“新寵”氫能如何發揮優勢擔重任

　　核心提要

　　●相較于國際先進水平，我國氫能產業仍存在產業創新能力不強、技術裝備水平不高，支撐產業發展的基礎性制度滯后，產業發展形態和發展路徑尚未明確等實際問題和挑戰

　　●氫儲能能夠為新型電力系統中電力電量長周期、跨季節平衡的難題，以及未來新型電力系統在持續多天少風無光情況下電力供應安全問題提供解決方案

　　“氫儲能作為大規模長周期儲能的技術，對促進可再生能源發電規模化、低碳化發展具有重要意義。”南方電網能源發展研究院新能源研究所所長助理蒙文川表示。

　　現階段，氫能作為一種來源豐富、綠色低碳、應用廣泛的二次能源，憑借兼具原料和燃料雙重屬性的特質，逐步成為能源領域的“新寵”。氫能以其能量密度高、發熱值高、節能環保等特性，在工業、交通運輸、建筑等領域被寄予厚望。

　　相關技術亟須創新突破

　　“我國已初步掌握氫能制備、儲運、加氫、燃料電池和系統集成等主要技術和生產工藝，基本形成較為完整的氫能產業鏈。當前，國內主要推動氫燃料電池、氫能汽車及加氫站等產業發展，在部分區域實現燃料電池汽車小規模示范應用，相較之下，在非交通領域探索力度略顯不足。”南方電網能源發展研究院新能源研究所研究員饒志說。

　　相較于國際先進水平，我國氫能產業仍存在產業創新能力不強、技術裝備水平不高，支撐產業發展的基礎性制度滯后，產業發展形態和發展路徑尚未明確等實際問題和挑戰。

　　“目前，氫能制備、儲運技術亟須突破。”饒志指出，“我國熱化學與工業副產氫提純制氫技術及裝備發展成熟，與國外先進技術水平相當。電解水制氫方面，堿性電解槽制氫技術處于世界一流水平，質子交換膜和高溫固體氧化物電解水制氫技術相對落后。光解水制氫、生物制氫等新型制氫技術仍處于探索研究階段。”

　　相比堿性電解槽水電解制氫，質子交換膜水電解啟停速度快，能適應寬范圍輸入功率波動，同時具有能量利用效率高、產物氣純度高且體積小、無堿性液體產氣壓力更高的優點，而固體氧化物水電解具有高能量轉化效率，在綜合廢熱利用的情況下，其總效率可大于90%。對此，饒志建議，未來可考慮開展質子交換膜水電解、固體氧化物水電解等電解水制氫技術研究。

　　記者了解到，氫氣儲運技術主要包括氣態儲運氫、低溫液態儲運氫、固態儲運氫和運氫載體技術等。其中，氣態儲運氫技術又分為高壓氣態儲運氫技術、管道輸氫技術和地下儲氫技術三大類;運氫載體技術包括有機液體儲氫和液氨儲氫兩類。

　　饒志介紹，針對氣態儲運氫技術，在高壓氣態儲運方面，國外車載高壓儲氫系統主要采用70兆帕Ⅳ型瓶，國內以35兆帕Ⅲ型為主;在管道運輸技術方面，美國、歐洲已分別建成2400千米、1500千米的輸氫管道，而國內目前氫氣管道里程只有約400千米;在地下儲氫方面，全球已經建成3座地下鹽穴儲氫庫，其中有2座位于美國得克薩斯州克萊門茨鹽丘，而國內于2021年建成首座地下儲氫加氫站。針對低溫液態儲運氫技術，美國和日本的液氫儲運較為成熟，主推液態儲運技術路線;國內液氫儲運技術發展相對緩慢，前期主要依賴進口，液氫儲運研發事業剛剛起步。針對固態儲運氫技術，國內尚處于小規模示范試驗階段，總體與國際保持同步，在部分儲氫材料與技術的研發和產業化方面具有一定的優勢，但示范應用較先進國家如法國、德國等落后。針對運氫載體技術，國內有機液體儲氫材料與工藝技術的研發在國際上一直處于領先地位，在有機液體儲氫技術市場化方面與發達國家持平，但在加氫和脫氫裝備方面落后于先進國家。國內液氨儲氫尚處于技術攻關階段。

