随着全球能源需求的持续增长和环境保护压力的日益加大,传统化石能源已难以满足可持续发展的需求。而氢能,作为一种几乎零排放的能源载体,其燃烧产物仅为水,实现了从生产到使用的全链条清洁。这一特性使得氢能在减少温室气体排放、应对气候变化方面具有不可估量的价值。
当下,氢能技术的快速发展和成本的持续下降,正逐步打破其商业化应用的瓶颈。从电解水制氢技术的突破,到燃料电池效率的提升,再到氢能储存和运输技术的创新,氢能产业链条的各个环节都在不断取得新的进展。这些技术的成熟和应用,为氢能的大规模商业化奠定了坚实的基础。
在此背景下,氢能正逐步从实验室走向市场,从概念走向现实。从氢能汽车的兴起,到氢能发电站的建设,再到氢能在工业、交通、建筑等领域的广泛应用,氢能正以其独特的优势,引领着全球能源产业的深刻变革。
专家学者们也纷纷为我国氢能产业发展群策群力、建言献策,助力着整个产业日趋成熟、腾飞。
徐锭明
【国务院原参事、国家能源局原局长、国家能源专家咨询委员会副主任、国家气候变化专家委员会委员】
我国氢能交通正在绿色化转型,电气化、氢能化并举是构建中国新型交通体系的必由之路。目前,我国正在5个城市群推动开展氢能交通示范运行。
“当前,我国的氢能利用已经走在了世界的前列,所以我希望我国的交通运输行业继续发力氢能交通应用,交通行业正在进一步扩大氢能的利用,为双碳目标的完成,为全面绿色化转型贡献更大的力量!”
衣宝廉
【中国工程院院士、中科院大连化学物理研究所研究员】
燃料电池车的产业化是氢能应用的突破口,我们要坚持自主创新突破卡脖子技术,实现关键产业链和部件的批量生产。当前燃料电池的成本比较高,是燃油车的两倍,锂离子电池车的1.5倍。而且加氢站建设费用也比较高,平均在1200~1500万元。
“要实现无补贴的燃料电池车商业化,必须大幅度降低燃料电池发动机的成本和氢气的成本,同时降低加氢站的加建设费用。”
雷宪章
【德国国家工程院院士、西南石油大学碳中和首席科学家、天府永兴实验室首席科学家、天府新能源研究院院长】
氢能发展有两个底层逻辑,一是氢能作为未来能源重要的补充,更多的是替代化石能源的燃烧属性和大型离网动力属性, 二是发展的氢能实际上是绿氢。
“我们的电解水制氢,它更多针对在发展光伏、发展风电过程中要就地消纳的一个核心手段。把废的电变成另外一种形式的能源,这个能源就是氢,把氢能储存起来就能形成电氢耦合协调,建设新型能源系统。”
欧阳明高
【中国科学院院士、清华大学教授】
氢储能的应用范围很广泛,储能的需要越来越大,长周期储能主要靠氢储能。中国在氢能核心技术方面,主要是燃料电池和电解槽方面已经取得重大的技术突破,但还要继续优化升级,尤其是燃料电池的耐久性还需提高。
“预计2030年,绿氢的规模将达到500-1000万吨(作为参考:欧盟届时目标是1000万吨),我们要以绿氢低成本为源头,以多源头商业化应用来拉动,带动绿氢全产业链发展。”
干勇
【冶金材料专家,中国工程院院士,中国工程院原副院长,国家新材料产业发展专家咨询委员会主任】
能源结构的转换和优化有两条路径:一是不可再生的化石能源被可再生的绿色能源替代;二是高碳向低碳过程的过渡。目前氢能的利用,特别是在汽车燃料电池上实现了应用的突破。
“在制定整个氢能发展的国家战略中,要利用好现在弃光、弃风、弃水这1000亿度电,包括优先利用好1000万吨工业副产氢,这“两个1000”我们要用好。同时,在重型柴油车密集的港口地区,从物流或重卡起步,以建立氢能体系为基础,解决当前的雾霾或环境紧迫问题。当然,我们也要加快研发好氢燃料电池,把成本降下来、功率提上去,提高运行质量。”
毛宗强
【清华大学核能与新能源技术研究院教授、国际氢能协会副主席】
“把氢能作为关键突破口,对保障能源安全、推动能源体系转型的同时促进经济社会可持续发展具有重要意义。”
“在多个领域中,氢能的参与至关重要,甚至非‘氢’不可。”在清洁能源中,氢既可作为工业原料也可作为能源载体,且来源广泛、清洁无污染、安全性可控,是化石能源向清洁能源过渡的绝佳枢纽。
李灿
【中国科学院大连化学物理研究所研究员、中国科学院院士】
“可再生能源要大规模发展,就需要‘化学能’。用储能的技术把波动的电能稳定下来,对解决可再生能源的波动性、间歇性意义重大。”
“可再生能源发电的规律与制氢的规律吻合的非常好,用制氢技术可以很好的解决可再生能源的储能以及弃光弃风问题。”
