钜大LARGE | 点击量：717次 | 2021年12月22日
核心技术屡获突破，多条路线并行发展，全国上下刮起“氢”风
北京2022年冬奥会即将到来，一则新能源应用新闻引人注目：冬奥会期间将在延庆赛区和张家口赛区投入700余辆氢燃料大巴车，提供交通服务保障。
这是氢能源日益广泛应用的一个缩影。近年来，我国氢燃料电池膜电极等核心技术不断取得突破，氢能源全产业链布局日渐清晰。这股氢能源“旋风”，将给社会带来哪些改变？发展潜力有多大？
绿氢成本不断下降，核心技术屡屡突破
与其他新能源相比，氢能源储量大、污染小、效率高。氢能源单位质量所蕴含的能量约是石油的3倍、煤炭的4.5倍。氢能应用场景广泛，氢燃料电池可应用于重载卡车、有轨电车、船舶、无人机、分布式发电等。
根据制取方式和碳排放量不同，氢能主要分为灰氢、蓝氢、绿氢。其中，绿氢是通过光伏发电、风电等新能源电解水制氢，被称为“零碳氢气”。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
当前，作为“零碳氢气”的绿氢正呈现技术逐渐成熟、成本不断下降、市场持续发展的趋势，国内多家企业纷纷布局绿氢项目。
11月30日，中国石化宣布我国首个万吨级光伏绿氢示范项目——中国石化新疆库车绿氢示范项目正式启动建设。这是全球在建的最大光伏绿氢生产项目，投产后年产绿氢可达2万吨。
中国氢能联盟预计，到2030年，中国氢能市场规模有望达4300万吨，其中绿氢的占比将从2019年的1%提高到10%，市场规模将增长近30倍。
值得注意的是，近年来，我国氢能产业链上装备国产化进程明显加快，核心技术不断突破。
11月26日，由华能清能院、华能四川公司、华能四川氢能公司、考克利尔竞立联合研制的国际首套1300Nm3/h（标准立方米/小时）碱性制氢水电解槽正式下线。
位于北京未来科学城的华能清能院是此次碱性制氢水电解槽的牵头研制单位之一。华能清能院氢能部主任王金意告诉记者，1300Nm3/h碱性制氢水电解槽的下线，标志着我国掌握了高性能大型电解制氢设备的关键技术，向大规模“绿氢”制备方向迈出了坚实一步，对氢能行业的发展具有里程碑意义。
目前，项目核心部件首台1300Nm3/h碱性制氢电解槽已研制成功并下线，将用于工程项目现场生产“绿氢”，供应成都当地燃料电池车等下游氢能产业链应用。根据前期关键部件性能试验，该设备创造了单槽产能国际最大、电流密度指标国际领先、体积产能比最小、能耗指标最低等诸多纪录。
对比常规电解槽，此次下线的电解槽设备额定产氢量为每小时1300标准立方米，最大产氢量可达1500标准立方米，最高电流密度达每平方米6000安，是目前常规电解槽的2至3倍。为何能成为制氢“巨无霸”？王金意博士解释，首先是在设备内部构建了镍基多元合金催化层，有效提升了工作电流密度，降低了析氢电位；同时，通过优化内部维度空间布局，让热量和物质更高效传递；此外，运用整体组装方法提升了电解槽的高压密封性、性能均一性和运行可靠性。
除了制氢产量大，这位制氢“巨无霸”还更加环保和节能高效。体积上缩小三分之一、单位投资减少25%的同时，能耗低于4.2kWh/Nm³H2（千瓦时/标准立方米氢气），显著优于国家大型电解槽的一级能效标准。值得一提的是，设备还将接入全国产化分散控制系统（DCS），可集成一键启动、无人值守、远程监控、设备互联等智能化控制技术。
多地布局氢能发展，完整产业链逐步形成
《中国氢能源及燃料电池产业白皮书2020》显示，截至2020年底，占全球GDP总量52%的27个国家中，16个已制定全面的国家氢能战略。
近年来，我国在多项产业政策中明确提出要支持氢能产业发展。2019年，氢能源首次写入政府工作报告，明确将推动加氢等设施建设。今年10月发布的《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》提出，统筹推进氢能“制储输用”全链条发展；推动加氢站建设；加强氢能生产、储存、应用关键技术研发、示范和规模化应用。
在“碳中和、碳达峰”背景下，氢能已被全国多个省份列入发展规划，产业规划和布局逐渐加速。
今年8月，北京市经济和信息化局发布《北京市氢能产业发展实施方案（2021-2025年）》，明确2023年前，培育5至8家具有国际影响力的氢能产业链龙头企业，京津冀区域累计实现产业链产业规模突破500亿元，减少碳排放100万吨。
