中国氢能技术发展现状与未来展望

中国氢能技术发展现状与未来展望

晏成鑫 顾焕旭

弗迪电池有限公司 青海 西宁 810000

摘要:能源是一个国家经济和社会发展的基础。目前，我国经济已进入高质量发展阶段，对各类能源消费需求量呈现大幅度增长趋势，随着我国将碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局，全面推行绿色低碳循环经济发展，能源消费必将进入由化石能源走向清洁能源、由粗放低效走向节约高效、由黑色高碳走向绿色低碳时代，因此，只有大力发展以氢能、太阳能、新一代核电为代表的清洁能源，逐步增加清洁能源供给，加快调整能源消费结构，才能坚决落实好国家关于履行碳达峰、碳中和目标的国际承诺。

关键词：中国氢能；技术；发展；现状；展望

引言

氢能来源丰富，质量能量密度高，使用过程环境友好，无碳排放。发展氢能被多个国家提升至国家战略高度。一方面，由于风光等可再生能源的波动性导致其难以直接并网大规模利用，国家发改委明确将氢能纳入新型储能方式，由可再生能源制取氢气，氢气再转化为终端能源，有利于促进可再生能源消纳，加快能源结构绿色转型。另一方面，中国工业和交通业高度依赖传统化石能源，脱碳难度高。推行绿氢替代可促进绿色化工、绿色交通的发展，助力工业、交通业等碳密集行业实现碳中和。中国发展氢能在供需侧均具有独特优势。在氢气供给侧，中国具有丰富的煤制氢资源以及化工副产氢，风光装机容量位列全球第一，在未来仍有极大扩展空间；在氢气需求侧，中国钢铁、水泥、多晶硅产量以及汽车保有量均居全球首位，这为氢能利用提供了丰富的应用场景和广阔的市场。

1中国氢能技术发展现状

氢气可以通过氢燃料电池或燃气轮机可转化为电能和热能，是高能量密度的能源载体；同时氢气也是重要的化工原料和还原气体，被广泛应用于各个领域。

在交通行业，以氢燃料电池为动力，可以实现车辆使用端的零碳排放[39-41]。相比电动交通工具，氢动力可以实现更长续航，在低温环境下有很好的适应力，同时氢气加注速度远高于充电速度。因此，氢动力在货用卡车、长途汽车应用中有着无可比拟的优势，氢动力叉车凭借其灵活性和快充性能已实现推广使用。氢动力飞机、氢动力船舶以氢代替传统燃油，在保证续航和载重能力的同时，更加清洁环保，相关研究正在如火如荼进行中，目前全球已有少量示范案例。此外，氢动力在使用过程中仅产生水，且避免了噪音和高温的产生，是军事交通的优选动力来源。作为低温推进剂，液氢在航天领域已有多年应用历史。

在工业领域，氢气是重要的化工原料，合成氨、合成甲醇、原油提炼等，均离不开氢气。用绿氢代替传统灰氢，发展绿色化工，是化工行业碳减排的重要途径。其次，氢气是重要的工业还原气体。在电子工业中，芯片生产需要用高纯氢气作为保护气，多晶硅的生产需要氢气作为生长气。随着信息技术和光伏产业的发展，电子工业对氢气的需求量持续增长。在钢铁行业，用氢气直接还原法代替碳还原法，是降低炼钢行业碳排放量的有效手段，在国内外已有少量示范项目。然而，氢能炼钢需要大量的氢气供给，这需要成熟且低成本的氢能供应链作为支撑，也需要耐高温和耐腐蚀的设备材料、氢气直接还原铁等技术突破。

2中国氢能技术发展展望

2.1深化氢能产业规划、政策与配套资金支撑

一是把氢能纳入国家能源战略体系，加快出台国家氢能产业战略发展规划，加强国家层面的氢能产业顶层设计。科学合理规划氢能产业的制氢、储氢、氢燃料电池、氢能利用等上中下游产业链的发展路径，特别是规划氢能与水电、风电、光伏发电互相补充的全套产业发展路径,不断配套完善氢能产业科技创新政策体系。加快发布国家氢能产业扶持政策，对氢能上中下产业链中的薄弱环节加强政策支持和引导。二是在国家层面设立氢能产业发展专项资金，建立财政补贴、税收优惠和奖补激励机制，为氢能创新主体尤其是初创型中小企业提供发展资金，加快培育氢能产业高新技术企业、扶持企业享受税收减免等政策优惠，为企业创新提供政策扶持，加大对氢能科学研究、成果转化和产业化的投资支持力度，激发创新活力，提高自主创新能力，通过政府资金前期投入引导方式，采用市场化运作模式引导社会资本积极参与氢能产业发展各个环节，调动社会资本支持氢能建设，充分发挥财政资金的导向作用。三是拓宽氢能企业融资渠道，鼓励各省市政府部门开展知识产权质押融资、证券化等知识产权运营服务，并完善氢能产业知识产权信贷风险补偿机制，提高氢能企业和项目融资的可获得性。

