氢能和燃料电池成为电力央企新“宠儿”

2018年11月9日，首届北京未来科学城氢能与燃料电池技术发展大会在京召开，大会以“加强协同创新，推动国内氢能与燃料电池技术自主化发展”为主题，多个电力央企在会上分享了氢能与燃料电池方面的研究成果。北京未来科学城氢能研发资源集聚效应显著，电力央企在氢能与燃料电池研发方面占据先发优势。

电力央企瞄准氢能和燃料电池方向

位于北京北部五环外的未来科学城是近几年新兴的创新基地。目前，国家电网公司、国家能源投资集团、中国华能集团、国家电力投资集团、神华集团等能源企业均在这里设立了科研院所。根据国家定位，未来科学城将建成具有世界一流水准、引领我国应用科技发展方向、代表我国相关产业应用研究技术最高水平的人才创新创业基地。

经过8年央地共同建设，未来科学城研发投入强度快速加大，已初步形成智能电网、煤炭清洁高效利用、新能源和可再生能源、能源材料等特色科研领域。无独有偶，许多身处未来科技城的企业把“氢能”作为重要创新方向之一。

“未来科学城的央企研究院顺应能源技术革命的趋势，在清洁能源、低碳能源领域提前进行科研布局，瞄准国内外能源技术发展的热点之一——氢能和燃料电池技术，引进国内外高水平人才团队，力争在新一轮能源科技和产业变革中夯实‘自主’技术的基础，培育产业新方向。”北京市科委党组成员、北京科技协作中心主任雷霆评价说。

氢能作为一种清洁、高效、可再生的无碳能源，被誉为“二十一世纪的新能源”。国际上一些发达国家目前已经有相当规模的氢能示范应用，正在向规模化、商业化迈进。我国也在逐步重视氢利用技术研究，部分地区也开始布局和发展氢能产业。

“综合利用氢能是发展高效清洁能源，构建低碳高效的能源体系的重要组成部分。”全球能源互联网研究院有限公司董事长滕乐天介绍说，氢的能量密度高、运维成本低、过程无污染、可长时间存储，是大规模能量型储能的理想介质，在电源侧实施可再生能源电解制氢，可平抑可再生能源的长周期波动性和间歇性，有效促进可再生能源消纳，缓解风能、太阳能等可再生能源大规模、高比例接入电网带来的巨大调峰调频压力；在用户侧实施燃料电池车加氢和基于氢燃料电池的热电气综合系统，可促进电网削峰填谷，实现电网与热网、气网、交通网等多类型能源网络互联，推进能源综合高效利用和“清洁替代”，提高电力在终端能源消费中占比，在新一代电力系统建设与全球能源互联网构建中发挥关键性作用。

能源央企积极进行“氢”研究各有所长

据记者了解，位于未来科学城的国家电网全球能源互联网研究院、国家能源投资集团北京低碳清洁能源技术研究院等5家央企研究院分别于2014年或2015年启动了氢能和燃料电池技术研究。

国家能源投资集团北京低碳清洁能源技术研究院（下文简称“低碳院”）积极开展符合燃料电池汽车应用的氢气纯化技术、储氢技术、加氢站技术和燃料电池系统技术等方向的研究。目前已率先建成达到国际标准的氢气品质测试平台，可为国内正在兴起的氢燃料电池车所使用的氢气品质是否合格“技术把关”。低碳院还参与特种液氢标准向民用液氢标准转化、加氢站验收国家标准的起草等工作。与神华新能源公司合作建设的中国第一个符合SAEJ2601标准[美国机动车工程师学会（SAE）电池工作组制定的轻型气态氢汽车的燃料协议]的商业化加氢站，已开发出第一代样机。此外，还完成了加氢站工艺流程优化平台及加氢站工艺控制系统开发，正在进行国家能源集团自主开发的加氢站控制系统的调试。