上海规划到2023年加氢站接近100座，形成产出规模约1000亿元，以及推广氢燃料电池汽车接近10000辆；广东提出开展氢燃料电池汽车规模化推广应用，加快推进加氢站规划建设，在珠三角核心区、沿海经济带布局建设约300座加氢站。
广州市黄埔区发改局局长杨元师介绍，作为国家新能源综合利用示范区的广州黄埔区已建成加氢站7座，引进40家左右的氢能上下游企业和机构入驻，产业链条初步完善。
根据《中国氢能源及燃料电池产业白皮书2020》，当前我国氢气产能约每年4100万吨，产量约3342万吨，是世界第一产氢国。中国氢能联盟预计到2050年，氢能在中国终端能源体系中占比超过10%，产业链年产值达到12万亿元。
截至2020年底，我国建成加氢站128座，氢燃料电池汽车累计保有量达7000多辆。
业内人士称，国内氢能产业逐步形成完整产业链，氢能及燃料电池产业全国“遍地开花”，在京津冀、长三角、珠三角一些城市实现氢燃料电池汽车小范围规模化示范应用。
制氢四条路线齐头并进，绿氢占比有望提升
中国是世界第一大产氢国，2019年全年氢气产量约为2000万吨，当前下游主要为工业原料；中国在合成氨、合成甲醇、炼焦、炼油、氯碱、轻烃利用等传统石油化工行业中有成熟的经验。
传统制氢工业中以煤、天然气等化石能源为原料，称为“灰氢”。制氢过程产生二氧化碳排放，制得氢气中普遍含有硫、磷等杂质，对提纯及碳捕获有较高要求。
焦炉煤气、氯碱尾气等工业副产提纯制氢，能够避免尾气中的氢气浪费，实现氢气的高效利用，但从长远看无法作为大规模集中化的氢能供应来源。
电解水制氢称为“绿氢”。纯度等级高，杂质气体少，易与可再生能源结合，被认为是未来最具发展潜力的绿色氢能供应方式。
主要制氢技术路线：高温裂解制氢、天然气自热重整制氢、天然气部分氧化制氢、绝热转话制氢、天然气水蒸气重整制氢。
碱性电解：设备成本较低，单槽电解制氢产量较大；已经实现大规模工业应用，国内关键设备主要性能指标均接近国际先进水平。
质子交换膜（PEM）电解：运行灵活性和反应效率较高，能够以最低功率保持待机模式，与波动性和随机性较大的风电和光伏具有良好的匹配性；国内较国际先进水平差距较大，体现在技术成熟度、装置规模、使用寿命、经济性等方面。
固体氧化物（SOEC）电解：电耗低于碱性和PEM电解技术，但尚未广泛商业化，国内仅在实验室规模上完成验证示范。
资源共享突破氢能产业瓶颈
目前，氢能产业发展仍存诸多掣肘。
有研科技集团首席专家蒋利军告诉中国证券报记者，从制氢环节看，目前比较成熟的制氢方法有碱性水电解、水煤气和重整制氢等，而PEM等新型电解水制氢方法正在加快推进。“我国碱性水电解制氢装备在成本上具有竞争力，但能效偏低，制取1立方米氢综合能耗为5至5.5度电，而国外可以控制在5度电以下。”
储氢是目前氢能产业发展的一大瓶颈。蒋利军认为，理想的储氢方式要求高储氢密度、快速吸/放氢速度，同时要求使用寿命长、安全性能好、成本低。“目前，70兆帕下的高压储氢技术已在燃料电池汽车中广泛使用。高压车载储氢技术已能满足燃料电池汽车行驶500公里的要求，但仍需降低成本，提高储氢密度。”而氢燃料电池的关键材料、氢气循环泵等设备依赖进口，存在技术壁垒，燃料电池可靠性也亟待提高。
氢能产业链长，涉及的关键核心技术多。中集集团总裁战略顾问郑贤玲表示，不少核心技术如燃料电池、PEM制氢、液态储氢、碳纤维材料等与世界先进水平还存在差距。
国金证券分析师张帅认为，我国已在氢能产业链上取得不少进步。氢能产业发展是逐步推进的过程，包括“足够量的氢”“足够量且便宜的氢”以及“足够量且便宜的‘绿氢’”。
蒋利军建议，以应用为导向，以系统集成为主线，加快解决材料和部件的自供问题；以企业为主导，以资本为纽带，集中国内优势单位，建立协同创新联盟，上下游密切结合，资源共享，快速研发；燃料电池汽车和分布式电站同步发展，分布式发电与可再生能源微电网密切结合。初期在示范车辆不足的情况下，加氢站宜建混合站，以油养氢。
“氢能核心关键技术已具备规模化生产条件，原理上实现了闭环。未来在物联网体系下，PEM制氢、可再生能源与氢的耦合可以获得更高的综合效率。”郑贤玲说。新华社，未来智库，中国证券报
