伏等可再生能源，风电装机规模世界第一，利用可再生能源制氢可进一步降低成本和碳排放量。目前该公司正在加快布局从制氢到加氢站的氢能利用全产业链，并参与氢燃料电池的研制与开发，正计划在江苏如皋、陕西咸阳、内蒙古包头等地投资建设氢能项目。
还有哪些企业在谋篇布局?
早在2016年，来自中广核集团的徐文辉先生在武汉的储能大讲堂之氢能及燃料电池专场上就做了如下表述:
“据我所知，几个能源央企都在做氢能方面的战略，国家能源局、国资委也在鼓励央企策划建立相关氢能及燃料电池创新技术联盟，通过共建技术平台、产业基金等方式扶持我们的社会资本及双创企业，共同推进氢能及燃料电池产业。
中广核是零碳能源提供商，拥有核、风、光、水、气等清洁能源发电资产，目前我们也着眼于国内电力过剩的情况，希望发挥中广核的作用，重点考虑P2G(电转气及氢储能技术的应用)。中广核是国内“五大四小”电力企业中唯一拥有燃料电池电站的运营商，在韩国拥有十几兆瓦的燃料电池电站。该燃料电池电站采用美国的MCFC燃料电池发电技术，中广核
新能源是这个电站的运营投资方。”
国内正在如何布局氢能产业?
国家发展改革委、国家能源局在《能源发展“十三五”规划》中，对全面推进能源生产和消费革命，努力构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系等目标，制定出明确的行动纲领。
进入“十三五”时期，我国多个部委密集出台了支持氢能产业发展的政策。
2016年3月
国家发改委和国家能源局联合发布的《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》明确提出，把可再生能源制氢、氢能与燃料电池技术创新作为重点任务;把氢的制取、储运及加氢站等方面的研发与攻关、燃料电池分布式发电等作为氢能与燃料电池技术创新的战略方向;把大规模制氢技术、分布式制氢技术、氢气储运技术、氢能燃料电池技术等列为创新行动。
2016年12月
国家发改委和国家能源局联合发布的《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》明确提出，把可再生能源制氢、氢能与燃料电池技术创新作为重点任务;把氢的制取、储运及加氢站等方面的研发与攻关、燃料电池分布式发电等作为氢能与燃料电池技术创新的战略方向;把大规模制氢技术、分布式制氢技术、氢气储运技术、氢能燃料电池技术等列为创新行动。
2017年5月
科技部和交通运输部出台的《“十三五”交通领域科技创新专项规划》明确提出，推进氢气储运技术发展，加氢站建设和燃料电池汽车规模示范，形成较完整的加氢设施配套技术与标准体系。
在国家政策的大力支持下，国内氢能产业发展步伐明显加快，多个地方都表现出强烈的发展积极性。
2016年8月
联合国开发计划署在中国的首个“氢经济示范城市”项目在江苏如皋正式启动，目前如皋已拥有10余家氢能企业且发展态势强劲。
2016年10月
位于广东佛山(云浮)产业转移工业园的新能源汽车生产基地投产，年产5000辆氢能汽车;首批量产的28辆氢能城市公交车在佛山、云浮两市运行，率先在佛山、云浮搭建起氢能源城市公交示范推广平台。
2017年8月
位于河北张家口的中国首条自动化氢燃料电池发动机大批量生产线正式投产，项目全部完工后，该基地燃料电池发动机年产能将可以达到一万台。
2017年9月
上海正式发布文件，规划2020年建设5至10座加氢站，燃料电池汽车示范运营3000辆;2025年建设50座加氢站，燃料电池车3万辆;2030年实现产业年产值3000亿元。
2018年1月
武汉市氢能产业发展规划建议方案出炉，对未来氢能产业发展方向，列出时间表、路线图。规划建议方案显示，3年内将以武汉开发区为核心，打造“氢能汽车之都”，在研发层面实现制储氢、膜电极、电堆等核心技术达到国际先进水平;到2025年，力争氢能燃料电池全产业链年产值突破1000亿元，成为世界级新型氢能城市。
未来的氢能社会
随着科学技术的进步和氢能系统技术的全面进展，氢能将在社会生活中被广泛应用，以下就是一幅简笔勾勒出的未来氢能社会的美好景象:
家用燃料电池
1
建立居家小型电站，取消远距离高压输电，通过管道网送氢气至千家万户。
2
家庭有能源供应和回收的完善循环系统。
城镇社区
1
布局氢能制取、加氢站点。(火力发电站、风力发电站、水利发电站、潮汐发电、核电站完成正常的电力供应后，剩余电力用于电解水制氢，作为储备能源)
2
氢能运输工具或专用管道。
3
城镇社区有能源供应和回收的完善循环系统。
交通工具
1
采用氢燃料电池的各种交通工具。(大巴、物流车、轿车、轻轨、航天、轮船，消灭了一切能源污染隐患和内燃机车噪音源)
煤制氢:下一个10万亿元风口?