2.2加大氢能产业自主创新力度

围绕氢能产业绿色制氢技术、液氢储运技术、气态储氢基础材料、加氢设备关键器件、氢燃料电池膜电极及催化剂、双极板、电极板、密封件、燃料电池发动机、空压机组件、氢气再循环泵、碳纸产品等关键部件和材料以及制备工艺设立国家重点技术研发科技专项，加大国际科技合作力度，着力开展核心关键技术攻关，突破国外“卡脖子”技术瓶颈制约，推动氢能技术研发创新取得实质性突破，加快提升制氢、储氢、氢燃料电池技术成熟度，加速实现氢能关键技术与产品部件的国产化，形成技术标准体系，解决关键材料及核心零部件依赖进口问题，不断提高氢能关键设备产品批量制造能力，大幅降低生产成本，加快推进氢能技术开发利用的产业化、规模化、市场化，使中国成为全球氢能技术创新研发的引领与源头。

2.3氢能储运技术的发展

高压气氢储运技术发展最为成熟，是目前工业中使用最普遍、最直接的氢能储运方式，通过连接减压阀即可方便、快捷释放所需氢气。高压气氢储运具有运营成本低、压缩氢气技术成熟、承压容器结构简单、能耗较小、氢气充放响应速度快等优点。同时缺点也较为突出，首先，尽管高压氢气经过压缩单位体积能量密度有所提升，但储氢密度仍很低，据统计高压储氢瓶中储氢质量占1%～2%，储氢量小；其次，压缩高压氢气时需消耗其他能量，产生能耗；最后，高压氢气储存对压力容器材料性能要求高，需具有较强的安全承压、防泄漏能力，储氢钢瓶普遍壁厚、自重大。因此，该技术经济性较差、仅适用于用户分散、运输距离短(运输半径200km)的场合。固体材料储氢技术近年来发展迅速，具有储氢容量大（单位体积储氢密度可达40～50kg/m³）、储氢压力小、安全性高、无污染、运输效率高、易于运输、可重复利用等优点。但质量储氢密度仅为1%～3%、对储氢材料性能要求较高，为实现规模化固氢储运需提高储氢材料性能并继续开展新材料研发，以提高质量储氢密度、降低材料成本、提高可循环性等。相较于气氢、液氢，固氢储运方式更加丰富多样，可利用各种交通工具运输固体储氢罐，运输过程安全可靠。

2.4加强核心技术攻关，完善基础设施建设

推动产学研结合，增加良性国际合作，强化人才培养，以问题为导向，加强核心技术攻关，以实现相关技术国产化。基础设施的普及程度与用氢终端的推广是相互依存的关系，但基础设施的不健全与用氢终端的发展相互掣肘。在具有用氢潜力的地区，需提前部署输氢管网、加氢站等基础设施。实现核心技术国产化和平价化、健全氢能基础设施，对于降低氢气使用成本、推广氢能应用具有重要作用。

结束语

总体来看，中国氢能发展趋势向好，地方政府和企业积极性较高，且技术国产化水平逐步提高，具有较大的资源和市场潜力，是构建现代化能源系统的重要环节。这就需要建立并健全氢气作为能源品的生产、储运、管理标准规范体系，确保氢能安全体系成熟完整。

参考文献：

[1]黄晓林,胡锡晟,黄卉,许明金,周斌.中国氢能源产业政策量化分析及区域布局研究[J].科技情报研究,2021,3(02):83-95.

[2]杨春华.氢能技术发展现状及其农机领域应用[J].当代农机,2020(09):64-65.

[3]黄亚娟.中国氢燃料电池汽车技术发展现状及前景[J].时代汽车,2020(09):79-80.

[4]王家恒,韩震.中国氢燃料电池技术发展现状及趋势[J].汽车实用技术,2019(22):20-23.