国家电网全球能源互联网研究院（下文简称“联研院”）开展了基于电网过剩电能还原二氧化碳制碳氢化合物技术应用前期研究、适用于波动性输入的高效固体聚合物水电解技术研究、氢储能关键技术及其在新能源接入中的应用研究等，攻克了电解制氢与新能源发电的协调控制技术，研制了适用于新能源发电的电解制氢实验平台，建立了氢安全分析技术体系。目前，联研院已建成10千瓦氢发电实验测试平台，在建20千瓦楼宇用氢综合利用实验平台，具备大容量制氢及氢能高效转化的实验研发、装备研制和性能测试等实验能力。

国家电投新能源技术研究院（下文简称“新研院”）在氢能研究领域与美国佐治亚大学共同开发高效生物质燃料电池技术，在集团公司支持下研究高效生物质电解制氢技术，其中“通过提升燃料电池技术带动可再生能源发展”项目获得亚太经济合作组织（APEC）基金资助。

而国家电投科学技术研究院（下文简称“科研院”）开展可再生能源制氢、氢能利用、氢安全技术、产业链经济性等方面研究，引进国外高层次人才团队，正在开发自主化、高性能、低成本的的新一代质子交换膜燃料电池，已完成主要核心部件的自主开发和燃料电池电堆样机开发。

华能集团清洁能源研究院（简称“清洁院”）开展煤化气制氢与燃料电池技术的研究与技术示范，已成功研制基于IGCC的煤气化制氢与二氧化碳捕集装置。研究并掌握质子交换膜燃料电池关键零部件制备与组装技术，成功研制了10千瓦质子交换膜燃料电池备用电源。

协同创新促中国特色氢能经济发展

“北京作为全国科技创新中心，汇集了一批氢能和燃料电池科技创新主体。近几年，北京市科委着重支持氢能和燃料电池自主化技术科研项目39个、市财政经费1.6亿元，提升了北京氢能科研应用基础研究和前沿技术研究能力。”雷霆介绍说。

2017年7月，北京市科学技术委员会、昌平区人民政府联合未来科学城及在京氢能领域优势科研单位发起成立背景未来科学城氢能技术协同创新平台，目前共有低碳院、联研院、清洁院、新研院、科研院、华北电力大学等13家成员，电力企业和院校占半数以上。一年多来，协同攻关有序推进，技术交流深入有效，平台成员单位之间组成了若干个联合攻关团队。在应用基础研究和前沿技术研究方面，发挥各自优势，协同开展科研，减少了低水平、重复性研究，整体研发效率提高，产出了一些阶段性成果。

据行业专家介绍，当前氢能产业发展亟需解决几个问题：一是解决大规模廉价生产氢能原料的问题，二是解决氢的低成本高效储运问题，三是进一步简化加氢流程和提高储氢量，四是标准法规和规范的形成，五是强化安全技术体系建设。

华能集团清洁院董事长许世森表示，现在低温氢燃料电池上主要的技术难题，在高温燃料电池上则基本不存在。“低温的质子交换膜燃料电池对燃料的纯度要求很高，对内部的硫、卤化物和粉尘要求比较高，最核心的是要用铂作为催化剂，非常昂贵。化学反应过程里有一条普遍的规律，就是要在温度和催化剂之间的选择，低温下要实现电化学反应，必须要有比较特殊的催化剂，如果提高反应的温度，对催化剂的要求就会适当降低。低温的燃料电池在制氢、储氢、运氢方面还有很多障碍，但高温燃料电池可以直接运用氢气、天然气、煤制气、沼气、甲醇含碳氢的燃料，这是它的优势。”

联合国开发计划署驻华代表张卫东建议说，中国不需要走国际经济实力雄厚的国家高成本发展氢能的老路，要结合中国的实际，构建有中国特色的氢能经济。他提出中国特色氢能经济的4种技术路线，分别是：一是燃料电池加电池的“电-电”混动模式，二是用富氢重整或液体或金属载氢材料制氢，三是甲醇在线重整制氢，四是乙醇在线重整制氢。他特别强调乙醇在线重整制氢技术路线非常适合中国农业大国的国情。

“乙醇在线重整制氢这条路径就可以实现农（农业）、工（工业）、能（能源）、交（交通）、服（服务员）整个大的融合。我们用的乙醇不是来自粮食，而是用多种植物的秸秆，用农业生产的剩余物，真正能实现农业的循环经济。”他说。