中国电动汽车百人会论坛发表主题演讲(节选)
中国工程院院士 干勇
中国工程院在十多年前提出了氢能社会的概念，我们对世界科技工程发展趋势进行了一系列讨论，第一就是能源体系。凡是工业化国家，能源体系的建立非常重要，而中国的能源禀赋不好，所以结构上有些问题。比尔盖茨两次到工程院不谈计算机，全部谈能源，认为十三亿人口对整个地球的二氧化碳贡献率太大，而且还有印度的十二亿人口，所以能源今后必须要有变化。
化石燃料时代向绿色能源时代的转变是必然的，主要是两个转变:一个是化石能源消耗向绿色能源再生转变，另一个是从高碳燃料向低碳燃料转变，所以本质上是燃料的加氢减碳过程。全世界的电源40%是煤炭，而中国不一样，中国70%是煤炭，核电占2%，
太阳能占4.7%，风电占9.3%，水电占20.2%，2016年用电量达16.5亿千瓦，所以可再生能源的努力方面，中国政府成了全世界的动力站。
2012年到2015年我国可再生能源的投资超过美国，约为3150亿美元，同期可再生能源容量变化占到全世界的44%，达到177GW;2016年发展速度相比2017年更快。欧共体的统计显示，今后中国每个小时安装2个风电机组、7000个太阳能电池板，到2020年的增长速度是272%。欧盟的发展只是我们的零头，因为他们的发展已经很快了，每年增长20%，我们将会达到272%。
风电和光伏的问题在于其不可预测性，所以肯定要储能一部分，不可能全部上网。氢能具有投入成本低、环境友好等特征，而且可以永久储存、传输到任何地方。人类每一次的能源变革都是提升减碳加氢、提升能量密度的过程。古代烧木材能量密度只有每公斤0.13兆焦，现在标准煤、天然气直到氢气，能量密度最高达到了140兆焦，应该说氢能源是非常理想的清洁能源，但属于二次能源，所以关键是要降低成本，而且技术路径要重新设定。
氢能的重要作用是可再生、高能、高效的能量载体，存储转换非常自如，而且是零排放。现在整个央企已经开始行动，特别是以神华国际能源投资集团在氢能和燃料电池领域做了四个方面的大布局:明确了可再生能源制氢的任务，包括投入氢气运输、存储和加速的各种装备的基础建设，也包括燃料电池，但他们的目标不是发展燃料电池，而是支持下游用他们的氢发展燃料电池，自己只是参股。现在最低成本的氢是0.77元/立方米，0.87元/公斤，低于国际上的平均制氢成本，也是非常便宜的。
氢能将成为传统能源的核心，有助于实现规模化的愿景，打造一流的清洁能源供应商，整个产业链已经显现。产业化途径、模式、方向，包括商业模式都已经开始了，可再生能源制氢也好、煤制氢也好、各种制备出来的散氢都要集中起来，这是一个大的产业链。不光是氢能源电池利用，包括分布式发电、二氧化碳合成的化学用品等等。发展氢能产业是能源结构调整和产业结构转型的必由之路，人类必须向这条路上走。利用氢能，人类社会的生产发展方式可以发生一个很大的变革，获取方式多元化，所以成本正在变得越来越低，下游使用的当然是燃料电池。