“氢能和作为‘液态阳光’的甲醇,将成为新的储能形式,解决可再生资源间歇性的问题,同时解决边远地区难以上网的可再生能源弃风、弃光、弃水的问题,还将成为除特高压输电之外,另一种规模化输送能源的途径。”
彭苏萍
【中国工程院院士、煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室主任】
发展氢能要抓住六个应用场景。一是氢电耦合,消纳可再生能源,提高可再生能源占比。二是煤气化燃料电池技术应用。三是氢(泛氢)能源耦合煤化工、石油化工,实现碳中和。四是氢(泛氢)燃料重卡等领域应用。五是氢(泛氢)燃料电池船舶应用。六是氢冶金应用。
“为了实现氢能的全面发展,不应局限于绿氢,还应考虑包括蓝氢在内的多种形式。国内目前氢能干得好的地区不是绿氢资源最好的地方,而是工业发展较好的地方,因为氢能发展是一个区域、一个产业链问题。”
叶思宇
【加拿大国家工程院院士、鸿基创能科技(广州)有限公司董事长兼首席技术官、广州大学特聘教授】
在“双碳”背景下,氢能作为能源技术革命创新行动之一,在碳减排及能源结构转型中发挥着至关重要的作用。与传统化工燃料相比,氢能具有高含能特性、高能源转化效率及碳零排放三大优势。
以产业化导向的产、学、研、用紧密合作是关键材料不断更新换代的最佳路径,燃料电池全产业链多层级工程化验证过程的密切配合更是我国研发和产业化发展的巨大优势。
柴茂荣
【国家电投集团氢能科技发展有限公司首席技术官】
氢燃料电池的优势一是加氢快;二是续航里程长,1公斤的氢气相当于20度电,冬天续航里程也不打折扣;三是耐高寒,零下40度也能启动,这是一些油车都达不到的,更不要说电动车了。“氢燃料电池普及肯定从乘用车开始,我想明年国内的氢能源乘用车就会慢慢普及起来了,想压也压不住,预计在2025年前后实现大规模商用,2040~2050年,电动车、氢能源车和油车的保有量能达到1:1.5:1的比例。”
刘科
【澳大利亚国家工程院外籍院士,南方科技大学创新创业学院院长】
“搞电动卡车、电动飞机、电动船都要谨慎,卡车电池很重,一爬坡,就是平时耗电量的5-8倍,还是用能量密度大的液体比较合适。未来燃料电池技术成熟了,甲醇就是绿氢的液体载体,因为液体是人类最好的能源载体。”
“从上世纪90年代末期到现在,美国、日本、欧洲等在氢能上投资了几百亿美元,但没有产业化,最根本的原因需要回到能源载体理论,液体是最好的能源载体,氢气不适合做人类大众和公共的能源载体,因为能源载体要求最大的能量密度;”
凌文
【中国工程院院士,系统工程与能源工程管理专家,山东省科协主席】
“解决清洁能源很重要的思路,是氢。”
氢能开发与利用是能源清洁化发展的重要方向。在优化能源系统方面,氢能作为一种二次能源,可实现多异质能源跨地域和跨季节的优化配置,形成可持续高弹性的创新型多能互补系统;在提高能源安全方面,发展氢能源配合燃料电池技术,有助于大幅度降低交通运输业的石油与天然气等的消费总量,降低二者对外依存度;在提高可再生能源利用率、促进能源革命方面,氢作为能源互联媒介,可通过可再生能源电力制取,通过氢气的存储或气体管网的运输,实现大规模的储能及调峰,实现电网和气网的耦合,增加电力系统灵活性。
田江南
【中国能建华北电力设计院高级工程师】
从目前国内项目角度来看,可再生能源制绿氢项目以及进一步制绿氨、绿色甲醇项目较多。制绿氨及绿色甲醇解决了绿氢的消纳问题,但是又引来了新的问题:绿氨、绿醇的消纳问题。目前有不少绿氨项目与化肥厂签订了购销协议,即把“氢能”用作化工原料,这与政策倡导的“氢能”的能源属性不符。绿色甲醇可以通过出口的途径提高溢价,寻找“靠谱”的海外买主成了项目成败的关键因素。从宏观角度来看绿色氢能供大于求,急需的是扩大绿氢市场。我们应多为绿色氢氨醇的消纳找办法,去解决绿氢的消纳问题,而不是继续增加供给侧的投资。
谢秀娟
【中国科学院理化技术研究所研究员,博士生导师,科技部重点研发计划项目首席科学家】
在液氢技术链条中,如何获得廉价的液氢是核心。当前世界上液氢主要产能集中在北美,接近480吨/天,欧洲总产能33吨/天,日本产能60吨/天。在近几年氢能产业发展的背景下,国内液氢也开始突飞猛进地发展,逐步从0达到15吨/天的民用规模。
2021年至今落地了5套氢液化装备,国产氢液化器已经突破了1.5-5吨/天,单套大于5吨/天以上的装备正在研制突破中,在国内氢能驱动下,液氢氢液化器正处于示范井喷的阶段。