　　氫儲能技術成重要發展方向

　　目前我國氫能超過80%應用于化工領域，氫儲能技術是未來氫能可持續發展的重要方向。

　　“氫儲能目前存在的問題是效率較低、造價高、技術尚不成熟。由于國內在燃氫燃氣輪機方面幾乎空白，因此只能通過燃料電池這一技術手段實現氫發電。”饒志表示。

　　饒志介紹，在效率方面，電解水制氫效率達60%~75%，燃料電池發電效率為50%~60%，單過程轉換效率相對較高，但電—氫—電過程存在2次能量轉換，整體效率較低，僅為30%左右，遠低于抽水蓄能(75%)和電化學儲能(90%)的效率。在造價方面，制氫設備的單位造價約2000元/千瓦，儲氫和輔助系統造價為2000元/千瓦，燃料電池發電系統造價約9000元/千瓦，燃料電池的投資占到氫儲能系統總投資的接近70%，整體單位造價也要高于抽水蓄能(5500~7000元/千瓦)和電化學儲能(1200~1500元/千瓦)。

　　饒志認為：“受儲氫技術限制，燃料電池發電功率大多數在千瓦級別，在發電方面難以發揮規模效應，很難肩負起大規模長周期儲能的重擔。面對幾億千瓦時的氫儲能需求，所需巨量的存儲設備要找到合適的空間存放也是一大難題，實際操作的可能性不大。”

　　“氫儲能系統在利用層面還存在配套設施與產業鏈建設不完善、綜合利用效率有待進一步提升、成本居高不下等問題，可依托高校、科研機構、氫能企業，深化產研合作，吸引國內外高端專家團隊，提升技術創新和科技成果產業化水平。”南方電網能源發展研究院能源政策與戰略研究所研究員李沛表示。

　　李沛建議，未來可考慮進一步開發風光互補發電制氫儲能系統;探索有機液體儲運技術、固體儲氫領域關鍵技術的實際應用;開展固態氧化物燃料電池、質子交換膜燃料電池等技術研究，提高系統利用效率，降低單位成本;開展氫儲能系統容量配置研究，解決可再生能源消納問題等。

　　此外，未來跨季節長周期儲能調節、分布式冷熱電聯供、備用和離網供電等氫能產業在電力領域的應用方向也引發業內關注。

　　“氫儲能能夠為新型電力系統中電力電量長周期、跨季節平衡的難題，以及未來新型電力系統在持續多天少風無光情況下電力供應安全問題提供解決方案。”李沛表示，在風電、光伏多發電的季節，可利用富余的可再生能源進行制氫，并作為備用能源儲存下來;在負荷高峰的季節發電并網，提高新能源的消納能力，減少棄風、棄光，增強電網可調度能力并確保電網安全。氫儲能可通過不同季節的電價差來實現盈利。

　　此外，氫燃料電池分布式發電具有效率高、噪音低、體積小、排放低的優勢，適用于靠近用戶的千瓦至兆瓦級的分布式發電系統，主要應用領域為微型分布式熱電聯供系統、大型分布式電站或熱電聯供系統。

　　“目前質子交換膜燃料電池和固體氧化物燃料電池技術，均已經在國外成功應用于家用分布式熱電聯供系統和中小型分布式電站領域。但當前國內燃料電池分布式發電系統總體還處于研發階段，與國際先進水平仍有較大差距。”李沛說。

　　此外，在備用和離網供電方面，通信基站備用電源或者遠離電網的偏遠地區發電或可成為氫燃料電池的應用場景，可以取代蓄電池和柴油發電機。移動應急電源車也是氫燃料電池重要的應用場景，可為醫院、數據中心等場所提供應急電源保障。

　　來源：中國電力報 作者：余 璇