2020年到2050年，我国的风电和光电的装机容量非常高，达到2-4亿千瓦，但是上网率再怎么提高也有20%，需要储能。如果要把这些消化掉，需要建将近400座储水水库，破坏生态、成本巨大。如果我们用电和氢来做储能的载体，这将是投资成本低、环境适应强的一种方式，推动了燃料电池汽车、分布式发电、热电联供和无人机等领域，所有装备都使用氢能，氢动力将成为一个主动力。欧洲率先开始了可再生能源制氢，用天然气管网进行运输，最大的运输量是20%。天然气管网当中运输密度不一样，出来以后再吸附，完全可以把它分开。当前全世界都开始注意到了氢能的发展，也成为了国家能源战略的重要组成部分，而且燃料电池技术趋于成熟，步入了商业模式创新与批产阶段，也要感谢一直致力于燃料电池工程化、产业化的国外企业，他们重视氢能源电池的开发推广应用，电池产品的出货量加速增长进入商业化阶段，分布式发电也小规模商业化，特殊用途的燃料电池早期市场已经开始形成，这些都显现出了氢能利用的产业链开始壮大。
刚才说过，我们的条件非常好，因为我们的光伏风电规模大，所以我们的储能上不了网的部分就可以用于制氢。而且我国风光资源与天然气的管网匹配性好、容量大，所以很厉害。我国在家电、发电制造的产业规模均居世界首位，这为发展燃料电池分布式供电提供了巨大的市场和产业基础。煤制氢的水平和国外完全相当，而且制氢规模居世界首位。2012年我们的制氢量达到1600万吨，相当于8000万辆燃料电池汽车的消耗量，系统储氢能力也会上来。
燃料电池的原理大家都很清楚，特别是自制燃料电池为主。催化剂的成本占了将近70%，双极板已经完全工业化，而且我们用钛合金和不锈钢的双极板代替石墨，性能非常优越，而且现在是供给美国。我们国家的自制膜是最难的，东岳的自制膜在国际上处于一流方阵，和美国的戈尔公司并列，所以自制膜的问题也要解决。电解质要用很多的铂，这些铂从哪里来?都要进口。但是现有的燃油和燃气汽车常用的净化装置用的铂量比这还高。一旦用新能源代替，铂不会增加，只会减少。
现在锂动力的碳酸锂和高纯球状石墨的需求量巨大。去年石墨涨了10多倍的价格，碳酸锂价格从4万元涨到不到10万元，还有钴。材料部件的应用国内已经普遍开展。国家科技部已经把其列为重点专项，包括四个课题:车用燃料电池发动机平台设计开发验证、燃料电池发动机关键零部件与系统应用开发、大功率燃料电池电堆技术，现在已经全面铺开，还有储氢的系统开发。我们的固态储氢水平现在上升得很快，特别是储氢合金的稀土材料以后会降低成本，安全方便。
燃料电池汽车的性能大家都很清楚了，丰田Mirai续航历程可以达到650公里，加氢的时间只要3分钟，而且成本也很低，每千瓦时2500-3000元，也可以降到1瓦/元以下，最后在电池成本上氢气瓶如果成本降到3.5万元的话，三种电池动力成本已经相差不大了，百公里的续航里程1公斤氢就可以达到100公里，而电要18度电才能100公里，这会增加100公斤电池的重量，氢燃料的轻量化作用也体现了。
我国前一段时间对燃料电池市场预估，美欧日中美国动作也是很快的，加州每50公里就有1个加氢站，2020年就是22.5万个左右。如果电力技术再突破，折合成人民币是7万。欧洲地区燃料电池客车的计划包括加氢站的建立已经有106座，现在还在增加，日韩当然动作更快，特别是丰田、本田、日产和现代汽车。本田的新车销售只有37.8万元，如果得到补贴是27.1万元人民币，续航里程达到650公里。