何广利
【教授级高工,国家能源集团氢能领域首席专家,国家能源集团北京低碳清洁能源研究院氢能(氨能)技术中心副主任】
现阶段氢能之所得到更多的企业的关注,源于氢能产业的发展可以传统能源企业、现代新能源企业、传统的加工制造企业、现代装备企业串连一起,拥有足够大的空间和想象力。
液氢加注技术是氢能应用的重要环节,直接影响氢能的商业化和规模化发展。液氢储运和加氢站具备更高的加注效率和经济性,是未来氢能发展的重要方向。
薛贺来
【中船(邯郸)派瑞氢能科技有限公司技术副总,派瑞氢能制氢设备研发专家】
要构建“N+H+N”体系,N是可再生能源,要发展氢能需要可再生能源,后通过氢气储能,或者氢气转化达成能源利用。
“随着技术的发展,碱性电解槽和PEM电解槽依然为发展的主体,当前碱性电解槽成本较低、规模较大,PEM成本相对较高,但与可再生能源契合更为紧密,所以在发展过程中要进一步降低PEM电解槽的制造成本。”
贾浩帅
【水电水利规划设计总院新能源研究院新兴能源处副处长】
氨和醇,氨供氢、氨代氢已成为国际发展趋势之一,氨也称为“氢2.0”。甲醇具有清洁燃烧特性和卓越的运输优势,是绿色燃料的重要选择。构建氢基能源系统体系,要做到能源结构新、系统形态新、产业体系新、治理体系新。
“中国氢能国际化发展点优势有四个方面:市场潜力大、政策力度大、要素保障强,体现在我国风光资源和土地资源丰富,以及氢能产业链独一无二上。”
陈洁莲
【中车时代电气技术中心供电产品技术部部长、正高级工程师】
当前绿电制氢电源呈风电随机性,光伏周期波动性,新能源电网出力情况变化大的特点,新能源的渗透率越来越高,为了实现电解水制氢负荷曲线与风光发电量匹配,需要实时调节电解槽制氢电源的负荷曲线,电源需要在电解槽30%-110%负荷率下波动。
“制氢电源方案包括交流耦合制氢、风电一机一储方案以及直流耦合制氢方案。
部分场景,直流耦合制氢效率更高。在交流耦合制氢中,需高度重视系统中L与C的匹配设计,避免系统的谐振”
许卫
【天津市大陆制氢设备有限公司总工程师】
在当前主流四种制氢技术中,碱性电解槽和PEM已逐步实现商业化,但考虑到成本和可靠性因素,大规模制氢仍会在一段时间内以碱性电解槽为主。碱水电解槽技术成熟、成本较低,占2018—2022年全球电解槽出货量70%以上,是未来一段时间大规模电解水制氢的主要技术路线。
“规模制氢系统的首要关键词就是“大规模”,更大的电解设备可降低投资和运行成本,更适应市场需求。”
姜方
【氢枫(中国)研发总监】
镁基固态储氢具有更强的安全性、更大的储氢容量、更低的成本、更高的氢气纯度以及更长的储氢时间,在运输方式上非常灵活且可回收性好。镁基固态储氢可用于氢储能、氢冶金、氢化工等多种应用场景。
“镁基固态储氢罐,完美兼容公路、铁路或水路的大容量、高效率、高经济性运输,增强了其实用性和易用性。”
梅武
【国家电投氢能公司技术总监、国家级特聘专家】
能源绿色转型和可持续成长是全球共识,随着可再生能源的快速发展,可再生能源的高比例应用成为我国电能输送、配用、消纳的主要场景。
“高电流密度和高温是电解水制氢的主要发展趋势,目前的四种电解水制氢技术中,各自都有发展空间,但PEM电解水发展空间更大,如在海上风电制氢中,PEM制氢更具优势。”
米万良
【北京氢羿能源科技有限公司创始人,董事长,工学博士,副教授,天津大学山东研究院氢能中心负责人】
“在新型电力系统中,储能是解决可再生能源大规模接入,提升电力系统调节能力、综合效率和安全保障能力的方式。作为储能方式之一,电水解制氢的氢储能和氢消纳具备适用性、灵活性、多样性,有技术多样化、配置规模范围宽、储存能量大、储存时间长(可跨季节)终端应用多元化(非仅限于电力领域)等特点,而其他储能方式难以兼具。”
路跃兵
【液化空气(中国)投资有限公司董事长】
破解氢能产业的发展困局,需要技术、政策工具以及金融创新多途径化解。
“氢既是燃料又是原料,既是能源也是能源转换介质,并且具备产业链条长、应用范围宽、技术门槛高三大特点。”
降低氢能成本的一个方法是改变能源之间的相对成本。比如通过碳交易收益补充氢能成本,后者增加使用煤炭的碳成本,可能会使得氢能的最终成本反而低于传统化石能源。
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