我国发展燃料电池的基础也很好，特别是很早就形成了以大学研究院为主体，特别是同济大学等等，科技部万钢部长也是搞燃料电池的，科技部原部长、中科院院士徐冠华之前就布局了燃料电池总体攻关，后来有一段时间减弱了，最近又把燃料电池和氢能利用作为重要的转折点，国家到地方政府都已经开始重视。现在我国燃料电池开发出了20千瓦、50千瓦、60千瓦和110千瓦的产品，很多技术都正在成熟。我们的基础很好，上汽又推出了两款产品，而且已经订货，包括中航十五所、山东潍柴、中车燃料电池生产全部下线，2017年4月累计生产的燃料电池接近700个。
制氢、储氢、运氢、加氢是一套新的配套系统工程。改变传统的工程、配套设施跟进这种发展模式不行，必须至少是同步，最好是先布局供氢体系。现在整个上海一个大区域布局了燃料电池的发展规划，特别是最近山东在打造170平方公里的中国氢谷，包括研发中心已经开始。山东有特殊情况，要考虑副产气体的回收、电解铝、交流煤气等大量放空气体，交流煤气相当于富余了87万吨氢，所有的公交车都可以用上，每年合成提纯回收氢气，资源优势是非常好的。风电、光伏电池和可再生能源也非常厉害，完全可以拿来制氢，就是在弃风弃光的条件下。
所有传统制氢企业非常强大，
东岳集团成功地研发了燃料电池膜，这是国内仅有的一家，国际上进入了并列第一，还有潍柴集团投了500亿元在搞氢能源发动机，青岛的中车集团包括电控系统、网络系统、车联网都已经开始。山东最有特点的是它的高速公路，120个高速公路服务站都可以建立加氢站，所以回收氢、储氢和运氢可以系统进行。这为发达的物流专用氢燃料电池车创造了条件。工程用车、专用物流车是一个巨大的汽车市场，山东一个区域按照氢气的要求制氢、运氢、储氢、加氢的标准先行先试，每个站估计占用2000平米，投资1000万元，能储存100公斤以上。
目前山东结合高速服务区的全省的加氢站网络已经开始布局，并开始打造中国氢谷，要设立500万元的中国氢谷创新发展基金，打造氢能源的运营示范区规划，现在已经开始顶层设计。这不是以一家企业为主体，而是一个整体的规划，这样氢能源和燃料电池的企业才能健康发展。中国山东轻轨建设计划一期总体投资是到2017年422亿元，2020年达到1000亿元，制定了十年和十五年的发展目标，和深圳签订了氢能源产业园和商务区三位一体的协议书。
二十一世纪是一个氧时代，十九世纪就提出氧气转入，但是十九世纪的氧气就像现在的氢气一样成本高，大家都认为有危险性，但是二十世纪中期以前我们把所有的氧气技术都攻破了，氧气非常廉价，现在氧气放在床边我们也不会担心。二十一世纪进入氢时代是肯定的，刚刚过了十七年，还有八十三年，估计到二十一世纪中期，整个氢气技术，就是制氢、储氢、加氢、运氢都会完全成熟，所有标准都会出来，运输材料和危险性并不比油气和液化天然气更大，反而更简单。
2050年我们将会迎接氢能时代的到来，形成10万亿元的产业规模，这是一点都没有问题的。煤的最佳应用方式就是变成氢，当然也可以煤制油，但是煤制氢将会作为新能源的一个重头戏。我们已经开始迎接制造业强国之梦，在绿色制造当中把整个能源结构进行改造。
顺势爾為
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